1前言

一般起重機(jī)的小孔大背結(jié)構(gòu)件都需要深孔鏜背加工。為保證起重機(jī)運(yùn)行過程的穩(wěn)定性，背側(cè)外徑應(yīng)> 2倍孔徑。圖1是典型的小孔大背轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)的限制只能從孔的一側(cè)加工。業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的成形反銑刀和單齒反銑刀，受刀軸徑比的限制，無法用插補(bǔ)銑削加工小孔大背結(jié)構(gòu)零件。白鋼刀常見的背面刮削方式無法保證背面的加工質(zhì)量、效率和人員安全，且工藝需要手工安裝白鋼刀，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工的自動(dòng)化水平，必須解決小孔大背結(jié)構(gòu)不能自動(dòng)加工的問題。

目前小孔的大背一般用刮刀刮。將白鋼條邊緣打磨成有切割角的白鋼刀，安裝在反向刮條上加工背面。小孔大背結(jié)構(gòu)的加工工具和安裝過程。

將防刮條安裝在機(jī)床主軸上，移動(dòng)機(jī)床主軸，使防刮條穿過待加工背面的孔，手動(dòng)將白鋼刀安裝在防刮條上。機(jī)床轉(zhuǎn)速20 ~ 50r/min，軸向進(jìn)給刮孔背，軸向進(jìn)給0.1mm/r，加工到圖紙要求的尺寸。小孔大背結(jié)構(gòu)的刮背過程。

從圖3所示的流程可以看出，加工工件大背時(shí)，安裝在機(jī)床主軸上的刀桿需要通過小孔到達(dá)加工面的位置，然后將白鋼刀安裝在反刮刀桿上。由于刀桿安裝有白鋼刀，進(jìn)退干涉小孔，白鋼刀需要人工反復(fù)裝卸，工序繁瑣，無法實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化。

3加工方案的提出和選擇

根據(jù)小孔大背加工的現(xiàn)狀，構(gòu)思了一種折疊式刀具。穿過孔時(shí)，刀具的切削部分可以閉合，加工時(shí)切削部分可以展開。通過刀具信號(hào)控制，可以利用慣性、氣壓等折疊切割位置。從而解決了操作者在加工過程中的干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了小孔大背結(jié)構(gòu)的加工自動(dòng)化。

折刀有氣動(dòng)、慣性、外力接觸三種。關(guān)于它們的比較。最后選用慣性折疊刀具加工小孔大背結(jié)構(gòu)。

折刀加工小孔大背的過程是一個(gè)自動(dòng)過程，無需人工干預(yù)。刀具的切削部分需要固定在閉合和展開部分，否則會(huì)造成刀具與工件碰撞或背面無法加工。切割部件閉合和打開的定點(diǎn)方法比較見表2。經(jīng)過分析，考慮到可行性和實(shí)施效果，最終選擇新型鋼球定位結(jié)構(gòu)作為折疊刀的定點(diǎn)方式。

4方案的實(shí)施

4.1小孔大背自動(dòng)折疊刀的設(shè)計(jì)

根據(jù)大型結(jié)構(gòu)件的加工特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造了一種小孔大背的折疊刀具。刀具通過機(jī)床的信號(hào)(主軸旋轉(zhuǎn))控制刀具切削部分的開合。它由工具手柄、接頭、折疊頭、軸承和端蓋等組成。工具柄和工具頭通過標(biāo)準(zhǔn)工具接口連接，具有通用性，便于制造。折疊頭位于刀頭和端蓋之間，刀頭和蓋板通過定位銷定位，并用螺栓緊固。在折疊頭的上端和下端使用軸承，以減少折疊過程中的摩擦。折疊頭可以在刀盤上旋轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)折疊和展開的姿態(tài)。當(dāng)?shù)毒卟还ぷ鲿r(shí)，折疊頭旋入刀盤內(nèi)，減小刀具直徑，便于刀具通過孔徑；當(dāng)?shù)毒唛_始加工時(shí)，折疊頭順時(shí)針旋轉(zhuǎn)出刀盤，刀盤處于展開狀態(tài)。成型刀片安裝后，進(jìn)行背面加工。折疊頭折疊順暢，并通過固定裝置固定在展開點(diǎn)和合攏點(diǎn)。

4.2刀具折疊和定點(diǎn)裝置

根據(jù)折疊刀具的功能要求，折疊頭可以通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)行折疊，并可以固定在展開和閉合位置。為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦，折疊頭兩端裝有高強(qiáng)度耐磨軸承，刀盤如圖7所示。折疊筒在兩個(gè)固定點(diǎn)處有一個(gè)小于1/3半球形空腔，刀盤上有一個(gè)可以被彈簧推動(dòng)移動(dòng)鋼球的圓形空腔。當(dāng)折疊頭不受轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力時(shí)，彈簧推動(dòng)鋼球?qū)⒄郫B頭固定在折疊頭的半球形空腔內(nèi)；當(dāng)旋轉(zhuǎn)慣性力過大時(shí)，鋼球回縮，折疊頭旋轉(zhuǎn)。彈簧球定位器如圖8所示。

4.3對(duì)刀機(jī)床的信號(hào)確定

折疊刀安裝在雙面鏜銑床加工中心的主軸上，機(jī)床開、關(guān)刀的轉(zhuǎn)速信號(hào)由主軸高速旋轉(zhuǎn)和停止決定。展開和關(guān)閉驗(yàn)證如圖9所示。

選擇不同的轉(zhuǎn)速來驗(yàn)證折疊刀的展開和閉合，試驗(yàn)過程中轉(zhuǎn)速為100 ~ 500 r/min。當(dāng)轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分，然后必須停止時(shí)，刀具在10次測(cè)試后不能折疊。當(dāng)轉(zhuǎn)速為200 ~ 300 r/min時(shí)，則必須停機(jī)。經(jīng)過10次測(cè)試，所有刀具都無法折疊。在轉(zhuǎn)速> > 400r/min然后停止的情況下，刀具的折疊頭可以在10次測(cè)試后展開和關(guān)閉。考慮到折疊頭的折疊受外界因素影響，開合用工具折疊頭旋轉(zhuǎn)信號(hào)定位≥500轉(zhuǎn)/分。

4.4切削參數(shù)的確定

為了提高背面加工后的加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值和不同的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量確定反向刮削刀具的最佳切削參數(shù)[3]。在刀具加工中，采用不同的切削參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，最終確定折疊刀具刮削試驗(yàn)產(chǎn)品的切削參數(shù):轉(zhuǎn)速N = 35× [1+(200-d )× 0.16%。其中d為背面外徑，50mm≤d≤240mm；值200是測(cè)試背面的外徑(mm)。

4.5工作步驟

折疊刀具的加工過程。具體步驟如下:①機(jī)床從主軸調(diào)用折疊防刮刀具，通過主軸正轉(zhuǎn)停止來關(guān)閉刀具。②刀具通過孔徑到達(dá)待加工表面。③通過反轉(zhuǎn)和停止主軸來實(shí)現(xiàn)刀具展開。刀具根據(jù)加工參數(shù)對(duì)背面進(jìn)行反向刮削加工。⑤刀具退回到安全距離，主軸正轉(zhuǎn)停止，刀具關(guān)閉。⑥刀具退出加工好的孔。

5實(shí)施效果

新刀具解決了傳統(tǒng)白鋼刀反向刮工件小孔大背時(shí)人工參與的問題。通過轉(zhuǎn)動(dòng)和停止機(jī)床，實(shí)現(xiàn)刀具切削部分的打開和關(guān)閉。同時(shí)采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)固定裝置，穩(wěn)定了切割部分的開合點(diǎn)，免去了人工操作對(duì)刀具的干預(yù)。方案實(shí)施前后的處理方法對(duì)比。

加工過程新刀具由編制好的程序控制，開合順暢，過程不需要操作人員輔助。加工后的內(nèi)端面平面度可達(dá)0.1mm，表面粗糙度值Ra < 6.3μ m，滿足圖紙要求。實(shí)施前后結(jié)構(gòu)件加工質(zhì)量對(duì)比。

新型折疊刀采用成型刀片和最佳工藝參數(shù)。已批量應(yīng)用的小孔大背折疊刀。新型刀具的應(yīng)用，不僅提高了起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)背部和吊臂鉸接點(diǎn)孔制造工藝的一致性，而且實(shí)現(xiàn)了小孔大背結(jié)構(gòu)件的自動(dòng)化加工，避免了復(fù)雜加工零件因安裝和拆卸刀具造成的安全事故。

6結(jié)束語

針對(duì)大型結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)制造了一種非標(biāo)準(zhǔn)刀具，并在起重機(jī)典型結(jié)構(gòu)件上測(cè)試了其可行性和應(yīng)用效果。該刀具可有效解決小孔大背結(jié)構(gòu)件的自動(dòng)化加工難題，同時(shí)解決白鋼刀具表面質(zhì)量差、形位公差無保證、刃磨困難等問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率。