數控深孔鉆鏜床授油器拖板結構設計

展海瑜

(天水星火機床有限責任公司技術中心，甘肅天水741024)

深孔鉆鏜床是適用于各類行業工件深孔加工的專用設備，在機械制造業、鋼鐵、核能、石油和天然氣等工業行業有著廣泛的應用。在這些行業中，對深孔的尺寸和形狀公差有著非常高的要求。深孔鉆鏜削加工的通用特征是它具有很高的材料去除率、加工成形孔具有高的直線度、小的尺寸公差及高的表面質量。近兩年，隨著機床行業的發展，使用者對機床的加工效率、精度及機床整體操作性能提出了更高的要求，為此數控深孔鉆鏜床的市場需求逐年增加。本文所述即為立足于此而設計的一款適用于數控深孔加工設備的新型授油器拖板結構。

1 數控深孔鉆鏜床的特點

深孔是指有大的深徑比的孔。深孔鉆鏜削加工是指孔深超過10倍孔徑的孔時優先采用的加工方法。在鉆鏜削時借助大流量、高壓力的冷卻液能使切屑碎裂，并順暢排除出去，而不堵塞和影響加工的表面質量，同時又能有效降低刀具的升溫，提高孔的加工質量。

根據深孔加工孔型大小及供應冷卻液和排屑方式的不同，一般有3種鉆鏜削形式可供選擇:噴吸鉆系統、單管鉆系統、槍鉆系統[1]。單管鉆系統是深孔鉆鏜削機床最常用的，在不銹鋼和低碳鋼等切屑形成差的材料中，長時間生產時具有更多的優點:加工特別長的工件時一致性好，效率高；采用單管鉆系統的深孔鉆鏜削機床甚至可以切削孔深大于100倍直徑的孔。

數控深孔鉆鏜床，區別于深孔鉆鏜床的最大特點是機床各動作采用數控系統操控，人工操作勞動強度降低，機床自動化程度要求較高，機床工作效率大副提高、加工精度較高；適用于深孔的半精加工及精加工要求。

2 深孔鉆鏜床中授油器的結構及功用

在采用單管鉆系統深孔鉆鏜床中，如圖1所示，為了提供加工過程中必須的高壓冷卻液，每臺機床須配有深孔鉆鏜床專用部件授油器。授油器又名油壓頭，它的主要功用為:對工件的端面頂緊密封；對高壓冷卻液密封；對鉆桿及鉆頭附助支承及導向等，提高機床的加工精度[2]。在深孔鉆鏜床中，授油器是一個十分重要的部件，其性能好壞與否直接影響深孔鉆鏜床在深孔加工時的精度及效率。

根據授油器在深孔鉆鏜床中的功用，在產品設計中，通常將授油器分為上體授油器主體部分、下體進給拖板兩部分結構。上體部分主要實現高壓冷卻液的輸入、鉆桿鉆頭的附助支承及導向；而下體部分完成授油器沿床身導軌的前后移動、對工件的端面頂緊及頂緊后的拖板鎖緊固定，同時實現冷卻液的密封。

在普通深孔鉆鏜床中，授油器拖板驅動通常有3種典型結構[3]:第一種為伺服電動機帶減速裝置經梯型螺紋絲杠驅動，如圖2所示；第二種為液壓油缸驅動，如圖3所示；第三種為伺服電動機帶減速裝置，通過齒輪齒條副的驅動，參見圖4。3種不同的拖板驅動形式根據機床加工特點選用，各有利弊。第一種梯型螺紋絲杠驅動，優點是結構簡單、成本低廉，帶動拖板沿導軌前后移動到位后，可實現縱向自鎖。缺點是:其一梯型螺紋絲杠傳動效率較低，相同的驅動力矩所需電動機功率較大；其二，對于長行程移動，為了防止絲杠加長后的撓度變形，需配輔助支承，才可保證拖板進給的平穩性和精度，增加了傳動結構的復雜性。所以對于長行程深孔加工機床中，授油器拖板無法采用梯型螺紋絲杠驅動。第二種液壓缸驅動，在短行程機床中，也偶有使用。優點是驅動直接，簡化了機械驅動結構，缺點是需配置專用液壓控制站，任何一個液壓件的性能都會影響授油器拖板的正常工作，結構穩定性相對較差。因此，目前對于深孔鉆鏜床授油器拖板驅動使用最多的是第三種伺服電動機帶減速裝置，通過齒輪齒條副的傳動。該項結構的最大優點是不受行程長短限制，適用于任何長度工件加工的機床，再者可與機床刀桿進給拖板共用相同齒條副，簡化了傳動結構，同時節省了生產制造成本；缺點是齒輪齒條副自身無法自鎖，需增加單獨的鎖緊結構，實現授油器到位頂緊工件后的鎖緊功能。普通深孔鉆鏜床授油器頂緊工件后的鎖緊多為手動鎖緊，鎖緊過程中，費時費力，同時會導致對工件的頂緊松動、高壓冷卻液的泄漏及壓力的下降。

在分析各種拖板結構的優劣性后，結合數控深孔鉆鏜床的性能要求，設計研發了一種新型授油器拖板結構。充分利用齒輪齒條副的傳動不受行程長短限制的優點，更改授油器頂緊工件后的手動鎖緊為液壓油缸推動楔塊鎖緊，省時省力，安全可靠。

3 新型授油器拖板結構的主要組成及工作原理

新型授油器拖板總體外觀結構如圖4，右端配置伺服電動機帶減速裝置一套，通過齒輪齒條副帶動拖板實現不同速度的進給或后退。本結構最大的創新設計在于，在拖板前后各增加一套結構完全相同的專用液壓油缸[4]。其工作原理如圖5所示:當拖板上前后兩套液壓油缸1中間油口進油時，推動第一活塞2和第二活塞3帶動第一活塞桿4和第二活塞桿5向兩側移動，活塞桿端頭的楔面迫使配裝在它之上的第一銷軸6和第二銷軸7向上移動，由于銷軸與第一壓塊8和第二壓塊9裝成為一體，因此，會帶動兩壓塊向上微移，壓緊床身導軌面，實現授油器拖板沿床身導軌自鎖，此時兩側的第一彈簧12和第二彈簧13處于壓縮狀態。當鏜孔加工結束，鏜桿退回，授油器需松開時液壓油缸1兩側進油口進油，中間油口泄油，推動第一活塞桿4和第二活塞桿5向中間移動，第一銷軸6和第二銷軸7沿楔面下降，第一彈簧12和第二彈簧13回復原狀，彈力推動第一壓塊8和第二壓塊9向下松開復位，此時拖板與床身導軌處于滑移導軌副配合，通過進給裝置，帶動授油器可沿床身移動，遠離工件，完成鏜孔工序總要求。

4 新型授油器拖板液壓控制設計

根據油缸動作功能要求，設計拖板液壓控制原理圖如圖6所示，油泵電動機液壓鎖緊機起動供油，通過過濾器單向閥、溢流閥、三位四通換向閥實現油缸活塞的左右移動，當YV4電磁鐵帶電，油缸中間油口進油，活塞驅動活塞桿向兩側移動，兩側銷軸帶動壓塊上移，壓緊導軌面實現拖板沿床身導軌的自鎖；油路中設有單向閥以保主油路的暢通、溢流閥可調節主油路的壓力流量，設有液控單向閥實現油路的柔性保壓，當壓塊鎖緊時，以免壓力過大，損傷機械零件。

5 新型授油器拖板結構的優越性

本拖板結構充分利用原機械結構，增加前后兩套液壓缸，通過液壓控制每套液壓油缸帶動左右完全對稱的兩活塞桿的移動，充分發揮液壓控制的優越性，實現拖板壓塊相對床身導軌的鎖緊和滑移狀態的不斷自動切換，徹底解決了手動鎖緊存在的各種問題，結合數控系統控制，通過液壓實現了授油器拖板的自動控制功能，大大節省了機床附助加工時間，極大提高了數控深孔鉆鏜床的工作效率。本結構已獲得國家實用新型專利。