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中開雙吸離心泵泵體中道孔加工工藝及工裝設計

2019-05-17 16:56:21浙江申一泵業制造有限公司[23]
中開雙吸離心泵系列產品,屬于小批量輪番生產。泵體零件設計的關鍵部分都集中在泵體中道孔上,中道孔在泵體和泵蓋上各占一半,泵體和泵蓋把合后一起加工,除了尺寸精度要求較高外,要求各孔同軸度較高。孔的尺寸大小不同,呈階梯狀,而且有的大孔在小孔里面,加工時看不到孔的加工情況,給加工時進刀和孔的尺寸測量帶來很大的不便。
(a)泵體 (b)泵蓋 (c)泵體泵蓋合裝后一起加工狀態

 目前普遍采用的加工工藝

  我們以前沒有加工過此類零件,通過調研,了解到目前各個廠家基本上都是在臥式鏜床上進行加工,加工形式如圖2所示。

1.兩端需要加工的端面 2.鏜床尾座 3.鏜套 4.軸承壓蓋 5.鏜桿

  使用一個大鏜桿, 受最小孔徑的制約,鏜桿的直徑受到限制,不能為了提高鏜桿的剛性而盡量地加大直徑。鏜桿的長度根據工件的長度和鏜床主軸到尾座的距離確定。鏜桿的一端與鏜床主軸剛性連接,另一端支撐在鏜床尾座上。鏜桿上在不同的位置開了數個裝刀用的方孔,以適應不同位置孔的加工。所有需要加工的中道孔和端面在泵體的一次安裝中完成。為了保證兩端面與中道孔的垂直度,其一端的端面可以在平旋盤上安裝刀桿完成加工,而另一端則要設計專用刀盤安裝在鏜桿上,才能完成對孔端面的加工,保證圖樣的形位公差要求。

  通過分析,這種加工工藝可以保證中道各孔的同軸度和兩端端面與中道孔的垂直度要求,加工質量穩定。但加工效率低,工裝設計復雜,對操作工人的技術水平要求高。造成加工效率低的原因有:①工件材料一般為灰鑄鐵,加工余量較大,每個孔都要經過多次進刀才能完成加工。加工過程中的每次進刀,都要松開刀桿的壓緊螺栓,用榔頭敲擊刀桿的尾部,進刀量不易控制,尤其是最后精鏜的進刀量,要小心謹慎并多次試切測量才能完成。②加工端面的專用刀盤設計、制造復雜,加工過程中容易振動,吃刀量小。③鏜桿長度大,鏜桿直徑受加工孔的限制不能太大,造成鏜桿剛性差,吃刀量稍大就會引起鏜桿振動。

工藝改進

  工藝改進的目的主要是提高加工效率。目前通用工藝影響加工效率的原因主要集中在中道孔端面的加工和加工中刀具的調整,以及鏜桿剛性差造成的切削用量小。工藝改進的具體措施是:①將中道孔的兩端面加工全部由平旋盤上裝刀完成,放棄原來端面加工采用專用刀盤的加工方式。② 改變支撐位置,使用相對較短的鏜桿,提高鏜桿的剛性。③采用兩端孔分別加工,用定尺寸成形刀具,減少刀具調整時間。

  為了實現上述目的,對加工方法進行了改進。改進后的加工方式如圖3所示。

1.鏜套 2.軸承壓蓋 3、5.刀桿 4.鏜床回旋盤

  新工藝首先根據兩端幾個孔的尺寸大小,制造幾把定尺寸刀具(不包括中間大孔),刀桿安裝在鏜床主軸端孔內,采用莫氏錐度與主軸配合。這樣就把原來在鏜桿上調整刀具保證加工孔的尺寸變為更換刀桿加工。因為更換刀桿的時間要比在鏜桿上調整刀具的時間短,加工尺寸準確,又由于刀桿剛性好,提高了切削參數, 因此加工效率得到了提高。兩端孔的端面加工由安裝在平旋盤上的刀具來完成,由于平旋盤的切削參數容易控制,且能保證加工的端面與中道孔的垂直度,比傳統工藝中用專用刀盤加工明顯提高了效率。一端全部加工完成后,利用鏜床工作臺的回轉功能,將工件回轉180°,加工另一端的孔與端面,加工方法與前述完全相同。

  兩端孔加工完成后, 打開泵蓋更換鏜桿,對中間大孔進行加工。鏜桿采取一端與鏜床主軸剛性連接,另一端以已加工好的孔通過鏜套支撐。這樣鏜桿尺寸變短,剛性增加,吃刀量可以加大,提高了加工效率。加工方法如圖4所示。

1.鏜套 2.鏜套銅襯 3.軸承壓蓋 4.鏜桿

 鏜桿及鏜刀盤結構

1.鏜套 2.鏜套銅襯 3.鏜桿 4.鏜刀 5、7.鏜刀盤 6.拉緊接頭 8.聯接螺釘 9.調整螺桿 10.壓板 11.刀桿 12.壓刀螺釘

  由于泵體中間孔直徑較大,鏜刀在鏜桿上伸出較長,刀桿剛性變差,所以設計一個鏜刀盤,在鏜刀盤上安裝鏜刀,提高了鏜刀的剛性。

  鏜刀盤采用分體結構,用螺栓聯接壓緊,這樣可使鏜刀的更換更方便,在不從鏜床上拆卸鏜桿的情況下,即可更換不同尺寸的鏜刀盤,并且可以根據泵體的尺寸不同,方便地改變鏜刀盤在鏜桿上的安裝位置。

  新鏜桿除了比傳統鏜桿長度尺寸變小、剛性提高之外,在鏜刀盤上增加了微調進給機構(見圖5)。

  在鏜刀盤上增加了一壓板,壓板通過螺栓固定在鏜刀盤上,壓板中間有一個M12螺紋孔。在鏜刀的尾部加工一個M10螺紋孔。調節螺桿上有兩段螺紋,一段為M12,一段為M10,尾部為四方體, 以方便調節螺桿的轉動。調節螺桿結構如圖6所示。

  當轉動調節螺桿時,由于鏜刀是方形的,不會跟隨轉動。在M12螺紋副的作用下,螺桿會向前或者向后帶動鏜刀移動(根據調節螺桿的轉動方向),同時,在M10螺紋副的作用下,螺桿又會帶動鏜刀向后或者向前移動,與調節螺桿的移動方向相反,這樣鏜刀實際移動距離就是調節螺桿向前移動的距離減去鏜刀向后移動的距離差。假設調節螺桿轉動一周(360°),在M12螺紋副的作用下,帶動鏜刀向前移動M12的一個螺距1.75mm,在M10螺紋副的作用下,鏜刀向后移動M10的一個螺距1.5mm,這樣鏜刀實際向前移動了0.25mm。調節螺桿轉動360°,鏜刀只移動了0.25mm,從而達到了鏜刀微調的效果。調整后轉動壓緊螺釘將鏜刀固定。

 新工藝實施的兩個核心問題

  實施改進后的新工藝有兩個核心問題必須解決,一個是鏜床工作臺的回轉精度問題,要保證工作臺180°回轉準確;另一個是加工前鏜床工作臺的調整問題,要保證鏜床工作臺的回轉中心線與鏜床主軸的回轉中心線共面。前面的問題比較容易解決,現在普遍使用的數控回轉工作臺的回轉精度完全可以滿足加工要求。后一個問題則需要認真對待,其調整精度直接影響加工后中道各孔的同軸度。調整方法很多,我們采用的調整方法比較簡單,而且調整精度高,現介紹如下。

  選一個合適的工件或者一段鋼管,用壓板大概固定在鏜床工作臺的回轉中心上,試件的中心線與鏜床主軸的中心線方向相同,如圖7所示。

  在試件上加工一通孔,孔的表面粗糙度值不要太大,以提高檢測精度。鏜刀退出試件,將鏜床工作臺回轉180°,在鏜桿上安裝一百分表,轉動鏜床主軸帶動鏜桿轉動,看百分表在水平方向的最大讀數差值是多少。在水平方向向百分表讀數大的方向相反的方向,將工作臺移動最大讀數差值的一半。比如,百分表在水平方向讀數差值為1mm,百分表最大讀數靠近操作者一側,則應將工作臺在水平方向向操作者的相反方向移動0.5mm,然后重新加工孔,重復上面的檢測方法,直至測量結果(百分表在水平方向的最大讀數差值)小于被加工零件要求的同軸度為止,將工作臺橫向導軌鎖死,工作臺調整完畢。加工泵體時,工作臺只沿著鏜床主軸軸線方向移動,橫向不許移動,否則將會破壞工作臺調整的精度。

  工作臺調整好后, 泵體安裝在工作臺上,安裝位置不影響兩端加工孔的同軸度,只影響被加工孔的加工余量。而孔的加工余量要求并不高,所以泵體安裝時,只要用找正盤大概找正一下即可固定加工。

  改進后的加工工藝,將原來在鏜桿上調整刀具控制加工精度改為定尺寸刀具加工,縮短了輔助時間,提高了加工精度,簡化了測量手段;用短鏜桿代替長鏜桿后,提高了鏜桿剛度,加大了切削用量,鏜刀微調機構的采用方便了精加工時的刀具調整,綜合加工效率提高一倍以上。

  由于泵體中道孔中間大孔在加工時看不到(見圖2、圖4),每次進刀都要卸下泵蓋, 試切后再合上泵蓋加工,加工余量稍大,一般都要經過三、四次的拆裝才能完成加工,嚴重影響了加工效率的提高,無論是傳統工藝還是改進后的工藝,都沒有很好地解決這個問題,這也是泵行業今后的攻關課題。