摘要：提出研制葉輪型面半自動成形銑床的必要性，并介紹了整機和主要部件的結(jié)構(gòu)。采用成形銑削加工葉輪型面，保證了加工精度，提高了生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：半自動 葉輪型面 粗成形精銑機床
1 問題的提出及方案的制定
1.1 問題的提出
葉輪是羅茨風機上的關(guān)鍵零件，其型面為漸開線曲面。傳統(tǒng)的加工方法采用仿形銑或數(shù)控單刀刨削加工，存在以下缺點：
（1）加工后的葉輪型面表面粗糙度和尺寸精度低。
(2)葉輪型面的一致性和型面對軸心線的對稱度達不到產(chǎn)品圖紙的要求。
(3)加工效率低。單件工時35～40min，一臺機床不能加工L3～L5三個品種、18個規(guī)格尺寸及年產(chǎn)7400臺套的需求。
(4)走刀次數(shù)多，刀具磨損快，壽命短，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。
針對上述情況，提出了研制半自動葉輪型面成形銑床。
葉輪型面上的任一素線對軸心線的平行度：L3：0.08；L4：0.06;L5：0.06。葉輪型面對軸心線的對稱度：L3：0.05;L4：0.05;L5：0.06。
1.2 方案的制定
葉輪零件的材質(zhì)為HT250，硬度180～220HB。形狀為橢圓形，單邊余量為5～6mm,兩面均需加工，要保證零件的加工精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率，只能采用成形銑削的方法，并且粗、精分開在兩臺機床上完成，結(jié)合用戶的需求，以及能達到的技術(shù)要求制定了以下技術(shù)方案。
(1)粗精加工分開。粗銑機床加工的單邊余量為5mm左右，精銑機床加工的單邊余量為0.75mm左右。
(2)能適應L3～L5三個品種18個規(guī)格尺寸。
(3)用成形銑刀，粗精銑一次走刀完成整個單面型面的加工，單件工時≤6min。
(4)在精銑機床上設(shè)置了磁柵數(shù)顯測量系統(tǒng)，用于檢測刀具上下調(diào)整的位置，保證型面對軸心線的對稱度。
由于一次走刀漸開線型面加工成形，加工的深度達5mm以上，且加工面積又大。經(jīng)計算切削的圓周力達20000N，需要專門研制專用的成形銑刀和高剛度的機床。經(jīng)過一年多的試制，最終完成了JX2005C和JX2005J半自動葉輪型面粗、精銑機床各一臺，投入使用兩年多，收到良好的經(jīng)濟和社會效益。
2 機床的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1 JX2005C粗銑機床
機床結(jié)構(gòu)形式如圖所示。
JX2005C粗銑機床結(jié)構(gòu)
1.主軸尾座總成 2.滑枕總成 3.主軸箱 4.操縱盒 5、9.側(cè)座 6.工作臺
7.床身 8.夾具 9.側(cè)座
機床的整體布局為框架式，主軸箱3固定不動，支承刀具的尾座1可以軸向移動，調(diào)好后固定不動，主軸箱3和尾座1用滑枕連成一體。裝有成形銑刀的刀桿一端裝在主軸孔內(nèi)并由拉桿拉緊，另一端裝在帶有滾動軸承的尾座內(nèi)。尾座和主軸箱裝在機身上，使它們成為一個整體，這種結(jié)構(gòu)形式大大提高了機床的剛度和抗振性。主軸尾座的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示。
圖3 尾座機構(gòu)
1.調(diào)整裝置 2.后龍門架 3.夾緊機構(gòu) 4.橫梁
5.尾座 6.外套 7.內(nèi)套 8.成形刀 9.刀桿
尾座用來支撐回轉(zhuǎn)的刀桿，它對于提高主軸刀桿的剛度和抗振性至關(guān)重要。在尾座的前支撐處裝有內(nèi)外套，外套有滾動軸承支撐，其內(nèi)孔和內(nèi)套有1∶10的錐度，并在內(nèi)套的圓周上對稱開有三個2mm寬的軸向不通的長槽，刀軸裝入內(nèi)套后，由后端的螺母將內(nèi)套軸向拉動，用以調(diào)整刀軸支撐處和套之間的間隙，達到提高刀桿支撐剛度的目的。在機床工作時，尾座在滑板上固定，其上部用絲桿頂緊，這樣使滑枕尾座和小滑板成為一個整體。當換刀時，將上述夾緊部位全部松開，手動轉(zhuǎn)動小絲杠將尾座退出刀軸支撐端，以便完成換刀。
2.2 JX2005J精銑機床
機床結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。主軸箱1通過步進電機—減速器(i=1∶17)—滾珠絲杠螺母副在立柱3上做上下移動，在加工過程中主軸箱1通過操縱手柄，牢固的鎖緊在立柱3的導軌面上，而由工作臺4作進給運動。主軸箱1上下的移動，用于調(diào)整吃刀深度和適應葉輪品種變化。刀桿6通過主軸箱1、立柱3、滑枕9、尾架8、支架7及床身構(gòu)成一個框架，大大提高了主軸刀具系統(tǒng)的剛度。
圖4 JX2005J精銑機床結(jié)構(gòu)形式
1.主軸箱 2.磁柵尺 3.立柱 4.工作臺 5.床身
6.刀桿 7.支架 8.尾架 9.滑枕總成
2.3 粗、精銑主軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計
如圖5所示。主軸前端的錐孔是7∶24，直徑為69.85mm，主軸前端有兩個定位鍵25.415mm，用于傳遞扭矩，主軸后端有拉桿，用于拉緊刀軸。
圖5 主軸部件的結(jié)構(gòu)
粗銑機床主軸前端的直徑為150mm，精銑為100mm，其前支撐均為C3182100和C2268100雙向推力向心球軸承，后支撐為D3182000雙列向心短圓柱滾子軸承，中間有輔助支撐單列向心球軸承。這樣配置在有預緊力的情況下，不僅保證了主軸的回轉(zhuǎn)精度，同時可承受大的徑向載荷和軸向載荷，提高了主軸的支撐剛度和精度。
在主軸的前支撐處的大齒輪均采用β=10°的斜齒輪，使主軸運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
2.4 專用夾具的設(shè)計
L3、L4、L5三個品種的葉輪粗精銑夾具各有三套，夾具構(gòu)成如圖6所示。
圖6 工件夾具
1.滑塊 2.底座 3.斜塊 4.定心軸 5.形塊
6.調(diào)整桿 7.壓板
夾具裝在機床上，由工作臺上的中間T型槽定位。工件裝在夾具上用定心軸4插入端面孔進行定位。定心軸4一頭的四方放在形塊5上，用以保證葉輪左右限位。葉輪的兩面靠在定心軸4兩端的端面上，保證前后限位。手動轉(zhuǎn)動絲杠，使帶有斜面的滑塊1和斜塊3作相對運動，調(diào)整工件上下位置，以便調(diào)整余量的大小。
在粗銑時，切削余量平均5mm，一次切削切削力和切削面積都大，因而夾具設(shè)計關(guān)鍵是零件的夾緊點和夾緊力的選擇。夾緊點選為葉輪的內(nèi)孔，每孔兩點(圖7)，用四個壓板和M20的螺栓將葉輪壓在工作臺面上，工件由四個支撐板支撐。由于孔壁厚，工件不易變形。每個點的夾緊力，經(jīng)計算均在10kN以上，實踐證明夾緊力是足夠的。
圖7 夾具調(diào)整位置圖
1.支撐板 2.定心軸 3.工件端面
2.5 刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介
粗銑用的刀具為外250mm，內(nèi)60mm，刀體材料用45鋼，切削部分采用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片。精銑用的刀具為外220mm，內(nèi)50mm，采用W18Cr4V整體高速鋼材料，每個品種各有一組刀。刀具設(shè)計分成兩半，便于制造，將漸開線刀刃分成若干段用圓弧逼近。實踐證明加工后的精度完全符合零件圖紙的要求。
本機床于1996年3月在天津市鼓風機總廠投入使用至今兩年多，效果很好。加工零件的表面粗糙度和尺寸精度均提高一級，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率8.5倍。兩年多為該廠產(chǎn)生經(jīng)濟效益349萬元。
