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                黄金展位

                高服从高质量钻孔的直线导轨钻孔机设计

                hengline
                唐兵仿

                (江门银特银数控机床无限公司 ) 

                  2017年以来,直线导轨副求过于供的情况,吸引了少量资金进入这一资金和技能麋集的小行业,可以预见2019年前后,低端直线导轨副将少量过剩,但由于中心技能的缺乏,中高端直线导轨副需求将在较永劫间内坚持求过于供的形态。要完成国产直线导轨副到达中高端程度,绝大局部企业另有少量的技能题目需求处理,即便直线导轨装置孔钻削这一各人以为复杂的工序,及格率也不高。究其缘由,一些消费者对产物技能要求没有掌握,过分寻求服从或节流本钱,设置装备摆设选型时就曾经决议了产物质量及格率低。

                  直线导轨装置孔分歧格内容除了沉孔深度纷歧致、沉孔直径尺寸超差和沉孔孔口倒角不平均外,另有更为严峻的直线导轨装置孔距的累积偏差超差,间接影响直线导轨装置精度,沉孔尺寸超差还影响螺母密封结果。

                  直线导轨装置孔距的累积偏差是指1根直线导轨有多个孔(比方4m的25mm规格直线导轨有67个孔),机床普通经过钻削头与直线导轨停止屡次绝对挪动完成钻孔,如许后面和前面的孔距会积聚偏差,行业俗称“累积偏差”。累积偏差发生的缘由有导轨材质不平均招致钻孔时伸长或延长没有纪律、机床本身定位精度缺乏、钻孔速率超越主轴精度或刚性容许范畴及机床设计方案分歧理的零碎性偏差等。

                  直线导轨装置孔的加工要求

                  如图1所示,直线导轨装置孔沉孔、孔口倒角、底孔的尺寸和中央距有肯定精度要求,底孔倒角精度要求低。此中,中央距精度最为要害,相邻孔距精度无须像有的企业要求的±0.05mm以内那么高,但累积偏差必需要控制好。以25mm规格导轨为例,德国某品牌直线导轨装置孔中央距公役图样要求只是±0.3mm,但包括了累积偏差。本文发起直线导轨恣意两孔的中央距公役规范按±0.2mm控制。

                图1 直线导轨装置孔加工要求

                  普通的直线导轨钻孔机方案剖析

                  (1)接纳导轨挪动、钻削头牢固的直线导轨钻孔机。这种钻孔机占空中积很大,普通接纳4个动力头辨别从导轨两侧钻孔,导轨卧式,逐一孔顺次挪动完成一切孔的钻削。

                  这种钻孔机对导轨挪动又有两种驱动方案。一是伺服机构全体拖动直线导轨全长范畴延续挪动(下称“导轨全行程伺服驱动挪动四主轴加工”方案),此方案钻孔精度可到达要求,但换型号不方便;二是外行程很短的伺服滑台上装置可以挪动的液压虎钳、共同牢固虎钳交流夹紧和松开直线导轨,每次挪动一个孔位,完成直线导轨全部孔的加工(下称“导轨液压夹紧交流驱动四主轴加工”方案),这种方案孔距累积偏差难以做到及格,比方,相邻孔距偏向即便只要0.01mm,60多个孔,累计偏向就超越了0.6mm,由于导轨钻孔时伸长或延长反复性差,即便经过数控零碎赔偿滑台偏差,累积偏差也难以波动处理。

                  (2)单主轴挪动、分工步加工方案。即接纳1个传统的单头动柱钻孔机,先钻完一切底孔,再归去从第一个孔开端逐一钻沉孔、沉孔孔口倒角,各工步分次钻削,接纳这一方案的国产机床本钱比拟低,但服从也很低。

                  (3)单主轴挪动、成型复合刀加工方案。接纳复合钻头1次钻削底孔、沉孔和孔口倒角,刀具本钱很高,对机床刚性要求十分高。

                  (4)双主轴单驱加工方案。此方案是在传统动柱钻孔机的Z轴滑板上牢固装置两个主轴,共同完成底孔、沉孔和孔口倒角。方案与“单主轴挪动、成型复合刀加工方案”相比,服从相称,但刀具用度有所低落,沉孔照旧必需完全用成型刀锪孔,刀具耗费本钱依然比拟高。

                  (5)三主轴单驱加工方案。此方案是在传统动柱钻孔机的Z轴滑板上牢固装置3个主轴,共同完成底孔、沉孔和孔口倒角。方案与“双主轴挪动、主轴单驱加工方案”相比服从有所提拔,刀具用度低落,但3个头牢固,钻头改换时调解费事,加工服从与沉孔深度和倒角平均性子量难以统筹,工人每每会捐躯加工质量。

                  (6)三主轴三驱加工方案。此方案是在动柱钻孔机的立柱上装置3个滑台,每个滑台上装置一个钻削头,每个钻削头独立经过伺服驱动钻孔。3个主轴可以独立控制深度,共同完成底孔、沉孔和孔口倒角。方案与“三主轴挪动、主轴单驱加工方案”相比服从分明提拔,刀具用度低落。本机长处是服从较高,质量及格率高。缺陷是机床本钱较高。

                  (7)三主轴三驱加工方案加底面倒角。此方案是在“三主轴挪动、主轴三驱加工方案”的根底上,底面加1个倒角动力头,1次装夹完成导轨一切孔的加工。本机长处是服从高、质量及格率高。缺陷是机床本钱高。

                  本文研发的直线导轨钻孔机

                  方案如图2所示,方案阐明:

                图2 本文直线导轨钻孔机方案

                1.鞍座;2.立柱;3.三组双联铣削主轴;4.任务台与夹具;5.床身

                  (1)本文方案是在主轴三驱加工方案的根底上,将单排的三主轴变动为三组双联铣削主轴,研发设计出一种新型的“双排三主轴三驱加工方案”的直线导轨钻孔机,同时钻削两根导轨,成倍地进步了加工服从。

                  (2)本文直线导轨钻孔机的三组双联铣削主轴。如图3所示,为本文自主研发设计的双联精细铣削主轴,接纳高刚性精细主轴亚博ios下载地点组合,控制主轴轴向圆跳动和径向圆跳动精度都在0.01mm以内,如许的主轴可以用于自铣直线导轨装置定位面、包管两条导轨定位基准面与两排主轴的同步平行度,钻孔时定位精度较高,无须中央钻定位即可满意钻孔定位精度的要求。

                图3 三组双联铣削主轴装置

                  (3)双排三主轴三驱加工方案高质量高服从任务的原理。如图4所示,每排的3个主轴共同对应1根直线导轨,1次成型加工两根导轨的底孔、沉孔和孔口倒角。每排第一个主轴装置略小于沉孔的规范钻头定位、钻沉孔,留大批余量;第二个主轴以第一个主轴所钻孔主动放心钻削余下局部厚度,同心度控制好;第三个主轴装置带导柱的成型锪孔刀,锪沉孔大批的余量和倒角,切削量小,外表质量好。由于沉孔的大局部切削任务量由本钱更低、钻孔服从更高的规范钻头替代、大幅度低落了昂贵的成型锪孔刀的耗费。

                图4 双排三主轴三驱加工方案高质量高服从任务的原理表示

                  本方案可快捷地优化3组钻头共同分管钻削量,让3组钻头任务工夫愈加均匀,节流钻削工夫。

                  别的,底孔倒角可在机床主动钻孔工夫范畴内,由工人用平凡设置装备摆设手动完成,或许用另行配套的、很低本钱的全主动气动倒角机完成,不影响全体钻孔服从和质量程度。

                  (4)本文方案的机床主轴结构剖析。本文方案钻孔范畴包罗了滚珠导轨和滚柱导轨从15mm到65mm的全部规格,相邻孔距有30mm、40mm、52.5mm、60mm、80mm、105mm、120mm等尺寸,接纳掩盖上述孔距的最小公倍数方案,并思索调解服从、机床本钱及加工服从等要素,将上述3组主轴两两之间中央距分240mm(参考图4)和315mm两种间隔结构,只需调解1次就可以满意上述一切孔距的加工要求,本文设计了疾速定位调解安装,调解十分方便快捷。

                  (5)X轴动柱驱动方案剖析。本文接纳本身曾经成熟使用到型材加工中央的齿轮齿条驱动方案,并选用高精度磁栅尺作闭环控制,以包管精度的波动性。本文在床身设计上也预留了动螺母滚珠丝杠驱动方案,供愈加信托滚珠丝杠传动方案的用户选择。

                  (6)夹具设计与夹紧方案剖析。会合控制的压紧机构,包管定位夹紧牢靠。可调解压紧头,能顺应差别型号导轨疾速换型调解。由于导轨外形差别很大,有的正面上上等宽,有的不等宽,因而,除15mm型号接纳双方抱住夹紧外,其他型号都只压紧导轨下正面,而在顶面的另一侧设置避免导轨翻转的限位盖(见图5)。

                图5 夹具表示

                  排屑排水方便:机床设计成多个型号共用1套夹具,在夹具上设计有导轨钻孔避空孔位,这些孔位具有排水功用,同时,在夹具支持强度容许范畴内,在每两个压紧头之间设计了排屑槽,钻屑可间接失入上面的主动卷屑槽,打扫十分方便。

                  本文设计的直线导轨钻孔机钻孔才能剖析

                  本文设计接纳1个主轴电动机,经过3∶1加速比的加速机构动员1组两个主轴转动,设计了主轴强迫冷却零碎,容许主轴不连续地永劫间任务。

                  (1)最小钻孔才能评价。制约最小钻孔才能的是主轴转速,假如接纳硬质合金钻头,需求的最高转速约3000r/min,本文接纳10000~12000r/min的伺服主轴电动机,可以满意用户要求。

                  (2)最大钻孔才能评价。制约最大钻孔才能的是主轴输入转矩,45mm规格直线导轨沉孔直径为20mm,65mm规格直线导轨沉孔直径为26mm,选用7.5kW/47.7N·m主轴电动机,主轴输入最大转矩超越170N·m,可以满意一切孔的加工。假如用户仅仅加工35mm以下导轨,可以选5.5kW/34.7N·m的主轴电动机。

                  (3)影响机床钻孔才能的其他要素。机床各轴驱动力、机床各轴导轨的刚性、各轴滚珠丝杠及丝杠支持亚博ios下载地点的承载才能等要素都市影响到机床的钻孔才能,本文设计一致以钻直径26mm孔的要求停止设计婚配,以满意各型号直线导轨的钻孔要求。

                  (4)种种数控直线导轨钻孔机方案比照剖析(此中,A钻孔工夫为1根4m25mm规格导轨用时)如附表所示。

                种种数控直线导轨钻孔机方案比照剖析表

                  结语

                  本文研发的新型直线导轨钻孔机,设计了由三个独立伺服轴驱动的三组双联加速精细主轴,曾经消费的样机加工100根4m25mm规格的直线导轨样品颠末检测,恣意两孔孔距偏差全部在±0.2mm以内,绝大局部孔距偏差实测在±0.1mm以内、孔径在设计公役范畴内、倒角平均,加工质量及格。每两根导轨加工工夫可控制在10min之内(均匀每根5min),加工服从是其他直线导轨钻孔机的2~12倍,到达了高质量高服从的研发设计目的。
                泉源:《金属加工(冷加工)》2018年08期