□ 潘建新 □ 何文學(xué)

1.長沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能制造工程學(xué)院 長沙 410217 2.湖南科技職業(yè)學(xué)院 智能裝備技術(shù)學(xué)院 長沙 410118

1 設(shè)計(jì)背景

普通立式數(shù)控銑床安裝的立式銑刀只能銑削工件外形輪廓、型腔、槽、平面、曲面,對于齒輪、皮帶輪、飛輪等工件的內(nèi)鍵槽,卻無法銑削,由此限制了立式數(shù)控銑床銑削加工的應(yīng)用范圍。

為了解決上述問題,筆者根據(jù)現(xiàn)有立式數(shù)控銑床主軸端部的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了一種用于加工工件內(nèi)鍵槽的數(shù)控銑床附件機(jī)構(gòu),將只能在豎直方向進(jìn)刀的立式銑刀改變方向,成為在水平方向也能進(jìn)刀的立式銑刀,這樣可以加工出工件內(nèi)鍵槽,滿足工件內(nèi)鍵槽銑削加工的需要。

2 方案一

2.1 結(jié)構(gòu)

方案一為使用直柄立式銑刀的數(shù)控銑床附件機(jī)構(gòu),如圖1所示。在方案一附件機(jī)構(gòu)中,彈性聯(lián)軸器上半部的頂端采用莫氏錐柄結(jié)構(gòu),工作時(shí)與銑床主軸固連。彈性聯(lián)軸器上半部通過彈性體與彈性聯(lián)軸器下半部相連。彈性聯(lián)軸器下半部與主動錐齒輪軸通過平鍵連接,并由緊固螺母緊固。主動錐齒輪軸與主動錐齒輪為整體結(jié)構(gòu)。彈性聯(lián)軸器下半部、主動錐齒輪軸分別通過上軸承、下軸承安裝在上殼體內(nèi)。在下殼體內(nèi)安裝從動軸、左軸承、右軸承、從動錐齒輪、鎖緊螺母。從動軸左右兩端分別通過左軸承、右軸承安裝在下殼體內(nèi),從動錐齒輪固定在從動軸上,從動軸左端內(nèi)孔安裝直柄立式銑刀。下殼體左右兩端分別安裝蓋板和封堵螺母。主動錐齒輪和從動錐齒輪嚙合,上殼體與下殼體通過連接螺栓連接。上殼體通過連接螺栓與銑床主軸箱的主軸法蘭相連,改變連接孔位,可以改變直柄立式銑刀在水平方向上的軸向方位。將直柄立式銑刀尾部圓柱面的一邊磨成一偏平面,套裝在從動軸內(nèi)孔中,并用沉頭螺釘緊定。方案一外形如圖2所示。

2.2 工作原理

方案一附件機(jī)構(gòu)在殼體內(nèi)安裝有主動錐齒輪軸、主動錐齒輪、從動軸、從動錐齒輪,主動錐齒輪軸通過彈性聯(lián)軸器與數(shù)控銑床輸出軸連接,主動錐齒輪與從動錐齒輪嚙合,從動軸輸出端連接直柄立式銑刀,數(shù)控銑床輸出軸通過兩錐齒輪的嚙合改變方向,銑刀不再是豎直向下進(jìn)刀,而是旋轉(zhuǎn)了90°,成為水平橫向進(jìn)刀,這樣就可以實(shí)現(xiàn)工件內(nèi)鍵槽的銑削加工。方案一的優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)合理,能使立式銑刀水平安裝,當(dāng)機(jī)床豎直向下運(yùn)動時(shí),與輸出軸相連的附件機(jī)構(gòu)隨之向下運(yùn)動,這樣就可以在工件孔內(nèi)加工豎直方向的鍵槽。方案一的缺點(diǎn)為下殼體體積大,只能在工件較大孔徑中加工鍵槽,若孔徑小于下殼體外形尺寸,則無法進(jìn)入孔內(nèi)加工鍵槽。另外,如果鍵槽尺寸較大,立式銑刀又為錐柄,那么無法將錐柄立式銑刀尾部圓錐面的一邊磨成一偏平面,錐柄立式銑刀無法安裝固定。

▲圖1 方案一結(jié)構(gòu)

▲圖2 方案一外形

3 方案二

3.1 結(jié)構(gòu)

方案二為使用錐柄立式銑刀的數(shù)控銑床附件機(jī)構(gòu),如圖3所示。方案二與方案一的不同之處是,將從動軸改為空心軸,從動軸左端做成錐孔,能夠安裝錐柄立式銑刀。拉緊螺栓從從動軸右端伸入,將錐柄立式銑刀拉緊固定。

▲圖3 方案二結(jié)構(gòu)

3.2 工作原理

方案二與方案一的工作原理一致,也是在殼體內(nèi)安裝有主動錐齒輪軸、主動錐齒輪、從動軸、從動錐齒輪,主動錐齒輪軸通過彈性聯(lián)軸器與數(shù)控銑床輸出軸連接,主動錐齒輪與從動錐齒輪嚙合,從動軸輸出端安裝銑刀。數(shù)控銑床的輸出軸通過兩錐齒輪的嚙合而改變方向,銑刀不再是豎直向下進(jìn)刀,而是旋轉(zhuǎn)90°,成為水平橫向進(jìn)刀,這樣就可以實(shí)現(xiàn)工件內(nèi)鍵槽的銑削加工。方案二的優(yōu)點(diǎn)是采用錐柄立式銑刀,能夠銑削大型工件內(nèi)鍵槽,改變方案一只能采用小型直柄立式銑刀的結(jié)構(gòu),更方便加工大孔徑工件中的鍵槽。方案二的缺點(diǎn)是下殼體體積大,只能在工件較大孔徑中加工鍵槽,若工件孔徑小于下殼體外形尺寸,則無法加工鍵槽。

4 傳動設(shè)計(jì)

在上述用于加工內(nèi)鍵槽的數(shù)控銑床附件機(jī)構(gòu)中,聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)比較簡單,可以采用彈性聯(lián)軸器方案,也可以采用剛性連接方案。采用剛性連接方案時(shí),可將聯(lián)軸器的一端做成孔,另一端做成軸,將軸伸入孔中,中間用平鍵連接。聯(lián)軸器只受扭力,設(shè)計(jì)簡單。

錐齒輪傳動則相對復(fù)雜,主要考慮以下六點(diǎn):① 錐齒輪傳遞的功率大小,以及錐齒輪的轉(zhuǎn)速范圍;② 采用不同輸出軸方式時(shí)錐齒的輪受力大小與方向;③ 錐齒輪輪對的設(shè)計(jì)壽命;④ 錐齒輪的齒形結(jié)構(gòu)與錐齒輪的材料、熱處理、加工精度;⑤ 錐齒輪的齒數(shù)與錐齒輪輪對的傳動比;⑥ 錐齒輪的冷卻潤滑方式。

上述六點(diǎn)確定以后,就可以方便地設(shè)計(jì)出錐齒輪輪對。

對于主動軸與從動軸上的軸承,主要基于各軸的受力情況來選擇合適的尺寸與型號。

5 應(yīng)用效果

在確定用于工件內(nèi)鍵槽的數(shù)控銑床附件機(jī)構(gòu)方案以后,基于筆者單位現(xiàn)有VM850立式數(shù)控銑床的主軸端部外形結(jié)構(gòu),按方案一設(shè)計(jì)了一套用于加工內(nèi)鍵槽的數(shù)控銑床附件機(jī)構(gòu)。

考慮外形尺寸及質(zhì)量,在設(shè)計(jì)時(shí)不能按VM850立式數(shù)控銑床的全功率負(fù)荷來設(shè)計(jì)附件機(jī)構(gòu)?？紤]密封方便,不能采用潤滑油潤滑,而是采用鋰基潤滑脂潤滑,轉(zhuǎn)速按1 500 r/min來考慮。

按設(shè)計(jì)圖紙制作出用于加工內(nèi)鍵槽的數(shù)控銑床附件機(jī)構(gòu),安裝直徑為14 mm的立銑刀后,對內(nèi)孔直徑為140 mm的皮帶輪內(nèi)鍵槽進(jìn)行加工,效果良好。