舵(圖1)是艦船上的重要零件之一，其對稱鍵槽既有尺寸精度要求，又有形位公差要求，而且其鍵槽長達(dá)575mm。如何有效地對其鍵槽進(jìn)行加工一直困擾著許多企業(yè)。長期以來，實(shí)際加工時都是采用C630、C650 機(jī)床改制成懸臂銑，手工加工后，再進(jìn)行研配，不僅勞動強(qiáng)度大，耗時長(加工時間長達(dá)1 個月)，而且對操作者要求高，使質(zhì)量難以保證。為此，我們設(shè)計(jì)了專用銑鍵槽機(jī)床，較好地解決了舵鍵槽的加工。

　　1 設(shè)計(jì)方案的制定

　　鍵槽加工采用的工藝方案:用規(guī)格Ø30mm左右的粗齒立銑刀粗銑鍵槽，然后用Ø30mm左右的細(xì)齒立銑刀精銑鍵槽側(cè)面，再用飛刀銑削鍵槽的底面，最后研配鍵槽側(cè)面(該工序根據(jù)試加工情況確定是否采用)。

　　舵鍵槽切削參數(shù)表

　　切削參數(shù)

　　粗銑

　　精銑側(cè)面

　　飛刀銑削

　　切削速度(r/mm)

　　150

　　180

　　150

　　進(jìn)給量(mm/齒)

　　0.15

　　0.10

　　切削深度(mm)

　　3.5

　　0.5

　　0.25

　　銑削時，立銑刀與飛刀一直在不連續(xù)地進(jìn)行切削。當(dāng)?shù)洱X周期性地依次切入金屬時，從切入到切出，引起切削力周期性的變化。舵零件材料為ZB55，經(jīng)正火處理，基體硬度為220～280HB，其銑削力較之普通碳鋼要大。鍵槽過長，懸臂銑削頭懸伸較長，懸臂系統(tǒng)的剛性從結(jié)構(gòu)上不容易得到大的提高。為了充分發(fā)揮立銑刀的切削性能，提高生產(chǎn)效率，選擇較為合適的切削速度、進(jìn)給量、切削深度及銑刀直徑顯得尤為重要。否則，造成切削功率增大，銑削電動機(jī)負(fù)荷超載，發(fā)生悶車，損壞刀具設(shè)備。為穩(wěn)妥起見，我們在常規(guī)推薦切削參數(shù)的基礎(chǔ)上，增加了一個保險(xiǎn)系數(shù)。同時，切削速度及進(jìn)給量均采用變頻調(diào)速電動機(jī)實(shí)行無級調(diào)速，以便在實(shí)際銑削過程中，根據(jù)不同材料選用不同刀具及工步，并合理選擇切削深度、每齒進(jìn)給量及切削速度。關(guān)于銑刀直徑的選擇，考慮到懸臂銑削剛性問題，盡量選用小直徑銑刀。因?yàn)橹睆竭^大，切削力矩增大，易造成切削振動。而直徑過小，銑刀剛性差，生產(chǎn)效率低。設(shè)計(jì)時選擇Ø30mm左右的立銑刀作為動力參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)。加工上述舵鍵槽擬采用如下表所示的切削參數(shù)。

　　由于鍵槽在錐孔的內(nèi)壁上且底面為錐面，所以銑削的進(jìn)給方向應(yīng)與錐孔的母線方向一致，與舵零件錐孔中心線的夾角等于舵錐孔圓錐角的一半。通過回轉(zhuǎn)并平移工件中心來適應(yīng)銑削進(jìn)給方向，通過垂直方向手動進(jìn)給輔以高精度的光柵讀數(shù)來保證鍵槽的寬度及相互間位置度。

　　1.擺線針輪減速機(jī) 2.滾珠絲杠副 3、9.調(diào)整螺釘

　　4.齒輪減速機(jī) 5.垂直移動手輪 6.旋轉(zhuǎn)銑頭

　　7.銑刀 8.垂直拖板 10.刻度盤 11. 橫向移動手輪

　　12.中拖板 13.縱向移動手輪 14.變換手柄

　　圖2 機(jī)床結(jié)構(gòu)簡圖(俯視)

　　2 專機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及操作

　　圖2為銑鍵槽機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡圖。它由四個部分組成:縱向進(jìn)給、橫向切深、垂直進(jìn)刀和主運(yùn)動機(jī)構(gòu)。

　　縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)銑削縱向自動走刀，由擺線針輪減速機(jī)1(BWY-23-2.2kW)通過一對齒輪傳動滾珠絲杠副2推動旋轉(zhuǎn)銑頭6沿縱向移動。為方便機(jī)床的調(diào)整及保護(hù)變頻器，增加一對雙聯(lián)滑移齒輪通過變換手柄14實(shí)現(xiàn)手動與機(jī)動的轉(zhuǎn)換。變頻器調(diào)定的頻率范圍為35～50Hz，自動走刀速度范圍為30～325mm/min。

　　橫向切深機(jī)構(gòu)控制鍵槽深度，垂直進(jìn)刀機(jī)構(gòu)保證鍵槽寬度。二者都是通過絲杠螺母、橫向移動手輪11、垂直移動手輪5手動實(shí)現(xiàn)。由于鍵槽寬度尺寸精度為H8級，垂直進(jìn)刀時通過精密光柵讀數(shù)保證鍵寬要求。鍵槽深度由橫向手輪刻度圈確定。橫向及垂直拖板都設(shè)有調(diào)整螺釘3和9，在加工過程中鎖緊以消除間隙。

　　主運(yùn)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)銑刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，它由齒輪減速機(jī)4(TCJY132F-335-3)通過彈性圈柱銷聯(lián)軸器傳到傳動軸，經(jīng)一對錐齒輪(齒數(shù)比1:1)傳到主軸。由于鍵槽寬90H8，而銑刀為Ø30mm，設(shè)計(jì)時，減速機(jī)、銑刀主軸箱等與垂直拖板緊固聯(lián)接，并隨垂直進(jìn)給而移動。為銑削對稱鍵槽，銑刀主軸箱必須實(shí)現(xiàn)180°旋轉(zhuǎn)并定位。減速機(jī)電動機(jī)經(jīng)變頻器變頻，使主軸轉(zhuǎn)速60～320r/min范圍內(nèi)可調(diào)。

　　具體操作過程為：夾緊工件校正，粗銑一端鍵槽，旋轉(zhuǎn)工作臺安裝工件并移動，消除各部分間隙并鎖緊，旋轉(zhuǎn)銑刀主軸箱180°，粗銑另一端鍵槽。換細(xì)齒立銑刀，精銑鍵槽側(cè)面，垂直移動固定拖板銑鍵槽另一側(cè)面，同理換向銑對稱鍵槽兩側(cè)面。

　　實(shí)際銑削加工表明，精銑側(cè)面銑刀轉(zhuǎn)速應(yīng)比預(yù)定速度低才能滿足側(cè)面粗糙度的要求。專機(jī)設(shè)計(jì)滿足了舵零件的加工要求，而且其鍵槽底面無需飛刀銑削就達(dá)到了用戶要求，比設(shè)計(jì)預(yù)想的效果好。

　　3 設(shè)計(jì)及操作注意事項(xiàng)

　　懸臂較長，而且銑削過程是一個斷續(xù)切削的過程，機(jī)械沖擊使切削力有波動，因此，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮各部分結(jié)構(gòu)的剛性、刀具直徑及切削參數(shù)的選擇。在操作過程中，手動橫向進(jìn)刀及垂直進(jìn)刀后必須鎖緊移動拖板以消除間隙。

　　ZG55的切削加工性能差，切削負(fù)荷大，工件的夾緊機(jī)構(gòu)剛性要好，夾緊力要大，并使工件在銑削過程中夾持穩(wěn)固。否則工件松動，會造成加工表面粗糙，銑刀崩刃，嚴(yán)重時會損壞刀體、工件甚至機(jī)床。

　　銑削的旋轉(zhuǎn)方向及縱向進(jìn)給方向的選擇應(yīng)盡可能使銑刀徑向抗力方向向下，以避免橫向拖板與床身因?yàn)殂姷稄较蚩沽Ψ较虻淖兓斐砷g隙。