1 刨臺(tái)式銑鏜床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

    以箱體零件同軸孔系為代表的長孔鏜削，是金屬切削加工中最重要的內(nèi)容之一。盡管現(xiàn)在仍有采用鏜模、導(dǎo)套、臺(tái)式銑鏜床后立柱支承長鏜桿或人工找正工件回轉(zhuǎn)180°等方法實(shí)施長孔鏜削的實(shí)例，但近些年來，一方面由于數(shù)控銑鏜床和加工中心大量使用，使各類臥式銑鏜床的坐標(biāo)定位精度和工作臺(tái)回轉(zhuǎn)分度精度有了較大提高，長孔鏜削逐漸被高效的工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°自定位的調(diào)頭鏜孔(圖1)所取代；另一方面， 形床身布局之普通或數(shù)控刨臺(tái)式銑鏜床的大量生產(chǎn)和應(yīng)用，從機(jī)床結(jié)構(gòu)上使工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°自定位的調(diào)頭鏜孔，幾乎成為在該種機(jī)床上鏜削長孔的唯一方法。

圖1 工作臺(tái)轉(zhuǎn)180°自定位的調(diào)頭鏜孔

刨臺(tái)式銑鏜床與臺(tái)式銑鏜床在刀具系統(tǒng)方面，從功能到其運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)并無兩樣，兩者的區(qū)別主要在形成各類工件廓形的x、y、z、W和B五個(gè)坐標(biāo)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中的x與W兩個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)布局上。刨臺(tái)式銑鏜床在 形的橫床身部分所布局的兩層結(jié)構(gòu)(橫床身—滑座—回轉(zhuǎn)工作臺(tái))工作臺(tái)，與臺(tái)式銑鏜床的三層結(jié)構(gòu)工作臺(tái)分別完成x(橫)向、W(縱)向和B(臺(tái)轉(zhuǎn))向三個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)不同，只完成x向和B向兩個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，W向坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)由載有主軸箱的立柱沿 形的縱床身部分移動(dòng)實(shí)現(xiàn)。其坐標(biāo)系的構(gòu)成如圖2所示。顯然，在刨臺(tái)式銑鏜床上鏜孔時(shí)，刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)(含主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng))執(zhí)行件皆為刀具，工件是固定不動(dòng)的。其中完成鏜刀進(jìn)給的運(yùn)動(dòng)，可以在立柱固定于縱向床身上一個(gè)確定位置時(shí)，由沿z軸直移的鏜軸實(shí)現(xiàn)，也可以在鏜軸具有一個(gè)確定伸長值之后，由沿W軸直移的立柱實(shí)現(xiàn)。

圖2 刨臺(tái)式銑鏜床的坐標(biāo)系

2 立柱送進(jìn)調(diào)頭鏜孔的同軸度誤差及其補(bǔ)償

1. 立柱送進(jìn)調(diào)頭鏜孔的同軸度誤差D₃
       影響刨臺(tái)式銑鏜床調(diào)頭鏜孔同軸度的主要因素與臺(tái)式銑鏜床一樣，也是工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°調(diào)頭的分度誤差da和為使調(diào)頭前已鏜成的半個(gè)長孔d₁軸線，在調(diào)頭后再次與鏜軸軸線重合而鏜削長孔之另一半孔d₂，所需工作臺(tái)橫(x)向移動(dòng)L_x=2l_x(圖1)的定位誤差dx₂。而且工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°前后，臺(tái)面在xy坐標(biāo)平面內(nèi)產(chǎn)生的傾角誤差df，在yz平面內(nèi)產(chǎn)生的傾角誤差dy及在y向產(chǎn)生的平移誤差dy，也同樣是刨臺(tái)式銑鏜床調(diào)頭鏜孔同軸度的重要影響因素。但鏜軸軸線空間位置對(duì)調(diào)頭鏜孔同軸度的影響，通常用立柱送進(jìn)完成孔全長鏜削的刨臺(tái)式銑鏜床，與通常用工作臺(tái)縱移送進(jìn)的臺(tái)式銑鏜床有明顯的不同。
   　　如果仿照臺(tái)式銑鏜床上的臺(tái)心縱(或橫)移線定義為，工作臺(tái)軸線上與被鏜孔軸線等高的點(diǎn)，在工作臺(tái)縱(或橫)移時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，而把刨臺(tái)式銑鏜床上與被鏜孔軸線等高的鏜軸軸線上鏜刀刀尖的回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)O₁，在立柱沿W坐標(biāo)直移時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，定義為立柱縱移線，則立柱送進(jìn)鏜孔的刨臺(tái)式銑鏜床，不管被鏜孔名義軸線與立柱縱移線是平行還是相交(兩者重合的情形是極少的)，裝于鏜軸刀桿上之鏜刀頭的送進(jìn)軌跡，即鏜刀實(shí)際所鏜成孔的軸線，在不計(jì)立柱直移直線度誤差及鏜桿送進(jìn)引起的懸垂誤差的條件下，都應(yīng)平行于W坐標(biāo)軸線。因此，這種送進(jìn)形式的調(diào)頭鏜孔，調(diào)頭前后所鏜各半個(gè)孔d_{1#p#分頁標(biāo)題#e#}與d₂本身無軸線的直線度誤差，全孔長是否同軸的關(guān)鍵，就看d₁與d₂孔的兩條軸線是否重合為一條直線。而d₁與d₂兩孔軸線是否重合，主要決定于鏜刀刀尖的回轉(zhuǎn)中心O₁是否剛好在被鏜孔的名義軸線之上。
   1. 若刀尖的回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)O₁，剛好位于被鏜孔的名義軸線之上，表明立柱縱移線與被鏜孔名義軸線重合。這時(shí)，調(diào)頭前后鏜削d₁與d₂孔的兩次起鏜點(diǎn)都在孔名義軸線之上，送進(jìn)路程又是立柱沿W軸線的同一段，故d₁與d₂兩孔軸線重合為一條直線，無同軸度誤差。
   2. 若刀尖的回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)O₁未在孔軸線上，而沿y坐標(biāo)方向偏離一個(gè)線值誤差dy₃，則雖然調(diào)頭前后分別鏜削d₁與d₂兩段孔時(shí)，兩次的起鏜點(diǎn)都不在被鏜孔名義軸線之上，但因這兩個(gè)起鏜點(diǎn)仍為同一點(diǎn)，且兩次的送進(jìn)路程也為在y向上等高的同一段，故d₁與d₂兩孔的軸線仍重合為同一條直線，亦無同軸度誤差。
   3. 當(dāng)?shù)都獾幕剞D(zhuǎn)中心O₁未在孔軸線上，而沿x坐標(biāo)方向偏離一個(gè)線值誤差dx₃時(shí)，其調(diào)頭鏜孔的情況，如圖3所示。可以看到，調(diào)頭前后所鏜成長孔之兩部分d₁與d₂孔的兩條軸線，分別列在被鏜孔名義軸線兩側(cè)，每一條同孔軸線的距離都為dx₃，從而造成所鏜長孔的同軸度誤差D₃。根據(jù)同軸度的概念有 D₃=4dx₃=4ltgdb′(1)式中 db′——被鏜孔名義軸線與立柱縱移線相交的交角誤差
      
      l——刀尖回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)至上述兩線交點(diǎn)之距離
      如果立柱縱移線同被鏜孔名義軸線不是相交，而是平行，且間距也為dx₃時(shí)，則與圖示之兩線相交成交角誤差db′的效果一樣。

   
   1.鏜d₁孔時(shí)的臺(tái)位 2.鏜d₂孔時(shí)的臺(tái)位 3.被鏜孔的名義軸線 4.立柱縱移線
   圖3 刨臺(tái)式銑鏜床立柱送進(jìn)鏜孔

2. D₃補(bǔ)償值Dx₃的確定
   　　此項(xiàng)同軸度誤差是定值誤差，可在鏜完d₁孔工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°并橫移L_x=2l_x后，據(jù)已確定的補(bǔ)償值Dx₃及其方向，再橫移工作臺(tái)這個(gè)Dx₃值即可消除這項(xiàng)同軸度誤差。由圖3可以看出 Dx₃=2dx₃(2)
   　　如果被鏜孔名義軸線恰好處在過工作臺(tái)軸線的yW坐標(biāo)平面(縱垂面)之內(nèi)，則調(diào)頭鏜孔在調(diào)頭后可不必再橫移2l_x路程，這樣就既可消除D₃這項(xiàng)同軸度誤差，還能消除橫移2l_x的定位誤差dx₂對(duì)調(diào)頭鏜孔同軸度影響。
   　　由此，可得出在滿足工件已夾固于工作臺(tái)上合理位置的前提下，刨臺(tái)式銑鏜床工作臺(tái)在其橫床身上的最佳夾固位置，是把工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)置于被鏜孔名義軸線與立柱縱移線的交點(diǎn)處。當(dāng)被鏜孔名義軸線因被加工零件結(jié)構(gòu)的原因不能剛好過工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心時(shí)，工作臺(tái)在橫床身上的合理位置，應(yīng)是把工作臺(tái)橫移到使鏜刀刀尖的回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)O#p#分頁標(biāo)題#e#₁，剛好位于工件被鏜孔的名義軸線之上。

3 鏜軸送進(jìn)時(shí)立柱縱向位置的合理確定

1. 立柱縱向最佳位置的確定
   　　當(dāng)遇到特定情況，刨臺(tái)式銑鏜床必須把立柱固定在縱向床身上的一個(gè)合適位置，而用鏜軸帶著刀具伸出作為鏜孔的送進(jìn)形式時(shí)，鏜軸軸線與被鏜孔名義軸線在xz平面內(nèi)的交角誤差db，在yz平面內(nèi)的交角誤差dg，與臺(tái)式銑鏜床一樣，對(duì)調(diào)頭鏜孔的同軸度都有重要的影響，并且隨著鏜軸送進(jìn)長度的增加，鏜軸自重引起之鏜桿下?lián)献冃危矊?duì)調(diào)頭鏜孔的同軸度產(chǎn)生較大影響。與臺(tái)式銑鏜床所不同的是，刨臺(tái)式銑鏜床的鏜軸伸出鏜孔時(shí)，可縱向移動(dòng)的立柱必須固置在縱床身上一個(gè)確定的位置，并且重要的是這個(gè)確定位置可以且應(yīng)該被選擇。
   　　按設(shè)計(jì)規(guī)定，鏜軸沿z向的移動(dòng)路程應(yīng)平行于立柱沿W軸的移動(dòng)路程；鏜孔時(shí)被鏜孔的名義軸線應(yīng)安放在與W(z)軸平行的位置。鏜孔前工作臺(tái)已沿x坐標(biāo)移動(dòng)到使被鏜孔名義軸線對(duì)準(zhǔn)鏜軸，并固定夾緊，鏜軸已縮回到零位，裝夾鏜刀的刀桿插入鏜軸內(nèi)錐孔中(圖4)。當(dāng)被鏜孔名義軸線與鏜軸軸線在xz平面內(nèi)有交角誤差db存在時(shí)，由于兩線交點(diǎn)O隨著立柱在床身縱導(dǎo)軌上的縱移也同時(shí)沿立柱縱移線移動(dòng)，使圖4中l(wèi)′的數(shù)值相應(yīng)變化，而兩線交角db保持不變，故不論立柱移到哪一個(gè)位置固定，由db而導(dǎo)致的調(diào)頭鏜孔同軸度誤差D₄的計(jì)算公式，都可表示為 D₄=2dx₄=4(l_W+l′)tgdb(3)式中 dx₄——角誤差db引起的調(diào)頭鏜孔后d₁對(duì)d₂孔軸線的x向線值誤差
   l_W——被鏜孔前端面到工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心之距
   l′——孔端起鏜點(diǎn)M到兩線交點(diǎn)O之距。l′值可正可負(fù)，當(dāng)O點(diǎn)位于M點(diǎn)內(nèi)側(cè)時(shí)，l′值為負(fù)，位于外側(cè)(圖示位置)時(shí)，l′為正
   顯然，D₄可以在鏜削d₂孔前，通過x向微移工作臺(tái)，得到補(bǔ)償。其補(bǔ)償值為 Dx₄=dx₄=2(l_W+l′)tgdb(4)

   
   圖4 鏜軸送進(jìn)鏜孔

   
   式(3)表明，在db存在的情況下，消除D₄的充要條件是l_W+l′=0。從圖4中可以看出，在工件被鏜長孔已處于合理位置(臺(tái)心橫移線平分孔全長)的前提下，欲滿足等式l_W+l′=0成立，只能是鏜軸軸線與被鏜孔軸線的交點(diǎn)O，剛好位于工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心橫移線上。由于上述兩線交點(diǎn)O隨著立柱縱移而沿立柱縱移動(dòng)，所以條件式l_W+l′=0總是能成立的。這就是說，刨臺(tái)式銑鏜床鏜軸送進(jìn)鏜孔時(shí)，為使D₄最小，立柱在縱床身上夾固的最佳位置，應(yīng)是使鏜軸軸線與孔名義軸線的交點(diǎn)O，剛好位于工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心橫移線上。
2. 角誤差db和交點(diǎn)O的測(cè)定
   　　由上述知，獲取立柱最佳夾固位置及準(zhǔn)確補(bǔ)償?shù)那疤幔且阎?p#分頁標(biāo)題#e#db與交點(diǎn)O在鏜軸軸線上的位置，這可用實(shí)測(cè)求出，測(cè)法如下。
   　　將工作臺(tái)置于橫向中間位置，臺(tái)面上橫向放一平尺，在平尺偏工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的某一側(cè)上部放一量塊(圖5)。立柱停在一個(gè)經(jīng)試測(cè)合適的位置，千分表固置于鏜軸上，表頭抵在量塊內(nèi)側(cè)面K上，取千分表讀數(shù)A₁，鏜軸與工作臺(tái)各轉(zhuǎn)180°(設(shè)均無分度誤差)，使表頭仍抵在原側(cè)面K上取讀數(shù)B₁，以鏜軸軸線作為基準(zhǔn)線(O₁～O₁)，由此確定立柱縱移線上的一點(diǎn)Q₁。Q₁到鏜軸軸線的距離為l_Q1=(A₁-B₁)/2。一定要注意表示立柱縱移線上Q₁點(diǎn)位于鏜軸軸線哪一側(cè)之l_Q1的正負(fù)號(hào)。
   縱移立柱L_W2路程，鏜軸也相應(yīng)前伸或后退L_W2，重復(fù)前面的測(cè)量得到l_Q2=(A₂-B₂)/2，從而確定Q₂點(diǎn)。連接Q₁與Q₂，便得到表示立柱縱移線的直線Q₁Q₂，作圖如圖5b，從而可直接量得鏜軸軸線與立柱縱移線的交角db及其交點(diǎn)O到主軸箱前端面的路程值。
   若測(cè)得A₁=B₁，則l_Q1=0，表明這個(gè)立柱縱移線上的點(diǎn)位于主軸軸線上；若又測(cè)得A₂=B₂，表明上述兩線重合；若算得l_Q1=l_Q2，則上述兩線平行，若l_Q1≠l_Q2，則兩線相交，交角db也可用下式算出 tgdb=(l_Q2-l_Q1)/l_W2(5)
   式中L_W2值，可通過記錄W坐標(biāo)指示值獲取。
   

   
   圖5 測(cè)交點(diǎn)O及db

3. 交點(diǎn)O在鏜軸軸線上位置的調(diào)整
   　　通過實(shí)測(cè)所求得鏜軸軸線與立柱縱移線(即被鏜孔名義軸線)交點(diǎn)O的位置，對(duì)鏜軸送進(jìn)鏜孔來說，可能根本實(shí)現(xiàn)不了l_W+l′=0的條件。例如，交點(diǎn)O若交在鏜軸前軸承后面的軸線部分，則立柱即使前移到縱向的前面極限位置，也不可能使交點(diǎn)O剛好位于工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心橫移線上這一合理位置。由此可知，要使立柱縱向的合理位置能夠?qū)崿F(xiàn)而不落空，還必須確保交點(diǎn)O要具體地交到鏜軸前軸承的工件一側(cè)，且求出保證l_W+l′=0的交點(diǎn)O的具體位置。當(dāng)?shù)稐U確定之后，刀尖回轉(zhuǎn)中心至前軸承的路程可知，則交點(diǎn)O的合理位置的具體值不難求得。
   　　由于db的大小和交點(diǎn)O具體在鏜軸軸線上的位置，是由主軸箱安裝在立柱上以及立柱固裝于滑座上時(shí)，它們的相對(duì)位置精度決定的，故求得交點(diǎn)O應(yīng)在鏜軸軸線上的合適位置之后，需通過調(diào)整主軸箱在立柱垂直導(dǎo)軌上的裝配位置或調(diào)整立柱相對(duì)其滑座的位置(使立柱繞y軸在滑座上微轉(zhuǎn)一個(gè)角值)，達(dá)到滿足交點(diǎn)O具有合適位置的要求。

4 刨臺(tái)式銑鏜床上刀具位置的合理確定

　　在刨臺(tái)式銑鏜床上采用立柱送進(jìn)調(diào)頭鏜孔時(shí)，裝夾在鏜軸之刀桿上的鏜刀，其沿Z向的合理位置，一方面要滿足刀尖回轉(zhuǎn)中心至主軸箱前端面的距離稍大于孔全長的一半(再小將不能把長孔鏜通，過大則鏜軸剛度下降)；另一方面還要滿足把刀具刀尖的回轉(zhuǎn)中心，置于鏜軸軸線與立柱縱移線的交點(diǎn)O上。#p#分頁標(biāo)題#e#