全气控气动卧式三面双工位钻孔、铣槽组合机床的设计

1　问题的提出及设计方案的确定

　　我公司燃气灶中气阀芯(见图1)从单轴纵切自动车床加工后，仍有2个孔、3条槽需要加工。以前加工的工艺方法是用仪表车床开槽，用台钻钻孔，分5道工序完成。这种加工方法存在以下缺点：①因多次定位，零件加工精度难以保障；②生产效率低，完成这5道工序需5台机床，5个工人，生产节拍为40 s；③自动化程度低。为了解决这些问题，我们设想把这5道工序合为1道工序，安排在同一机床上1次装夹完成加工。根据被加工件为铜材，材质较软，切削力小的特点，设计了1台采用全气控气动加工卧式三面双工位钻钻孔、铣槽平面组合机床。

图1　燃气灶中的气阀芯

2　机床的主要结构

　　1) 机床结构形式
　　该机床有钻孔动力头装置、铣削动力头装置、专用夹具、滑台、床身等。整个机床加工采用两工位布置，考虑到被加工件切削量小，本机床不设冷却系统(见图2)。
　　

图2　结构简图

　　2) 特点
　　a) 钻孔动力头：采用日本SUGINO公司生产的气动进给动力头。其主要技术参数为最大钻孔直径8 mm，最大行程100 mm，主轴径向跳动精度≤0.01 mm，滑套轴线与固定套轴线移动方向平行度≤0.02 mm。其特点是加工精度高，动力头完全是气控、气动，配以可调节流器和液压阻尼器，可以实现对快进和工进速度的任意调节，且安装方便。
　　b) 铣削动力头装置：铣削头为自行设计，考虑它作为以后的通用件，设计此动力头在X、Y、Z3个方向均可以在一定范围调整。该铣削头装在滑台上，通过气缸驱动加上液压阻尼器，可进行快进和工进，在铣头原位和终点设置了气动行程开关。
　　c) 滑台：该滑台采用燕尾导轨，内有可调镶条，刚性好，工作稳定可靠，由气缸驱动。在滑台上，可安装夹具，动力头等，通用性较好。

3　控制系统及特点

　　机床动作完全由气动控制，具备自锁，互锁功能及应付紧急情况的能力。系统原理图见图3。

1、4.手动推拉换向阀　2.按纽换向阀　3.气控换向阀　5.机控换向阀(直动式)　6.机控换向阀(通过式)7.单击阀(当入口进气时而出口只出一个脉冲气)　8.梭阀　9.调速阀　10.气源三联件　11.气源分配板

图3　系统原理图

　　1) 动作说明：在Ⅰ工位装上工件，按下夹紧阀1，夹紧气缸把工件夹紧→按下起动阀2，阀3A、3B换向，左铣动力头和右钻动力头同时起动，加工到位碰上行程开关5B、5C后快速退回→到原位后压下行程开关5A、5D→阀3C换向，夹具滑台移到Ⅱ工位，压下行程开关6→阀3D、3E、3F换向，左钻动力头，后铣动力头，右铣动力头同时起动，加工到位压下行程开关5F、5G、5I后快速退回，到原位后压下行程开关5E、5H、5J→阀3C换向，夹具滑台快速退回到Ⅰ工位→卸下工件，完成一个工作循环。
　　2) 系统特点：
　　a）　工件不夹紧，整个机床无法动作；
　　b）　夹具滑台不到位，动力头无法动作；
　　c）　动力头不在原位，夹具滑台无法动作；
　　d）　遇到异常情况(如断刀等)，可按下紧急阀3按钮，所有梭阀换向，气控阀换向，正在加工的动力头立即退回原位；
　　e）　可单个或几个动力头加工：如果想某个动力头(如左铣动力头)工作，而其他动力头不工作，可以把4B、4C、4D、4E、阀门关上，这几个动力头就不工作；
　　f）　左右动力头加工完后，退回有快有慢，阀5A、5D串联后，只有在两个动力头退回到原位，阀ID才会通气换向，夹具滑台才会前进。避免了某个动力头因某种原因未及时退回而夹具滑台又已起动造成打刀等事故。阀5E、5H、5J串联亦如此。
　　g）　选用标准气动元件安装、调整方便，结构紧凑，成本低。

4　结论

　　该机床经过长期的使用证明，原5次定位改为1次定位加工完成，使加工精度大为提高。由于工序集中，机床性能可靠，操作方便，自动化程度高，原5个工人操作现只需1人，生产节拍为8s，仅为原来的1／5，使生产效率大为提高，完全可以满足大批量生产的要求，此机床可在类似场合推广使用。

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