提高数控精密镗床加工精度的改造方法

赵庆志¹，王海涛¹，吴俊恩²，王艳霞³

（1.山东理工大学机械工程学院，山东淄博　255049；2.山东淄博市科学技术情报研究所，山东淄博　255040；3.山东滨化集团股份有限公司，山东滨州　256619）

　　摘　要：高精度孔的加工一直以来是个难题，除零件自身的原因外，精密镗削机床的精度对其起着决定作用。文中针对高精度孔在镗削加工中出现的实际问题，通过分析和研究，确定了不稳定因素，并提出了有效的改进方案。通过对改进后的镗床进行加工验证，镗床的加工精度及其所加工内孔的重要指标精度均有了显著提高。

　　关键词：精密镗床；高精度孔；加工；改进

　　1　概述

　　一般情况下，镗床镗杆固定在主轴上并随主轴回转，是主运动；被加工件随滑台的移动为进给运动。当然因镗床结构设计的不同，有时主轴同时有主运动和进给运动，也就是主轴回转的同时随主轴箱进给。镗床是精密加工机床，主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外，使用不同的刀具和附件，镗床还可用于钻削、铣削、切螺纹及加工外圆和端面等。

　　在实际的生产过程中，经常会遇到高精度孔的加工问题，这就需要高精密镗床来作保障，而通过改进、优化和完善精密镗床的某些结构，可以有效地提高和保证孔加工所要求的精度指标。

　　在实际高精度孔的加工过程中，通过仪器的测量，发现存在两个问题：一是所加工孔的表面质量不稳定，主要表现在表面粗糙度超差和外观不理想，二是孔的圆柱度波动大，甚至超差。随着用户对零件加工精度要求的逐渐提高，由此引发的质量争议不断，因此，解决此类问题已刻不容缓。

　　2　改进方案

　　众所周知，诸多因素会影响孔的加工精度和表面质量，特别是高精度孔，尤为敏感。经过认真地研究论证，结合多年的实践经验和对精密镗床结构的了解，决定从精密镗床入手，通过对局部结构进行改进和优化，来进一步提高和改善镗床的加工精度，以降低和消除影响孔加工精度的不稳定因素。

　　我们首先采取了排除法，对可能影响孔加工精度的主要因素逐一进行检测，逐渐缩小范围，Z后将焦点集中在了镗杆和丝杠传动两部分，因为这两个部分存在振动和运行不平稳的因素，只有对它们进行相应的改造和完善，才能提高孔的加工精度。

　　2.1镗杆的改进

　　对镗杆部分主要考虑运转时的振动因素，由于精密镗削内孔是高速切削加工，一般转速不低于3000r/min，精密电主轴的回转速度更高，这样一来，轻微的振动就会直接影响孔的表面粗糙度。因此，对镗杆设计的技术要求较高，一般情况下，镗杆与主轴的同轴度小于0.01mm，而且整个镗杆各部外圆都要进行磨削加工，并给定相应各部的形位公差，从而使镗杆在高速转动中保持平衡、减少振动；另外，镗削孔的镗杆，一般悬臂较长，因此这种镗杆必须进行稳定强化热处理，以提高镗杆的强度、刚性，减少镗杆的受力变形，其目的也是降低孔的表面粗糙度值。

　　通过现场的测量，加工中所用的镗杆符合图纸技术要求，但用动平衡仪进行检测时，发现振动误差超出精密镗床的要求范围，于是经过研究，决定对镗杆结构进行改进，改进后如图1所示。其中的自制件4（至少1件），与圆垫类似，厚薄可以不同，具体使用的数量和质量，根据调整主轴运转时振动的实际情况进行适当加减。该结构理论上运用了冲击消振原理，由一个自由质量反复冲击振动体而消耗其振动的能量，从而达到减振的目的。图1中A处的结构就相当于一个外部冲击消振器，振动时，自制件4像冲击块一样在镗杆外冲击消耗振动时产生的能量，从而削弱了振动，进而对克服镗杆镗削过程中产生的微振起到了特别作用，经过现场的安装调试，减振效果非常明显。

　　2.2丝杠传动部分的改进

　　对于丝杠传动部分，主要考虑丝杠带动滑台运行时的传动平稳性。

　　改进之前，丝杠螺母座联接体与滚珠丝杠两端的支承加上丝杠螺母座和镗床滑台固定联接后，实际上是过定位的，这样必然要求零件的加工精度和镗床的装配精度都要相当高，以满足丝杠传动时的精度要求，但是，实际操作起来不方便也难以掌握，尤其是配刮丝杠螺母座中心高的时候，要经过很多次的反复拆装，费时费力不说，往往是丝杠系统的传动还不一定顺畅，不顺畅就容易产生振动，Z终导致镗床滑台运行时的不平稳，从而影响孔的精度指标，这在一定程度上制约了劳动生产率。

　　改进后的丝杠传动部分如图2所示。在原来的丝杠螺母座联接体圆周上均匀安装了3个头部呈球形的调整螺钉，这样每一个调整螺钉与镗床滑台的连接都是点接触的，并且能够决定一个平面，这个平面与丝杠螺母座联接体的垂直度以及滚珠丝杠的中心高都是利用这3个调整螺钉进行调整来保证的，通过检测和调整，可使丝杠传动达到一个Z佳状态，Z后就可以将圆周均布的螺钉轻轻拧紧，Z好是使用扭矩扳手，根据调整螺钉公称螺纹大小的不同，选择一样大的扭矩，使其均刚刚受力即可。这种状态，理论上来说，滚珠丝杠与镗床滑台的联接实际上是"半自由"的。所以，通过改造，不但消除了丝杠传动部分的过定位现象，优化了结构，同时调整起来更加简单方便，更重要的是，提高了丝杠传动的精度和镗床滑台加工运行时的平稳性，从而提高了孔的加工精度。

　　3　验证比较

　　我们对原来的精密镗床按方案实施了相应的改进，将其应用到生产加工过程中，并对改进后的加工情况进行了现场检测。

　　表1是从镗床改进前后所加工的各100只工件（工件内孔直径：φ35，圆柱度≤0.003mm，表面粗糙度≤Ra0.35）中，分别随机抽取10只进行测量的结果。

　　观察表1的测量数据，我们可以看到，通过对镗床局部结构的优化改进，孔的圆柱度和表面粗糙度两个重要指标的精度有了明显改善，并高于图纸的设计要求；同时，镗床加工的稳定性得到了显著改善，所加工孔各项精度指标的波动也得到了控制，这对增强企业在市场中的竞争力，以及对企业的经济效益和社会效益必将起到积极地推动作用。

　　4　结语

　　（1）有针对性地改进影响镗削的不稳定因素，可有效的提高镗床的加工精度。

　　（2）可根据镗床的具体结构，具体问题具体分析，探索一些其它的改进和优化措施，以提高镗床的加工精度。
 

来源：《机械工程师》2008年第6期