張鵬，王振宇，盧傳杰，劉林強(qiáng)，魯緒閣，齊鵬，于洋

山東普利森集團(tuán)有限公司 山東德州 253000

1 序言

在各種機(jī)械加工零件中，有一類工件（見圖1）外形尺寸較大，質(zhì)量較重，在外圓和端面上均布銑削和鉆削的加工要素，例如，2×660MW超臨界燃煤空冷機(jī)組的空氣預(yù)熱器的轉(zhuǎn)子中心筒，直徑約1500mm，長度約5000mm，工件質(zhì)量約20t，不僅需要車削加工外圓和端面，還要加工外圓和端面上均布的鍵槽和通孔。目前加工此類工件比較經(jīng)濟(jì)的方法是先在臥式車床上車削外圓及端面，然后人工劃線，再二次裝夾，由專用銑床和鉆床加工鍵槽和通孔，精度差，效率低。重型數(shù)控車削中心加工精度和效率高，但使用成本很高，所以需要一個既能提高精度和加工效率，又能實現(xiàn)使用成本較低的加工方案。

圖1 工件示意

2 臥式車床的結(jié)構(gòu)及其局限性

臥式車床車削加工時，主電動機(jī)驅(qū)動主軸箱為工件提供切削時所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，掛輪系統(tǒng)聯(lián)接主軸箱和進(jìn)給系統(tǒng)，進(jìn)給傳動系統(tǒng)的驅(qū)動源來自于與主軸箱傳動機(jī)械系統(tǒng)相聯(lián)的光杠及絲杠，使進(jìn)給量與主軸轉(zhuǎn)速直接關(guān)聯(lián)，以主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量表示出來。

在臥式車床上僅增加一套銑鉆動力頭，只能夠完成單一位置通孔的鉆削加工，原因如下：首先，臥式車床無法進(jìn)行分度，加工第一個通孔后，無法定位后續(xù)孔的位置，無法完成后續(xù)孔的加工；其次，銑鉆動力頭的進(jìn)給依靠機(jī)床床鞍和小滑板的進(jìn)給，臥式車床床鞍進(jìn)給的動力來源于主電動機(jī)通過齒輪傳動帶動主軸，主軸通過齒輪傳動帶動掛輪系統(tǒng)、進(jìn)給箱、光杠和溜板箱帶動床鞍進(jìn)給，而銑削鍵槽時，主軸不允許旋轉(zhuǎn)，造成床鞍不能進(jìn)給，鍵槽無法加工。綜上所述，在臥式車床上僅增加一套銑削動力頭是不能完成銑削和鉆削加工的。

3 臥式車床改造成車銑鉆復(fù)合加工專機(jī)

3.1 總體布局

臥式車床改造成車銑鉆復(fù)合加工專機(jī)的總體布局如圖2、圖3所示。其中加工外圓圓周上均布的鍵槽和通孔時參照圖2進(jìn)行，加工端面上通孔時參照圖3進(jìn)行。

圖2 總體布局1示意

圖2中，件1是進(jìn)給箱，銑鉆加工時進(jìn)給箱處于空擋脫開狀態(tài)；件2是掛輪，聯(lián)接主軸箱與走刀箱；件3是主軸分度裝置和液壓鎖緊裝置，對工件進(jìn)行手動分度和液壓鎖緊；件4是主軸箱，內(nèi)部安裝有主軸，為工件加工提供所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；件5是銑鉆動力頭，可安裝不同刀具，并為銑鉆加工提供切削力；件6是卡盤，用于裝夾工件；件8是尾座，用于支撐工件；件9是伺服電動機(jī)，通過齒輪傳動與光杠聯(lián)接，可在主軸不旋轉(zhuǎn)的情況下，帶動光杠和溜板箱提供進(jìn)給動力；件10是小滑板，小滑板上加工有圓形T形槽，銑鉆動力頭可以沿圓形T形槽整體旋轉(zhuǎn)90°并鎖緊，完成外圓和端面加工要素的加工；件11是溜板箱，可以控制進(jìn)給方向；件12是光杠，將進(jìn)給力傳遞至進(jìn)給系統(tǒng)。

圖3中，件12為工件托架，可對工件進(jìn)行支撐，與工件接觸為滾輪式結(jié)構(gòu)。加工端面上的通孔時，銑鉆動力頭可沿小滑板的圓形T形槽旋轉(zhuǎn)90°并鎖緊。

圖3 總體布局2示意

3.2 改造內(nèi)容

改造的內(nèi)容主要分為4部分，分別為增加分度和鎖緊裝置、伺服電動機(jī)進(jìn)給裝置、銑鉆動力頭以及電氣控制的改造。

（1）增加分度、鎖緊裝置[1]如圖4所示，工件所需分度的度數(shù)與主軸定位用的齒輪的齒數(shù)相關(guān)聯(lián)，例如12或24等分，齒輪齒數(shù)便為12的整數(shù)倍，通過螺釘固定在主軸鎖緊用的剎車盤上，剎車盤通過脹套固定在主軸上。主軸定位用的齒條在導(dǎo)向柱上移動，齒條通過螺釘控制與齒輪嚙合或分開，并通過螺釘固定在底座上，底座通過螺釘固定在床頭箱上。主軸鎖緊用的剎車片通過螺釘固定在液壓缸上，液壓缸通過活塞實現(xiàn)剎車片的夾緊與松開。

圖4 分度、鎖緊裝置

（2）伺服電動機(jī)進(jìn)給裝置改造（見圖5） 在床身后端增加伺服電動機(jī)，通過支架固定在床身上。小齒輪通過脹套與伺服電動機(jī)聯(lián)接，大齒輪通過銷子與光杠聯(lián)接，通過小齒輪與大齒輪嚙合或脫開來控制伺服電動機(jī)與光杠的聯(lián)接與斷開[2]。

圖5 伺服電動機(jī)進(jìn)給裝置改造

（3）銑鉆動力頭改造（見圖6） 床鞍5沿床身進(jìn)行Z向進(jìn)給，小滑板1沿床鞍5進(jìn)行X向進(jìn)給，銑鉆動力頭通過加高墊安裝在小滑板1上，通過小滑板1上的圓形T形槽及螺釘鎖緊。銑鉆動力頭和加高墊可在小滑板1上的圓形T形槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°。

圖6 銑鉆動力頭改造

（4）電氣控制的改造 增加可編程控制器、觸摸屏及伺服電動機(jī)驅(qū)動器[3]。通過觸摸屏控制可編程控制器輸出脈沖信號，其中，單位時間內(nèi)輸出脈沖信號的數(shù)量決定進(jìn)給速度，總輸出脈沖信號的數(shù)量決定進(jìn)給長度，脈沖信號的正負(fù)值決定進(jìn)給方向。

操作面板按鍵布局如圖7所示。按鍵功能簡介如下。加工行程：設(shè)定工件加工的長度及方向，例：輸入數(shù)值“－100”代表工件向負(fù)方向加工100mm。軸位置：反饋當(dāng)前的位置。軸速度：設(shè)定進(jìn)給的速度，例如輸入數(shù)值“100”代表以每分鐘100mm的速度進(jìn)給。位置復(fù)位：清空軸位置顯示的數(shù)據(jù)并恢復(fù)為零。速度加/減：對進(jìn)給速度的加減進(jìn)行微調(diào)。X軸選擇：X向進(jìn)給時選定該按鍵。Z軸選擇：Z向進(jìn)給時選定該按鍵。

圖7 操作面板按鍵布局

改造后，聯(lián)接伺服電動機(jī)的齒輪以及聯(lián)接光杠的齒輪之間脫開，進(jìn)行車削加工，車削工序加工完成后，拆下車削用刀架，安裝銑鉆動力頭，脫開進(jìn)給箱與光杠的聯(lián)接后，聯(lián)接伺服電動機(jī)與光杠，進(jìn)行銑削加工。例如，一個工件需要車削外圓并在外圓上等分加工12個鍵槽或通孔，分度齒輪的齒數(shù)為72。加工步驟如下：將分度鎖緊裝置中的小齒條與分度齒輪嚙合，記錄好嚙合的第一個齒，并通過液壓鎖緊裝置鎖緊主軸，銑鉆動力頭加工第一個鍵槽；加工完成后，脫開小齒條與分度齒輪，松開液壓鎖緊裝置，數(shù)6個齒后再次嚙合，采用液壓鎖緊裝置鎖緊，加工第2個鍵槽，依此類推。

4 結(jié)束語

本裝置經(jīng)實踐驗證，可以加工出合格的工件，穩(wěn)定性好，很好地解決了臥式車床無法分度銑鉆加工的問題。不僅改造價格低，難度小，效率和精度高，而且為此類工件的機(jī)械加工開辟了新思路。