消防栓体钻孔组合机床及其夹具结构设计

引言

消防栓也叫消火栓,由消防箱、消防水带、水枪、接口、消防栓体、卡子等组合而成,从消防给水管网取水实施灭火。消防栓体是消防栓的主要零件,一端与水管法兰连接,另一端与消防水带接口法兰连接。消防栓体加工为中批量、多品种共用一台设备。

1消防栓体主要生产工艺

(2）铸造后时效处理:(2）内腔清砂刷油漆:(3）车两端法兰面,管孔,倒角:(4）钻两端法兰连接孔、侧面孔:(5）检验。

2消防栓体专机主要加工内容

消防栓体为铸件,材料为灰口铸铁,材料硬度HB220,专机加工前,已完成两端法兰面、侧面的加工。专机加工内容对应上述生产工艺(4）钻消防栓体的左右法兰面孔和侧面孔,即在70s(含装卸时间20s）内完成消防栓体左面4-624深30mm、右面8-629深26 mm通孔 ,侧面622.5通沉627.5深20 mm复合孔 ,共计13个孔加工。

3零件结构分析

壳体零件为中空壳体 ,形状较复杂 ,刚性好 ,材料易加工排屑。零件较重,装卸费力。两端法兰面,孔已加工,完全定位。专机要求兼容多个品种消防栓体零件加工,如图1、 图2、图3所示 ,共3个品种7个规格。如图1(a）所示 ,所有 零件剖面形状类似,零件最长L=1080mm,最短L=330mm: 左端法兰孔孔径位置尺寸相同,如图4所示,钻4-mm 通孔:右面尺寸略有变化,如图2(b）、图2(a）(b）、图3所示, 右面法兰面上4-629 mm或8-629 mm均布孔,无预作底孔,起始角度分别为45o、22.5o:对面台阶孔孔径均为622.5、627.5,有预作底孔,孔径余量2mm,中心偏移小于2mm, 与大孔中心距分别为78.5mm、75 mm、82 mm ,距法兰端面 L2分别为26mm、64mm、94mm。

因此,机床要兼容加工多品种零件,专用动力头、夹具的设计以及滑台的准确选用是专机设计成败的关键。

4机床总体设计

机床总图如图5所示,机床为三面卧式结构,品字型床身02台面上左右分别装左滑台02、右滑台07,左滑台滑鞍上装四轴钻孔动力头03及其传动机构,右滑台滑鞍上装八轴钻孔动力头06及其传动机构,对面装单轴钻孔动力头,钻孔动力头与床身间有垫块。夹具部件04分左右两部分,分别安装在左右滑台的滑鞍上,滑鞍根据零件长短确定位置后锁紧。加工过程中夹具起定位夹紧及钻模导向作用。刀具部件05为高速钢钻头 ,其他还有润滑部件08、气动 部件09、防护部件20、冷却部件22、液压部件22、控制部件 23等。

5机床动作

机床调整完成后,装零件,夹具油缸夹紧工件,关闭防护门,所有钻孔动力头旋转,冷却液打开,左右滑台快进工进（对面动力头自驱快进工进）:加工完成后 ,冷却液关闭,动力头停止旋转,滑台快退（对面动力头自驱快退）,打开防护门,油缸松开,卸工件,开始下一个加工循环。

6切削参数

图6为机床加工示意图,所有孔设定的线切削速度为n=20///i,进给量f=0.2///r:左面624孔转速n=455r// i,每分钟进给量92//:右面629孔转速n=335r// i ,每分钟进给量67//:对面钻622.5,扩617.5台阶孔转速n=365 r// i,每分钟进给量73 //。

7夹具设计

夹具设计除满足工件定位、夹紧的基本功能以外,还需考虑钻头的导向和多个品种兼容功能。如图7所示,以长度1080//为例介绍夹具定位、夹紧设计。

7.1夹具定位

如图7（d）所示,右边限位块21、22粗限位,如图7（a）所 示,定位块22、定位销08/09/20限制工件右端的3个自由度(X、y、Z方向移动）,如图7(c）所示,左边定位块28、29粗限 位,定位块分别安装在限位块26、27上,限位块与右夹具体固定连接:如图7(a）所示,定位销08/09/20安装在右端夹具体22上。圆柱销06、菱形销07限制工件左端3个自由度(X、y、Z方向转动）,圆柱销、定位销各自由螺钉紧固在导杆05上 ,由油缸04驱动压紧。导杆沿导向座03移动,导向座右端安装在左端夹具体02上,左端固定油缸。因此,工件为完全定位。

7.2 夹具夹紧

夹具以侧面孔为基准,右夹具体固定安装在右滑台滑鞍上,与侧面孔位置尺寸调整好后,锁紧滑鞍压板。左夹具体安装在左滑台滑鞍上,锁紧滑鞍压板,油缸驱动夹紧,夹紧力可根据需要调整大小。

7.3夹具导向

夹具调整完毕,左右夹具体与左右滑台固定,导向时左右夹具体起固定钻模板作用。如图7(e）所示,右边动力头高速钢钻头由右夹具体上4(8）-629钻套导向:如图7(f）所示,左边动力头高速钢钻头由左夹具体上4-624钻套导向。

7.4夹具安装

一般机床夹具安装在两个动力头之间的床身上,由夹具垫块调整零件、刀具与动力头位置。本机床零件品种更换带来长度尺寸变化,夹具定位和压紧必须相应变化,将左右夹具体设计为安装在滑台的滑鞍上 ,滑鞍沿导轨移动。

7.5 品种更换

同理,专机需兼容加工3个品种其他6个规格产品时,工件长度变化 ,只要转到锁紧手柄 ,松开滑鞍压板 ,即可调整滑鞍位置,调整位置到指定尺寸后,再锁紧压板,调整方 便、快捷。

8八轴可转位钻孔动力头设计

机床共3个动力头:对面一个油压自驱钻孔动力头,可选购:左面一个四轴钻孔动力头,所有品种工件都可使用,按常规设计:右面一个八轴钻孔动力头,需满足钻4-619孔和8-619孔要求,如果空间允许,该动力头可以设计成十二轴,虽然制造复杂,成本高一点,但使用时无须调整,加工质量也稳定。但该方案空间位置受限制,只有设计成八轴带转位功能动力头,才能满足加工工序图工件孔布置 22.5О偏转。八轴钻孔动力头主要零件有后盖、箱体、旋转箱 体、电机等 ,其中电机输入转速960r/min,8根主轴输出转 速353r/min。

主轴角度调整机构设计:传动轴组件及输出主轴1～8组件都安装在旋转箱体上,旋转箱体安装在箱体中,旋转箱体边缘有16个模数2轮齿,轮齿在齿轮轴齿轮驱动下可绕箱体孔中心旋转22.5О,齿轮轴手动调整,角度调整好以后,螺钉压紧4个压板。旋转箱体还设计了限位块、调节杆,其作用是微调角度。

9滑台选用

由于左右夹具体分别安装在滑台滑鞍上,滑台选用时 ,其行程应为丑工件max-丑工件min＋前滑鞍长度,工件长度差根据机床布局分布在两个滑台上。

10机床实际使用情况

按加工工艺要求设计的可调整动力头、夹具,能够满足技术协议要求,可兼容7个规格栓体壳体钻孔要求,也为可兼容加工多品种零件的组合机床设计做了成功的尝试