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普通铣床螺旋槽铣削自动化改造

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张鹏飞 李正生 石海林 付浩

(九江职业技术学院,江西 332005)

  随着数控技术的发展,螺旋槽铣削已经逐步转向数控加工,然而单纯用普通三轴数控铣床是无法加工螺旋槽的,必须是要带有一个旋转轴的四轴机床才可以完成螺旋槽的加工,这种高端设备通常只有大型企业才会配备,中小微型机械加工企业几乎很少配备,主要原因在于这些高端设备价格昂贵,而我国机械产品零件三轴加工占有率非常大,四轴机床成本收回周期较长,中小微型机械加工企业几乎很少会去投入,基于此,我们站在降低投入成本的角度,针对中小微型机械加工企业设备配置特点,设计研发了一种“全自动螺旋分齿工作台”,在普通铣床上也能实现自动加工螺旋槽。

  1 普通铣床传统加工工艺问题分析

在普通铣床上加工螺旋槽,传统的方法主要是通过万能分度头与铣床纵向工作台挂轮,使工作台直线运动的同时,带动分度头旋转,实现螺旋运动(见图1),完成螺旋槽的加工,这种方法有些缺点,主要体现在以下几个方面。


图1 万能分度头挂轮

  (1)挂轮计算繁琐,安装调整麻烦。此方法首先需要进行繁琐的挂轮计算,再进行挂轮安装,需要较多的辅助时间,导程不同的零件,需要重新计算挂轮,并安装调整,效率较低,而且只有较高水平的铣工技术工人才掌握此项螺旋槽加工技术,所以螺旋槽的加工费用也较高。

  优化设计方案:螺旋分齿运动采用电动机自动控制,实现自动加工螺旋槽,加工螺旋槽导程不同的零件,只需在控制系统中修改X轴直线运动距离和Y轴旋转角度即可(见图2),减少了辅助时间,而且对铣工技术工人技术水平没有过高要求,操作简单,一般技术工人经过短期培训就能轻松操作,控制系统采用与机械部分分离即插即用设计,安装时,可先将机械部分安装在铣床工作台上,校正好后,再将电动机连线插头与控制柜对应接口相连,便于装卸。


图2 电动机控制柜

  (2)间隙较大、进给不流畅,加工尺寸精度及表面质量差。由于挂轮之间的间隙及铣床丝杆间隙综合因素,容易形成积累误差,导致加工尺寸精度较差,较难确保零件的加工精度。通过挂轮联接后,进给会出现不流畅现象,尤其是导程值较小时,进给阻力非常大,造成进给不均匀,加工后的表面不平滑,容易出现波浪形振纹,工件表面质量较差。

  优化设计方案:直线运动机构采用精度较高的滚珠丝杆和高强度直线导轨进行传动,旋转运动机构采用u赢电竞lol传动(见图3),确保进给运动流畅稳定和装置的精度。


图3 传动机构优化设计

1.u赢电竞lol座;2.滚珠丝杆;3.直线导轨

  2 改造装置结构设计原理

  本装置主要由直线运动和旋转运动两大机构组成,由程序控制两轴联动,实现全自动螺旋运动(见图4)。


图4 结构设计图

1.铣床工作台;2.滚珠丝杆副;3.支撑尾座;4.零件;5.旋转轴主轴;6.旋转轴u赢电竞lol座;7.主轴电动机安装架;8.旋转轴驱动步进电动机;9.丝杆u赢电竞lol座;10.丝杆电动机安装架;11.丝杆驱动步进电动机;12.固定底板;13.直线导轨;14.辅助支撑;15.工作台面;16.导轨滑块

  直线运动机构:主要由丝杆u赢电竞lol座9、滚珠丝杆副2、直线导轨13、导轨滑块16、工作台面15、丝杆电动机安装架10、丝杆驱动步进电动机11、固定底板12及辅助支撑14等部件组成。

  旋转运动机构:主要由旋转轴u赢电竞lol座6、旋转轴主轴5、主轴电动机安装架7、旋转轴驱动步进电动机8、支撑尾座3及零件4等部件组成。

  工作原理:通过固定底板12将本机固定在铣床工作台17上,再将丝杆驱动步进电动机11和旋转轴驱动步进电动机8的插头,插到电动机控制柜对应接口,根据零件螺旋槽导程,进行程序编辑,即可进行对刀,开始自动加工螺旋槽。

  3 切削试验

根据结构设计草图,我们试制了一个缩放样机(见图5),进行了切削试验,功能实现效果良好,后期将根据各类常用铣床型号规格,制造出实物样机,进行市场推广。


图5 缩放样机切削试验

  4 市场定位

本装置的市场定位主要面向小微型机械加工企业,在国家推行“大众创业、万众创新”的背景下,全国小微型机械加工企业越来越多,四轴加工中心能够实现螺旋槽的高精度加工,但由于这些高端设备价格昂贵,根据我国机械产品市场结构特点,这种高端设备成本收回周期较长,这些企业基本上很少会去投入这些高端设备,此装置结构简单,投入成本较低,可解决这一市场空白,具有较广阔的市场应用价值。

  5 结语

经过对螺旋槽加工的现状分析,站在降低投入成本的角度,针对普通铣床螺旋槽铣削传统方法问题解析,制定优化设计方案,研发出一种“全自动螺旋分齿工作台”自动化辅助夹具,通过样机试制及切削试验,能够较好地达到设计要求,成功实现了普通铣床螺旋槽铣削自动化改造。

来源:《金属加工(冷加工)》2017年23期