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中开双吸离心泵泵体中道孔加工工艺及工装设计

2019-05-17 16:56:21浙江申一泵业制造有限公司[3371]
中开双吸离心泵系列KPL下注网站,属于小批量轮番生产。泵体零件设计的关键部分都集中在泵体中道孔上,中道孔在泵体和泵盖上各占一半,泵体和泵盖把合后一起加工,除了尺寸精度要求较高外,要求各孔同轴度较高。孔的尺寸大小不同,呈阶梯状,而且有的大孔在小孔里面,加工时看不到孔的加工情况,给加工时进刀和孔的尺寸测量带来很大的不便。
(a)泵体 (b)泵盖 (c)泵体泵盖合装后一起加工状态

 目前普遍采用的加工工艺

  我们以前没有加工过此类零件,通过调研,了解到目前各个厂家基本上都是在卧式镗床上进行加工,加工形式如图2所示。

1.两端需要加工的端面 2.镗床尾座 3.镗套 4.轴承压盖 5.镗杆

  使用一个大镗杆, 受最小孔径的制约,镗杆的直径受到限制,不能为了提高镗杆的刚性而尽量地加大直径。镗杆的长度根据工件的长度和镗床主轴到尾座的距离确定。镗杆的一端与镗床主轴刚性连接,另一端支撑在镗床尾座上。镗杆上在不同的位置开了数个装刀用的方孔,以适应不同位置孔的加工。所有需要加工的中道孔和端面在泵体的一次安装中完成。为了保证两端面与中道孔的垂直度,其一端的端面可以在平旋盘上安装刀杆完成加工,而另一端则要设计专用刀盘安装在镗杆上,才能完成对孔端面的加工,保证图样的形位公差要求。

  通过分析,这种加工工艺可以保证中道各孔的同轴度和两端端面与中道孔的垂直度要求,加工质量稳定。但加工效率低,工装设计复杂,对操作工人的技术水平要求高。造成加工效率低的原因有:①工件材料一般为灰铸铁,加工余量较大,每个孔都要经过多次进刀才能完成加工。加工过程中的每次进刀,都要松开刀杆的压紧螺栓,用榔头敲击刀杆的尾部,进刀量不易控制,尤其是最后精镗的进刀量,要小心谨慎并多次试切测量才能完成。②加工端面的专用刀盘设计、制造复杂,加工过程中容易振动,吃刀量小。③镗杆长度大,镗杆直径受加工孔的限制不能太大,造成镗杆刚性差,吃刀量稍大就会引起镗杆振动。

工艺改进

  工艺改进的目的主要是提高加工效率。目前通用工艺影响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调整,以及镗杆刚性差造成的切削用量小。工艺改进的具体措施是:①将中道孔的两端面加工全部由平旋盘上装刀完成,放弃原来端面加工采用专用刀盘的加工方式。② 改变支撑位置,使用相对较短的镗杆,提高镗杆的刚性。③采用两端孔分别加工,用定尺寸成形刀具,减少刀具调整时间。

  为了实现上述目的,对加工方法进行了改进。改进后的加工方式如图3所示。

1.镗套 2.轴承压盖 3、5.刀杆 4.镗床回旋盘

  新工艺首先根据两端几个孔的尺寸大小,制造几把定尺寸刀具(不包括中间大孔),刀杆安装在镗床主轴端孔内,采用莫氏锥度与主轴配合。这样就把原来在镗杆上调整刀具保证加工孔的尺寸变为更换刀杆加工。因为更换刀杆的时间要比在镗杆上调整刀具的时间短,加工尺寸准确,又由于刀杆刚性好,提高了切削参数, 因此加工效率得到了提高。两端孔的端面加工由安装在平旋盘上的刀具来完成,由于平旋盘的切削参数容易控制,且能保证加工的端面与中道孔的垂直度,比传统工艺中用专用刀盘加工明显提高了效率。一端全部加工完成后,利用镗床工作台的回转功能,将工件回转180°,加工另一端的孔与端面,加工方法与前述完全相同。

  两端孔加工完成后, 打开泵盖更换镗杆,对中间大孔进行加工。镗杆采取一端与镗床主轴刚性连接,另一端以已加工好的孔通过镗套支撑。这样镗杆尺寸变短,刚性增加,吃刀量可以加大,提高了加工效率。加工方法如图4所示。

1.镗套 2.镗套铜衬 3.轴承压盖 4.镗杆

 镗杆及镗刀盘结构

1.镗套 2.镗套铜衬 3.镗杆 4.镗刀 5、7.镗刀盘 6.拉紧接头 8.联接螺钉 9.调整螺杆 10.压板 11.刀杆 12.压刀螺钉

  由于泵体中间孔直径较大,镗刀在镗杆上伸出较长,刀杆刚性变差,所以设计一个镗刀盘,在镗刀盘上安装镗刀,提高了镗刀的刚性。

  镗刀盘采用分体结构,用螺栓联接压紧,这样可使镗刀的更换更方便,在不从镗床上拆卸镗杆的情况下,即可更换不同尺寸的镗刀盘,并且可以根据泵体的尺寸不同,方便地改变镗刀盘在镗杆上的安装位置。

  新镗杆除了比传统镗杆长度尺寸变小、刚性提高之外,在镗刀盘上增加了微调进给机构(见图5)。

  在镗刀盘上增加了一压板,压板通过螺栓固定在镗刀盘上,压板中间有一个M12螺纹孔。在镗刀的尾部加工一个M10螺纹孔。调节螺杆上有两段螺纹,一段为M12,一段为M10,尾部为四方体, 以方便调节螺杆的转动。调节螺杆结构如图6所示。

  当转动调节螺杆时,由于镗刀是方形的,不会跟随转动。在M12螺纹副的作用下,螺杆会向前或者向后带动镗刀移动(根据调节螺杆的转动方向),同时,在M10螺纹副的作用下,螺杆又会带动镗刀向后或者向前移动,与调节螺杆的移动方向相反,这样镗刀实际移动距离就是调节螺杆向前移动的距离减去镗刀向后移动的距离差。假设调节螺杆转动一周(360°),在M12螺纹副的作用下,带动镗刀向前移动M12的一个螺距1.75mm,在M10螺纹副的作用下,镗刀向后移动M10的一个螺距1.5mm,这样镗刀实际向前移动了0.25mm。调节螺杆转动360°,镗刀只移动了0.25mm,从而达到了镗刀微调的效果。调整后转动压紧螺钉将镗刀固定。

 新工艺实施的两个核心问题

  实施改进后的新工艺有两个核心问题必须解决,一个是镗床工作台的回转精度问题,要保证工作台180°回转准确;另一个是加工前镗床工作台的调整问题,要保证镗床工作台的回转中心线与镗床主轴的回转中心线共面。前面的问题比较容易解决,现在普遍使用的数控回转工作台的回转精度完全可以满足加工要求。后一个问题则需要认真对待,其调整精度直接影响加工后中道各孔的同轴度。调整方法很多,我们采用的调整方法比较简单,而且调整精度高,现介绍如下。

  选一个合适的工件或者一段钢管,用压板大概固定在镗床工作台的回转中心上,试件的中心线与镗床主轴的中心线方向相同,如图7所示。

  在试件上加工一通孔,孔的表面粗糙度值不要太大,以提高检测精度。镗刀退出试件,将镗床工作台回转180°,在镗杆上安装一百分表,转动镗床主轴带动镗杆转动,看百分表在水平方向的最大读数差值是多少。在水平方向向百分表读数大的方向相反的方向,将工作台移动最大读数差值的一半。比如,百分表在水平方向读数差值为1mm,百分表最大读数靠近操作者一侧,则应将工作台在水平方向向操作者的相反方向移动0.5mm,然后重新加工孔,重复上面的检测方法,直至测量结果(百分表在水平方向的最大读数差值)小于被加工零件要求的同轴度为止,将工作台横向导轨锁死,工作台调整完毕。加工泵体时,工作台只沿着镗床主轴轴线方向移动,横向不许移动,否则将会破坏工作台调整的精度。

  工作台调整好后, 泵体安装在工作台上,安装位置不影响两端加工孔的同轴度,只影响被加工孔的加工余量。而孔的加工余量要求并不高,所以泵体安装时,只要用找正盘大概找正一下即可固定加工。

  改进后的加工工艺,将原来在镗杆上调整刀具控制加工精度改为定尺寸刀具加工,缩短了辅助时间,提高了加工精度,简化了测量手段;用短镗杆代替长镗杆后,提高了镗杆刚度,加大了切削用量,镗刀微调机构的采用方便了精加工时的刀具调整,综合加工效率提高一倍以上。

  由于泵体中道孔中间大孔在加工时看不到(见图2、图4),每次进刀都要卸下泵盖, 试切后再合上泵盖加工,加工余量稍大,一般都要经过三、四次的拆装才能完成加工,严重影响了加工效率的提高,无论是传统工艺还是改进后的工艺,都没有很好地解决这个问题,这也是泵行业今后的攻关课题。