1 刨臺式銑鏜床的結(jié)構(gòu)特點
以箱體零件同軸孔系為代表的長孔鏜削，是金屬切削加工中最重要的內(nèi)容之一。盡管現(xiàn)在仍有采用鏜模、導套、臺式銑鏜床后立柱支承長鏜桿或人工找正工件回轉(zhuǎn)180°等方法實施長孔鏜削的實例，但近些年來，一方面由于數(shù)控銑鏜床和加工中心大量使用，使各類臥式銑鏜床的坐標定位精度和工作臺回轉(zhuǎn)分度精度有了較大提高，長孔鏜削逐漸被高效的工作臺回轉(zhuǎn)180°自定位的調(diào)頭鏜孔(圖1)所取代；另一方面， 形床身布局之普通或數(shù)控刨臺式銑鏜床的大量生產(chǎn)和應(yīng)用，從機床結(jié)構(gòu)上使工作臺回轉(zhuǎn)180°自定位的調(diào)頭鏜孔，幾乎成為在該種機床上鏜削長孔的唯一方法。
刨臺式銑鏜床與臺式銑鏜床在刀具系統(tǒng)方面，從功能到其運動的機構(gòu)并無兩樣，兩者的區(qū)別主要在形成各類工件廓形的x、y、z、W和B五個坐標進給運動中的x與W兩個坐標運動的結(jié)構(gòu)布局上。刨臺式銑鏜床在 形的橫床身部分所布局的兩層結(jié)構(gòu)(橫床身—滑座—回轉(zhuǎn)工作臺)工作臺，與臺式銑鏜床的三層結(jié)構(gòu)工作臺分別完成x(橫)向、W(縱)向和B(臺轉(zhuǎn))向三個坐標運動不同，只完成x向和B向兩個坐標運動，W向坐標運動由載有主軸箱的立柱沿 形的縱床身部分移動實現(xiàn)。其坐標系的構(gòu)成如圖2所示。顯然，在刨臺式銑鏜床上鏜孔時，刀具相對工件的運動(含主運動和進給運動)執(zhí)行件皆為刀具，工件是固定不動的。其中完成鏜刀進給的運動，可以在立柱固定于縱向床身上一個確定位置時，由沿z軸直移的鏜軸實現(xiàn)，也可以在鏜軸具有一個確定伸長值之后，由沿W軸直移的立柱實現(xiàn)。
2 立柱送進調(diào)頭鏜孔的同軸度誤差及其補償
- 立柱送進調(diào)頭鏜孔的同軸度誤差D3
影響刨臺式銑鏜床調(diào)頭鏜孔同軸度的主要因素與臺式銑鏜床一樣，也是工作臺回轉(zhuǎn)180°調(diào)頭的分度誤差da和為使調(diào)頭前已鏜成的半個長孔d1軸線，在調(diào)頭后再次與鏜軸軸線重合而鏜削長孔之另一半孔d2，所需工作臺橫(x)向移動Lx=2lx(圖1)的定位誤差dx2。而且工作臺回轉(zhuǎn)180°前后，臺面在xy坐標平面內(nèi)產(chǎn)生的傾角誤差df，在yz平面內(nèi)產(chǎn)生的傾角誤差dy及在y向產(chǎn)生的平移誤差dy，也同樣是刨臺式銑鏜床調(diào)頭鏜孔同軸度的重要影響因素。但鏜軸軸線空間位置對調(diào)頭鏜孔同軸度的影響，通常用立柱送進完成孔全長鏜削的刨臺式銑鏜床，與通常用工作臺縱移送進的臺式銑鏜床有明顯的不同。
如果仿照臺式銑鏜床上的臺心縱(或橫)移線定義為，工作臺軸線上與被鏜孔軸線等高的點，在工作臺縱(或橫)移時的運動軌跡，而把刨臺式銑鏜床上與被鏜孔軸線等高的鏜軸軸線上鏜刀刀尖的回轉(zhuǎn)中心點O1，在立柱沿W坐標直移時的運動軌跡，定義為立柱縱移線，則立柱送進鏜孔的刨臺式銑鏜床，不管被鏜孔名義軸線與立柱縱移線是平行還是相交(兩者重合的情形是極少的)，裝于鏜軸刀桿上之鏜刀頭的送進軌跡，即鏜刀實際所鏜成孔的軸線，在不計立柱直移直線度誤差及鏜桿送進引起的懸垂誤差的條件下，都應(yīng)平行于W坐標軸線。因此，這種送進形式的調(diào)頭鏜孔，調(diào)頭前后所鏜各半個孔d1與d2本身無軸線的直線度誤差，全孔長是否同軸的關(guān)鍵，就看d1與d2孔的兩條軸線是否重合為一條直線。而d1與d2兩孔軸線是否重合，主要決定于鏜刀刀尖的回轉(zhuǎn)中心O1是否剛好在被鏜孔的名義軸線之上。
- 若刀尖的回轉(zhuǎn)中心點O1，剛好位于被鏜孔的名義軸線之上，表明立柱縱移線與被鏜孔名義軸線重合。這時，調(diào)頭前后鏜削d1與d2孔的兩次起鏜點都在孔名義軸線之上，送進路程又是立柱沿W軸線的同一段，故d1與d2兩孔軸線重合為一條直線，無同軸度誤差。
- 若刀尖的回轉(zhuǎn)中心點O1未在孔軸線上，而沿y坐標方向偏離一個線值誤差dy3，則雖然調(diào)頭前后分別鏜削d1與d2兩段孔時，兩次的起鏜點都不在被鏜孔名義軸線之上，但因這兩個起鏜點仍為同一點，且兩次的送進路程也為在y向上等高的同一段，故d1與d2兩孔的軸線仍重合為同一條直線，亦無同軸度誤差。
- 當?shù)都獾幕剞D(zhuǎn)中心O1未在孔軸線上，而沿x坐標方向偏離一個線值誤差dx3時，其調(diào)頭鏜孔的情況，如圖3所示。可以看到，調(diào)頭前后所鏜成長孔之兩部分d1與d2孔的兩條軸線，分別列在被鏜孔名義軸線兩側(cè)，每一條同孔軸線的距離都為dx3，從而造成所鏜長孔的同軸度誤差D3。根據(jù)同軸度的概念有
- 式中′——被鏜孔名義軸線與立柱縱移線相交的交角誤差
l——刀尖回轉(zhuǎn)中心點至上述兩線交點之距離
如果立柱縱移線同被鏜孔名義軸線不是相交，而是平行，且間距也為dx3時，則與圖示之兩線相交成交角誤差db′的效果一樣。
- D3補償值Dx3的確定
此項同軸度誤差是定值誤差，可在鏜完d1孔工作臺回轉(zhuǎn)180°并橫移Lx=2lx后，據(jù)已確定的補償值Dx3及其方向，再橫移工作臺這個Dx3值即可消除這項同軸度誤差。
如果被鏜孔名義軸線恰好處在過工作臺軸線的yW坐標平面(縱垂面)之內(nèi)，則調(diào)頭鏜孔在調(diào)頭后可不必再橫移2lx路程，這樣就既可消除D3這項同軸度誤差，還能消除橫移2lx的定位誤差dx2對調(diào)頭鏜孔同軸度影響。
由此，可得出在滿足工件已夾固于工作臺上合理位置的前提下，刨臺式銑鏜床工作臺在其橫床身上的最佳夾固位置，是把工作臺回轉(zhuǎn)中心點置于被鏜孔名義軸線與立柱縱移線的交點處。當被鏜孔名義軸線因被加工零件結(jié)構(gòu)的原因不能剛好過工作臺回轉(zhuǎn)中心時，工作臺在橫床身上的合理位置，應(yīng)是把工作臺橫移到使鏜刀刀尖的回轉(zhuǎn)中心點O1，剛好位于工件被鏜孔的名義軸線之上。
3 鏜軸送進時立柱縱向位置的合理確定
- 立柱縱向最佳位置的確定
當遇到特定情況，刨臺式銑鏜床必須把立柱固定在縱向床身上的一個合適位置，而用鏜軸帶著刀具伸出作為鏜孔的送進形式時，鏜軸軸線與被鏜孔名義軸線在xz平面內(nèi)的交角誤差db，在yz平面內(nèi)的交角誤差dg，與臺式銑鏜床一樣，對調(diào)頭鏜孔的同軸度都有重要的影響，并且隨著鏜軸送進長度的增加，鏜軸自重引起之鏜桿下?lián)献冃�，也對調(diào)頭鏜孔的同軸度產(chǎn)生較大影響。與臺式銑鏜床所不同的是，刨臺式銑鏜床的鏜軸伸出鏜孔時，可縱向移動的立柱必須固置在縱床身上一個確定的位置，并且重要的是這個確定位置可以且應(yīng)該被選擇。
按設(shè)計規(guī)定，鏜軸沿z向的移動路程應(yīng)平行于立柱沿W軸的移動路程；鏜孔時被鏜孔的名義軸線應(yīng)安放在與W(z)軸平行的位置。鏜孔前工作臺已沿x坐標移動到使被鏜孔名義軸線對準鏜軸，并固定夾緊，鏜軸已縮回到零位，裝夾鏜刀的刀桿插入鏜軸內(nèi)錐孔中(圖4)。當被鏜孔名義軸線與鏜軸軸線在xz平面內(nèi)有交角誤差db存在時，由于兩線交點O隨著立柱在床身縱導軌上的縱移也同時沿立柱縱移線移動，使圖4中l(wèi)′的數(shù)值相應(yīng)變化，而兩線交角db保持不變，故不論立柱移到哪一個位置固定，由db而導致的調(diào)頭鏜孔同軸度誤差D4的計算公式式中 dx4——角誤差db引起的調(diào)頭鏜孔后d1對d2孔軸線的x向線值誤差
- lW——被鏜孔前端面到工作臺回轉(zhuǎn)中心之距
- l′——孔端起鏜點M到兩線交點O之距。l′值可正可負，當O點位于M點內(nèi)側(cè)時，l′值為負，位于外側(cè)(圖示位置)時，l′為正
- 顯然，D4可以在鏜削d2孔前，通過x向微移工作臺，得到補償。在db存在的情況下，消除D4的充要條件是lW+l′=0。從圖4中可以看出，在工件被鏜長孔已處于合理位置(臺心橫移線平分孔全長)的前提下，欲滿足等式lW+l′=0成立，只能是鏜軸軸線與被鏜孔軸線的交點O，剛好位于工作臺回轉(zhuǎn)中心橫移線上。由于上述兩線交點O隨著立柱縱移而沿立柱縱移動，所以條件式lW+l′=0總是能成立的。這就是說，刨臺式銑鏜床鏜軸送進鏜孔時，為使D4最小，立柱在縱床身上夾固的最佳位置，應(yīng)是使鏜軸軸線與孔名義軸線的交點O，剛好位于工作臺的回轉(zhuǎn)中心橫移線上。
- 角誤差db和交點O的測定
由上述知，獲取立柱最佳夾固位置及準確補償?shù)那疤�，是已知db與交點O在鏜軸軸線上的位置，這可用實測求出，測法如下。
將工作臺置于橫向中間位置，臺面上橫向放一平尺，在平尺偏工作臺回轉(zhuǎn)中心的某一側(cè)上部放一量塊(圖5)。立柱停在一個經(jīng)試測合適的位置，千分表固置于鏜軸上，表頭抵在量塊內(nèi)側(cè)面K上，取千分表讀數(shù)A1，鏜軸與工作臺各轉(zhuǎn)180°(設(shè)均無分度誤差)，使表頭仍抵在原側(cè)面K上取讀數(shù)B1，以鏜軸軸線作為基準線(O1～O1)，由此確定立柱縱移線上的一點Q1。Q1到鏜軸軸線的距離為lQ1=(A1-B1)/2。一定要注意表示立柱縱移線上Q1點位于鏜軸軸線哪一側(cè)之lQ1的正負號。
縱移立柱LW2路程，鏜軸也相應(yīng)前伸或后退LW2，重復前面的測量得到lQ2=(A2-B2)/2，從而確定Q2點。連接Q1與Q2，便得到表示立柱縱移線的直線Q1Q2，作圖如圖5b，從而可直接量得鏜軸軸線與立柱縱移線的交角db及其交點O到主軸箱前端面的路程值。
若測得A1=B1，則lQ1=0，表明這個立柱縱移線上的點位于主軸軸線上；若又測得A2=B2，表明上述兩線重合；若算得lQ1=lQ2，則上述兩線平行，若lQ1≠lQ2，則兩線相交，交角db也可用下式算出
式中LW2值，可通過記錄W坐標指示值獲取。
- 交點O在鏜軸軸線上位置的調(diào)整
通過實測所求得鏜軸軸線與立柱縱移線(即被鏜孔名義軸線)交點O的位置，對鏜軸送進鏜孔來說，可能根本實現(xiàn)不了lW+l′=0的條件。例如，交點O若交在鏜軸前軸承后面的軸線部分，則立柱即使前移到縱向的前面極限位置，也不可能使交點O剛好位于工作臺回轉(zhuǎn)中心橫移線上這一合理位置。由此可知，要使立柱縱向的合理位置能夠?qū)崿F(xiàn)而不落空，還必須確保交點O要具體地交到鏜軸前軸承的工件一側(cè)，且求出保證lW+l′=0的交點O的具體位置。當?shù)稐U確定之后，刀尖回轉(zhuǎn)中心至前軸承的路程可知，則交點O的合理位置的具體值不難求得。
由于db的大小和交點O具體在鏜軸軸線上的位置，是由主軸箱安裝在立柱上以及立柱固裝于滑座上時，它們的相對位置精度決定的，故求得交點O應(yīng)在鏜軸軸線上的合適位置之后，需通過調(diào)整主軸箱在立柱垂直導軌上的裝配位置或調(diào)整立柱相對其滑座的位置(使立柱繞y軸在滑座上微轉(zhuǎn)一個角值)，達到滿足交點O具有合適位置的要求。
4 刨臺式銑鏜床上刀具位置的合理確定
在刨臺式銑鏜床上采用立柱送進調(diào)頭鏜孔時，裝夾在鏜軸之刀桿上的鏜刀，其沿Z向的合理位置，一方面要滿足刀尖回轉(zhuǎn)中心至主軸箱前端面的距離稍大于孔全長的一半(再小將不能把長孔鏜通，過大則鏜軸剛度下降)；另一方面還要滿足把刀具刀尖的回轉(zhuǎn)中心，置于鏜軸軸線與立柱縱移線的交點O上。
