□ 成興麗 □ 張 艷

1.中國電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所 河南新鄉(xiāng) 453003 2.洛陽軸承研究所有限公司 河南洛陽 471039

1 應(yīng)用背景

隨著石油勘探技術(shù)的進(jìn)步,井下儀器也在更新?lián)Q代。鋼筒是井下儀器電路短節(jié)的常用件,鋼筒內(nèi)壁大多都有盲孔,用于儀器之間的定位防轉(zhuǎn)。這類盲孔依靠現(xiàn)有設(shè)備無法直接加工,對此,筆者基于現(xiàn)有機(jī)床設(shè)備設(shè)計(jì)了一種通用的鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備[1]。

▲圖1 鋼筒零件

2 現(xiàn)狀分析

井下儀器電路短節(jié)中有許多品種的鋼筒,這些鋼筒內(nèi)腔有盲孔。某鋼筒零件如圖1所示,圖中的盲孔為圓孔,直徑為11.5 mm,深度為3.8 mm,孔位置距端面121.5 mm。筆者結(jié)合05Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼、TC4鈦合金、TC11鈦合金等的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)了這一通用鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備。

3 工作原理

鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備用于擴(kuò)展銑床功能,如圖2所示,由與銑床連接的撥叉裝置和鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工裝置組成。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工裝置由安裝盤、殼體、壓蓋、軸承套、中間齒輪、銑刀軸、銑削頭等零件組成。在與銑床連接的撥叉裝置中,撥叉安裝在立式銑床主軸孔內(nèi)拉緊,輸入軸上裝有銷。將鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備安裝在銑床上時(shí),撥叉的槽正好被輸入軸上的銷卡住。銑床主軸旋轉(zhuǎn)時(shí),撥叉帶動(dòng)輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)過各級齒輪傳動(dòng),使銑刀軸旋轉(zhuǎn),即可進(jìn)行銑削加工[2]。鋼筒裝夾在銑床工作臺(tái)上,盲孔的銑削深度由銑床工作臺(tái)上下移動(dòng)距離進(jìn)行控制,盲孔的定位由銑床工作臺(tái)水平面移動(dòng)距離進(jìn)行控制。

▲圖2 鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備

使用時(shí),只需將鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備安裝在普通立式銑床上,就可以實(shí)現(xiàn)鋼筒內(nèi)壁盲孔的銑削加工,簡便易行。

4 設(shè)備特點(diǎn)

(1) 整體剛性高。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備中,主要零件銑削頭、殼體、安裝盤等定位準(zhǔn)確可靠,連接牢固。銑刀軸和輸入軸直徑較大,能傳遞的力矩和功率大[3]。設(shè)計(jì)時(shí),盡可能增大前端伸出部分的截面慣性矩,并適當(dāng)縮短伸出長度。這些措施使鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備整體剛性大大提高,減小了受切削力影響而產(chǎn)生的變形,對于加工鈦合金等比強(qiáng)度高且加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重的材料很有益處[4]。

(2) 銑刀軸處支承穩(wěn)定可靠,可加工長圓形盲孔。因銑刀軸處會(huì)受到較大的切削力作用,銑刀軸采用兩個(gè)軸承支承,軸向定位準(zhǔn)確,可同時(shí)承受較大的徑向力和軸向力,抗振動(dòng)能力強(qiáng)。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備可以加工多種長圓形盲孔,擴(kuò)大了加工范圍。與此同時(shí),軸承和齒輪的使用壽命也大大延長。

(3) 傳動(dòng)鏈簡單,易于拆裝維修,安裝調(diào)整容易。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備采用制造方便、成本低、傳動(dòng)穩(wěn)定可靠的圓柱直齒輪傳動(dòng),傳動(dòng)鏈簡單,并可實(shí)現(xiàn)自主制造。安裝時(shí)不需要調(diào)整齒輪中心距,調(diào)整容易,并易于拆裝維修。齒輪處采用脂潤滑,日常維護(hù)簡便。

(4) 采用撥叉?zhèn)鲃?dòng),更易于安裝。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備與銑床連接處用撥叉?zhèn)鲃?dòng),撥叉裝置安裝于銑床主軸孔內(nèi)。當(dāng)鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備與銑床主軸套筒連接時(shí),輸入軸和機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)中心必然有安裝誤差,采用撥叉?zhèn)鲃?dòng),可以避免產(chǎn)生附加動(dòng)載荷和振動(dòng),進(jìn)而避免造成軸和軸承損壞。

(5) 封閉結(jié)構(gòu),安全可靠。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備的銑削頭為封閉結(jié)構(gòu),伸入鋼筒內(nèi)腔部分,兩側(cè)裝有擋板,避免加工時(shí)鐵屑、切削液對鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備內(nèi)部齒輪和軸承產(chǎn)生影響,使齒輪和軸承能夠始終保持良好的潤滑狀態(tài),保證傳動(dòng)穩(wěn)定,并延長使用壽命。

(6) 銑刀安裝更換簡便。銑刀安裝在銑刀軸下端蓋孔中,采用螺釘鎖緊,拆裝簡單方便,節(jié)約輔助時(shí)間。銑刀可為專門定制,也可采用標(biāo)準(zhǔn)鍵槽銑刀改造而成。

5 實(shí)際應(yīng)用

鋼筒內(nèi)壁圓形盲孔銑削加工如圖3所示,鋼筒內(nèi)壁長圓形盲孔銑削加工如圖4所示,f為進(jìn)給方向,銑刀種類為圓柱形鍵槽銑刀。銑削加工時(shí),機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn),經(jīng)過鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備內(nèi)部齒輪的傳動(dòng),使銑刀同向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)銑刀僅向下進(jìn)給時(shí),可在工件內(nèi)腔表面銑出圓形盲孔。當(dāng)銑刀先向下進(jìn)給后向左或右兩個(gè)方向進(jìn)給時(shí),可銑出長圓形盲孔。銑削加工中,銑刀所受的軸向及徑向切削力通過銑刀軸傳遞至軸承[5]。兩個(gè)軸承分布于銑刀軸的兩端,均安裝在殼體孔中,軸向用端蓋固定,軸承的承載狀況良好[6]。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備實(shí)物如圖5所示,鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備安裝至銑床上的狀態(tài)如圖6所示。

▲圖3 鋼筒內(nèi)壁圓形盲孔銑削加工示意圖▲圖4 鋼筒內(nèi)壁長圓形盲孔銑削加工示意圖▲圖5 鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備實(shí)物▲圖6 鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備安裝至銑床狀態(tài)

▲圖7 零件加工現(xiàn)場▲圖8 加工后零件

6 加工效果

通過上述分析及實(shí)際應(yīng)用可知,鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備很好地解決了鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削的工藝難題,保證了設(shè)計(jì)圖紙中盲孔的尺寸精度和位置精度,使加工能按期保質(zhì)保量完成。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備日常維護(hù)成本低,僅需要根據(jù)刀具磨損情況更換銑刀即可。零件加工現(xiàn)場如圖7所示,加工后的零件如圖8所示。

7 結(jié)束語

鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備可用于加工鋼筒中孔徑不小于φ68 mm、 位置深度不大于150 mm的圓形盲孔及長圓形盲孔。針對鋼筒內(nèi)壁盲孔直徑10.5 mm和11.5 mm,盲孔深度3～4.5 mm,且長圓形盲孔長度不大于20 mm的情況,鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設(shè)備能很好地完成加工,具有較強(qiáng)的通用性,應(yīng)用效果良好。