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重型深孔钻镗床床头箱体孔距测量—检套检棒的设计

日期: 2018-12-24    来源:德州三嘉机器制造有限公司 作者:谭德宁 张志恒 仇志鹏 王兴维

  摘 要: 通过对现有检套检棒和新型检套检棒的结构对比,进行了量化的数值计算,重点分析了大孔检测的现状和存在的问题,在 TS21160 重型深孔钻镗床床头箱体上,提出了检套检棒的具体改进方法,可以提高床头箱体的精度,降低了齿轮啮合的噪声,具有实际应用价值。

  关键词: 检套检棒; 自定心机构; 轴承锁紧套

  对于重型卧式深孔钻镗床,如 TS21100 和 TS21160型等,床头箱体孔系尺寸规格都比较大,笔者公司目前还没有很好的检测方法,只能采用传统的检套、检棒办法来测量。对于床头箱体,一般都测量孔径尺寸、表面粗糙度、孔距尺寸( 平行) 和主轴孔端面跳动,而孔距尺寸( 平行) 和主轴孔端面跳动只能依靠检套、检棒来测量,不能定量的检测真实数据的大小。

  这里提出了一种能自动消除间隙的检套、检棒结构图,彻底解决床头箱体孔系测量不准的问题,降低了齿轮啮合的噪声。

  1 、床头箱体孔系分析

  现在以 TS21160 型重型卧式深孔机床为例,来说明孔系的测量。如图 1 所示,可以看出Ⅳ轴定位孔精度要求和孔距允差。

  这样的孔系属于大孔范围,尺寸为 520k5mm、580H7 mm 和 750K5 mm。如果采用检套与之配合,间隙小于 0. 03 mm 根本装不上,所以,孔越大越不好用检套来测量。这可以从国家标准的尺寸公差表上体现: 尺寸越大,公差也越大。尺寸公差提得比较严,到了 5 级精度,如果镗模设计、制造和装配得不好,就无法保证 5 级孔的加工和圆柱度 0. 01 mm 的要求。

  从Ⅳ轴孔系可以看出: 定位孔主轴孔端面跳动有 6 处要求 0. 02 mm。Ⅲ轴和Ⅳ轴的孔距为 657. 94 ± 0. 04mm,这个数据本身就不合理,如果两个啮合齿轮节径公差都做到名义值 0 上,孔距在名义值 —— 0. 025 mm上,那么齿轮就过盈配合产生干涉。

  为了保证齿轮的正常啮合,一般啮合齿轮节径公差都做到名义值 ——0. 03 mm 上,孔距为名义值 + 0. 02 mm 上,这样啮合齿轮为间隙配合,床头箱工作起来就会产生“哄咔、哄咔”的响声; Ⅲ轴和Ⅳ轴的孔距公差提到 657. 94 ±0. 02 mm 比较合理,可是一般厂家又干不了。对镗模、镗杆进行改进设计,笔者公司已经能够满足孔距 ±0. 02 mm 的加工能力。对于Ⅱ轴和Ⅲ轴的孔距为 360 ±0. 028 mm,这个数提的比较适中,因为有一对双联滑移齿轮在此配合,间隙过小不容易操作。

  对于Ⅰ轴和Ⅱ轴的孔距为236. 306 +0. 023 mm,为单向公差,公差带比较小,保证了啮合齿轮低噪音的问题,设计合理。

  2 、床头箱体孔系测量

  对于 340 mm 以下的孔系,采用检套、检棒测量可以。统的检测方法用在大孔上,检测误差会比较大。如图 2所示,图中列出了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ轴的测量方法,利用整体检套置于床头箱体孔中,再将检棒插入检套中,这样就可知同一个轴系各孔的同轴情况,如果检棒插入检套中很轻便且检棒回转自如,说明同轴度很好,反之,同轴度不好; 同时可以通过用量块当对板来检测两轴间的孔距和平行,方法是分别测量两侧孔距尺寸,然后根据两侧之间的轴向距离,便可换算出每米上的平行度误差。

  对于Ⅳ轴孔系,检套与箱体孔配合间隙不小于0. 03 mm,检棒与检套采用 80H6 / g5 的配合,最小间隙0. 01 mm,最大间隙 0. 042 mm,取平均值为 0. 025 mm,那么Ⅳ轴孔系带来的检测误差为 0. 055 mm; 对于Ⅲ轴孔系,检套与箱体孔配合,间隙不小于 0. 025 mm,检棒与检套采用 60H6 /g5 的配合,最小间隙 0. 01 mm最大间隙 0. 042 mm,取平均值为 0. 025 mm,那么Ⅲ轴孔系带来的检测误差为 0. 05 mm; 对于Ⅱ轴孔系,检套与箱体孔配合,间隙不小于 0. 02 mm,检棒与检套采用60H6 / g5 的 配 合,最 小 间 隙 0. 01 mm,最 大 间 隙0. 042 mm,取平均值为 0. 025 mm,那么Ⅱ轴孔系带来的检测误差为 0. 045 mm; 对于Ⅰ轴孔系,检套与箱体孔配 合,间 隙 不 小 于 0. 016 mm,检 棒 与 检 套 采 用60H6 / g5 的 配 合,最 小 间 隙 0. 01 mm,最 大 间 隙0. 042 mm,取平均值为 0. 025 mm,那么Ⅰ轴孔系带来的检测误差为 0. 041 mm。

  从上面的数据分析可知:

  Ⅲ轴和Ⅳ轴的孔距测量时,间隙产生的误差为 0. 055 + 0. 05 = 0. 105 mm,无法精确检测孔距 657. 94 ± 0. 04 mm 要求; Ⅱ和Ⅲ轴孔距测量时,间隙产生的误差为 0. 05 + 0. 045 =0. 095 mm,无法精确检测孔距 360 ± 0. 028 mm 的要求; Ⅰ轴和 Ⅱ 轴的孔距测量时,间隙产生的误差为0. 045 + 0. 041 = 0. 086 mm,无 法 精 确 检 测 孔 距236. 306 + 0. 023 mm 的要求。

  从图 1 可知,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴系是垂直排列的,好像检套在重力的作用下都落到了最低点,可以近似测量孔距尺寸,实际是行不通的,因为 3 个孔间的配合间隙不同,再有实际加工的床头箱体孔既可能大也可能小,导致检棒插入检套中既可能抬头也可能低头,导致测量不准; 再有检套本身存在外圆与内孔的同轴度误差和尺寸上限和下限的不同;最后是检棒与检套的间隙,再用量块塞对板测量,检棒会上抬,数值显然是不准确的。

  3 、床头箱体孔系的改进测量

  如图 3 所示,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ轴的检套全部采用能自动消除间隙的自定心夹紧机构测量,它们的结构是相同的。如图 3 中Ⅳ轴孔录 A 部放大图所示,检套由弹性胀套 1、检套体 2 和 O 型密封圈 3 等组成。弹性胀套 1 在中部开有凹槽,是容纳液压油的空腔,空腔两侧有 O 型密封圈槽供安装 O 型密封圈 3 用,弹性胀套采用 45 #钢做材料; 检套体 2 为检套的骨架,结构与图 2 所示的检套相同,采用 HT200 做材料; 弹性胀套 1 与检套体 2 采用过盈配合,安装时采用冷装的方法压入。

  检套体 2 上开有锥管螺纹,高压油枪可从此处打入高压油,然后由单向阀密封,使弹性胀套 1 胀紧在床头箱体孔上,自动消除配合间隙,定心精度可达 005 mm; 当测量完毕后,可通过放油塞将高压油卸载,便可将该新型检套拆下。该结构可保证各轴系的间隙≤0. 02 mm,保证了检测孔距的尺寸精度。优点如下:

  ( 1) 结 构 简 单 实 用,自 定 心 精 度 高,精 度 可 达0. 005 mm。

  ( 2) 无论镗削后内孔直径处于上差还是下差,都能实现自动定心。

  ( 3) 装配方便、轻松,与内孔的间隙可达 0. 1 mm,不再用重器敲打。

  ( 4) 对于大孔测量,测量精度能准确反映实际情况。

  4 、床头箱体主轴孔垂直度的改进测量

  为了准确地测量床头箱体主轴孔端面的垂直度,必须使检棒径向、轴向定位准确,才能达到准确测量的要求。 如图 4 所示,该结构为新型测量结构图,从图 1 可知主轴孔端面跳动有 6 处,要求 0. 02 mm,它们的检测方法都是相同的。现在以图 4 所示为例进行说明,床头箱体 1 立放在枕木 5 上,首先,检套 2 采用自定心夹紧由液压锁紧在床头箱体 1 主轴孔上,结构同图 3 所示; 其次,如图 4 中 A 部局部放大所示,在检棒的下端地面上安置一个底块 6,检棒的中心孔内焊接有一个钢珠 7,直径为 8 mm,使钢珠 7 与底块 6 上面点接触,这样就保证了检棒在旋转过程中轴向窜动最小; 最后,检棒 3 与新型检套 2 之间采用滚动轴承定心结构,如图 4 中 B 部放大所示,松开压盖 8 上的4 个螺钉,将检棒 3 插入检套 2 中,然后在锁紧压盖 8 上的 4 个螺钉,使向心推力球轴承 9 锁紧,80H6 /g5 mm 配合产生≤0. 003 mm 间隙配合,100H6 / g5 mm 配合产生无间隙配合,这样检棒和检套之间既能旋转又能间隙小,定心精度是最高的。

  利用磁性表座的 V 型结构,将磁性千分表 4 吸附在检棒 3,千分表指针打在被测的主轴孔端面上,慢速旋转检棒即可显示千分表在一圈内的数值变化,最大与最小差值便是端面的跳动量,这种测量方法消除了原有结构的间隙影响,使测量数值更加准确。

  5 、结语

  本文通过对检套、检棒的改进设计,在重型深孔钻镗床箱体大孔上定量地分析了孔距测量和端面垂直度测量现有结构和改进结构的差别,新型检套检棒能满足精度检测要求,降低齿轮啮合的噪声。

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