低频轴向振动铰孔机床改造

低频轴向振动铰孔机床改造 低频轴向振动铰孔机床改造 第27卷第8期 2006年8月 煤矿机械 CoalMineMachinery VD】.27No.8 Aug.2006 文章编号:1003.0794(2006)08.0131.03 低频轴向振动铰孔机床改造 何振俊 (1.西北工业大学自动化学院,西安710072;2.南通市广播电视大学,江苏南通226006) 摘要:叙述了振动铰削原理以及方式,阐述了低频轴向振动铰孔对降低表面粗糙度的作用, 并通过对CA6140型普通车床进行改装,论述了使之成为振动铰削机床的方法,解决了企业生产中 的技术难题.提高了一定的经济效益. 关键词:振动铰削;偏心量;表面粗糙度' 中图号:TG51文献标识码:B HowtoRefitLatheintoLow——frequencyAxialVibration CuttingHole HEZhen—?jun (1.NorthwesternPolgtechnicalUniversity,Xi'all710072,China;2.NantongBroadcastand TelevisionUniversity,Nantong226006,China) Abstract:Relatesthetheoryandmethodofvibratingcutting,andexpoundsthegreatroleplaye dinimproving thesurface'Sroughdegreeofaholebyaxialvibrationcuttinginlowerfrequency.Andalsoexpl ainshowtore— fitanordinarylatheofCA6140modelintotheonewhichcutinavibratingway.Thewayofvibra tingcutting isasolutiontothetechnologicaldifficultiesintheproduction.Itraiseseconomicbenefit. Keywords:vibratingcutting;eccentricity;roughdegree 1振动铰削原理和方式 所谓振动铰削,就是在铰刀或工件的正常工作 进给的同时,给铰刀(或工件)施加某种有规律的轴 向振动(或周向振动),使铰刀的切削过程产生变化, 形成规律性的切削一分离一再切削一再分离的断续 切削.在普通铰孔中,一次通铰的情况下,像碳素结 构钢这种比较容易加工的材料,表面粗糙度也只能 大于R.3.2ttm;而采用振动铰削,使铰刀产生低频 振动(100Hz左右),形成脉冲切削力,则切削时,可 给孔加工带来一系列优点:切削力下降,扭矩减小, 切削温度降低,断屑容易,排屑流畅,铰刀刚性相对 增强,铰刀寿命也延长,所以孔的表面光滑,无毛刺, 划痕等弊病,降低了孔的表面粗糙度. 轴向振动方式容易形成分离型切屑,适用于较 软,不易断屑的纯铝,纯铜等材料;而周向振动一般 形成非分离型切屑,它适用于较硬,易断屑的淬火钢 等材料.轴向振动,它的进刀方向和振动方向相同, 刀具的切削力对工件产生周期性的冲击,刀刃易出 现崩刀现象,但考虑到加工铝合金材料较软,由于铰 孔是精加工,切削量小,冲击力不是很大,故选择轴 向振动方式. 2振动机床的改装 如何利用普通车床CA6140改装成振动铰削机 床,从结构原理实现的方便上考虑,改装方法宜采用 低频轴向振动.铰削时将工件装夹在主轴上的三爪 卡盘中,铰刀的主运动由工件旋转完成,改变传统铰 刀作旋转主运动方式,铰刀除随拖板完成轴向进给 运动外,还有振动刀架产生的低频轴向振动.改装 前机床自身的振动来源于驱动电机一皮带一变速齿 轮一主轴传动链,并通过主轴将低频振动传给工件, 为了达到零件的加工精度要求,必须限制机床本身 的振动.可考虑采取如下方法:(1)缩短传动链,减 少振源.主轴箱不采用齿轮传动,而由主电机通过 三角皮带直接带动主轴,缩短了主电机到主轴的传 动链距离(见图1).传动链的简化,省去了齿轮降 速装置,故应选择低速或调速电机.为了降低自身 振动可采用振动小的电动机,加装吸振装置,并认真 调整好皮带松紧,使皮带传递力矩时运转平稳.(2) 改变主轴支承方式.在主轴前端加上精度高,间隙 小的径向轴承和推力轴承,限制主轴的径向跳动和 轴向窜动,同时也避免主轴由于受交变切削力的作 用而产生影响.在改装前,测得待改造的CA6140型 车床主轴前端的径向跳动为0.011inlll,轴向窜动为 0.013mm.改装后测得,主轴前端的径向跳动为 0.008I啪,轴向窜动为0.009mm,由此可见,主轴支 承方式的改变提高了振动切削机床的精度. 改装后的主轴前端定位,主轴受压段缩短,热胀 后向后伸长,影响轴向定位精度较小,故轴向刚度提 高. 接下来是改装刀架,首先卸下小刀架,装上振动 ? 13l? Vo1.27No.8低频轴向振动铰孔机床改造——何振俊第27卷第8期 刀架,振动刀架由振动电机一凸轮一推杆装置等组 成,见图2. 由于切削方式的改变,切削力减小,故图中振动 电机可采用小功率电机;凸轮采用圆轮偏心安装来 获得凸轮效果,用双圆螺母防松;滚动轴承应采用间 隙小的轴承,最好采用承载能力强,抗冲击的滚子轴 承;凸轮4和圆滚子7应进行表面淬火,以提高表面 硬度,耐磨性. J\23一 卜 图1主轴传动链简化图 Fig.1Tm疆nissionchainofmainaxis 1.皮带轮2.后支承3.前支承4.主轴5.电机 图2振动切削原理图 Fig.2Theoryofvibratingcutting 1.振动电机2.链式传动3.牙嵌离合器4.凸轮5.双圆螺母 6.滚动轴承7.圆滚子8.压簧9.滑动轴承lO.铰刀 3振幅选择及凸轮偏心量计算 振动铰孔的振幅选择不宜过大,虽然振幅愈大, 理论上对断屑和表面质量有利,但是,振幅过大,切 削时冲击力大,易产生系统自身的振动和产生噪声, 表面粗糙度反而有所增加,并加快刀具磨损,降低刀 具耐用度.如振幅选择过小,起不到振动切削的效 果.在低频100I-Iz的条件下,振幅一般取0.20.4 m/n.现通过改变偏心量进行振幅调整实验(干切削 条件下),得出了振幅与表面粗糙度之间的近似关系 如图3所示. O.6 i0.5 0.4 馨0?3 塔0.2 0.1 UU.U.4U.bu.1.u1.1.q a/m 图3振幅与表面粗糙度之间的关系图 Fig.3Relationbetweenvibratingbreadthandsurface roughdegree ? 132? 由图3可以看出,振幅0.2—0.5rain之间时,JR. 值在0.73—0.84m之间变化,效果比较令人满意, 考虑到上限位以上尺.值随A的曲线变化陡增以及 偏心量的调整方便,取最大振幅值不超过O.4m/n. 本文最大振幅取0.4nlln,所以只要取偏心量e=0.2 m/n,就能达到要求. 凸轮各点位置与振动位移的关系如图4所示, 由其几何关系,得近似振动位移 口=2ecos(a.12)cos(a/2一) 再由三角函数关系得 L/sin(180.一a/2)=2ecos(a/2)/sin0 变形得 L/sin(a/2)=2ecos(a/2)/sinO 2esin(a/2)cos(a/2)=Lsin0 esina=Lsin0 sin0=esina/ 由于偏心量e相对于滚子的直径来讲小得多, 所以,e相对于L来讲也小得多,esina,L值很小,e 对应的三角形的角也很小,即有 0一sin0=esina/L值很小 所以,振动位移 口=2ecos(a/2)cos(a/2一)一2ecos(a/2)× cos(a/2)一2ecos2(a/2) 各位置的近似振动位移为2eCOS(a/2),其中a 为在理想状态下(原回转中心,非偏心安装)凸轮从 起始位置1处开始的转角. 凸轮点位 【aJ【bJ 图4凸轮各点位置与振动位移 Fig.4Vibratingdisplacementofcam'Seachpoints 4调试与测量 振动刀架安装完毕后,需进行认真调试,除上面 阐述的凸轮偏心量的调试外,还需调整凸轮回转轴 线与振动铰刀的垂直度,振动铰刀与机床主轴轴线 的同轴度,采用辅助仪器进行调整,必要时采用试 切.如欲测量振动效果,并控制系统在切削过程中 的振动,还可在振动刀架上装上电感式或磁电式拾 振器,通过测振仪来观察刀杆的轴向振动.北京测 振仪器厂生产的GZ2型测振仪可配压电式,磁电式 等不同类型的传感器,频率范围2—100000Hz,电 第27卷第8期 2OO6年8月 煤矿机械 CoalMineMachinery V01.27No.8 Aug.2006 臂使用?维修哥文章编号:1003.0794(2006)08.0133.02 掘进机锚杆钻机共泵液压系统应用 徐成富 (佳木斯煤矿机械有限公司研究所,黑龙江佳木斯154003) 摘要:掘进机锚杆钻机液压系统为星轮马达与锚杆钻机共泵系统.其泵控系统采用恒压, 负载敏感控制,控制阀采用负载敏感比例多路换向阀,在系统中加高压三通球阀,实现星轮马达与 锚杆钻机间的切换,并实现安全互锁. 关键词:掘进机星轮马达;液压锚杆钻机;恒压;负载敏感 中图号:TD421.5文献标识码:A SharingHydraulicSystemforRoad——headerandJumbolter XUCheng—fu (JiamusiCoalMineMachineryCo.,Ltd,Jiamusi154003,China) Abstract:Planetmotoranhydraulicjumbolterusethecommonbumpinroad—header.thebumpsystemis equippedwiththefunctionconstantvoltageandsensitivetoload.thevalvesystemadoptload —sensitiveity type,amultipathglobe—valveisadoptedinthesystem.Itcanswitchthewayinplanetmotorwithjumbolter andavoidinterference. Keywords:planetmotor;hydraulicjumbolter;constantvoltage;load—sensitiveity 0概述 我国煤矿巷道断面一般都在812IrI2之间,由 于巷道断面小,在用掘进机掘进时,同时布置多种设 备是很困难的.如果掘进机与锚杆钻机泵站并列布 置是不可能的,因为,其巷道宽度都在34m之间. 如果前后布置,在锚杆钻机工作时,锚杆钻机在掘进 机前方,这样势必导致液压管路过长(其长度一般 30—40m),液压系统压力损失过大,进而影响锚杆 钻机正常工作.另一方面,在掘进机持续工作中,锚 杆钻机的移动也很不方便.因此,在掘进机液压系 统中附加液压锚杆机动力源是很有必要的. 1液压锚杆机与掘进机共泵控系统原理设计 该液压系统为星轮马达与锚杆钻机共泵控系统 (见图1).其泵控系统采用恒压,负载敏感控制,控 制阀采用负载敏感比例多路换向阀,在系统中加高 压三通球阀,实现星轮马达与锚杆钻机问的切换,并 实现安全互锁.如图1所示,当三通球阀1,2接通 时,星轮马达工作;当三通球阀l,3接通时,液压锚 杆钻机工作. 该泵控系统流量按两星轮马达的工作流量加系 统的泄漏确定,恒压控制压力也按星轮马达系统的 压力确定,因为,l台液压锚杆钻机工作时所需的流 量及工作压力与单星轮马达所需的流量及工作压力 是匹配的. 压测量范围0—100mV一31.6V8档,振动量测量范 围,取决于连接的传感器,系统误差不大于?10%, 测点至仪器本体距离,可延长至千米.经GZ2型测 振仪测量,实际最大振幅为0.387l'ILrn,与理论最大 振幅值接近,基本符合要求.否则,重新调整偏心 量,直到满意为止. 5结语 采用低频振动铰削后,孔的表面粗糙度比普通 铰孔明显降低.孔表面光滑,无毛刺,划痕,且切削 力下降,扭矩减小,铰刀刚性相对增强,铰刀寿命也 延长.铰孔时可用菜籽油作为切削液,在润滑良好 条件下,测得表面粗糙度基本控制在R.0.4ttm,解 决了传统铰孔加工中,加工质量低,表面粗糙度不能 达到设计图纸要求的难题. 参考文献: [1]石世宏,傅戈雁.低频振动钻削精密深孔实验分析及振动装置研 制[J].机械,1999(1):2l一22. [2]彭庆林.低频扭振钻削加工[J].机械制造,1997(6):22—23. 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