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用普通车床改成组合钻床
作者:柳州机械厂 黄建环
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车床/数控车床展厅
数控车床, 普通车床, 立式车床, 卧式车床, 车削中心, ...
我厂的LJ465Q曲轴箱生产线原生产能力为3000件/月,为了把生产能力提高到6000件/月,需对影响生产效率的曲轴箱6个面的孔加工工艺进行改进,笔者负责改进钻左端面孔的工序,为此将C620车床改造成组合钻床。改造的基本方法是:设计一个多轴钻主轴箱安装在C620车床导轨上,由车床主轴带动主轴箱,夹具安装在进给箱上,进给箱带动夹具进给。以组合钻床取代摇臂钻床,达到了提高生产率的目的。

1 机床受力分析

图1为曲轴箱左端面孔的分布情况,表1为当钻削进给量f=0.08mm/r时,各孔径用高速钢钻头钻灰口铸铁(HB190)时的受力情况。

孔径轴向力F
(N)
功率P
kW
f53780.14
f6.74490.15
f8.57240.23
f1212450.41
从表1中得总切削轴向力=3×378+2×449+724+1245=4001(N);总功率=3×0.14+2×0.15+0.23+0.41=1.36(kW)
机床主要参数:C620车床允许最大进给抗力Ff=3600N,电机额定功率P=7kW。

可见总切削轴向力大于车床允许最大进给抗力,一般来说是不允许的。如果在机床尾部加一气缸作为辅助推力,一方面可作为进给动力,以减轻进给机构负荷,另一方面可作为平衡力,抵消因车床进给动力与切削轴向力不共线而产生的力矩,轴向力问题即可解决。

2 设计要点

1) 主轴箱体设计

图2、图3是所设计的主轴箱体与标准主轴箱体对比图,差异是一是增大了箱体刚性,二是将后盖连接方式改为底面连接,后盖结构改成与前盖结构相同。


1. 注油杯 2.分油器 3.上盖 4.侧盖 5.后盖 6.油盘 7.主轴箱体 8.前盖
图2 标准主轴箱


1. 主轴箱体 2.后盖 3.前盖
图3 改装后的主轴箱

2) 主轴设计

图1中,3×f5孔与f12孔的中心距为25mm,该中心距要达到允许的最小极限值。受轴承外径的限制,主轴结构采用轴承错开安装式,以避免轴承发生干涉,如图4所示。根据表2选主轴轴径为f15,因所用轴承为无内圈滚针轴承,主轴直接与滚针接触,主轴材料选用机械性能较好的38CrMoAlA,表面镀铬处理,并用专门的防油罩和防油套防漏油。对于不受结构限制的主轴,可选用有内圈的滚针轴承,因主轴不与滚针接触,材料选用比较经济的40Cr或9CrSi,可用常规的防油套和毛毡防漏油。


1. 主轴 2.前盖 3.防油套 4.防油罩
5.单向推力球轴承 6.轴套 7.滚针轴承 8.主轴箱体
图4 轴承错开的滚针轴承主轴

3) 齿轮设计

主轴箱齿轮传动的排列方式有一层、二层和三层3种,本主轴箱为三层排列方式,采用直齿圆柱齿轮,齿轮模数选1.5,材料为40Cr。

表2 加工孔径与主轴直径对照表(mm)

加工孔径<1010~1515~2020~25
主轴直径15202530

表3 加工孔径与齿轮模数对照表(mm)
加工孔径<88~1515~20
模数1.5~22~2.52.5~3

4) 轴承选择

主轴上的轴承因承受较大轴向力,所以用滚针轴承和单向推力球轴承来组合。对于采用轴承错开安装的主轴结构(如图4所示,中心距小于28mm,必须用这种结构),只能分别选用滚针轴承(84000型)和单向推力球轴承(8000型);对于不受结构限制的主轴,可选用组合轴承(GB/T 16643-1996,NKXR型为无内圈,NKXR…Z型为有内圈),这种轴承集滚针轴承(84000型)和单向推力球轴承(8000型)于一体,一般情况下,应优先选择这种轴承。

5) 机床改造

拆下中拖板、丝杠、尾架,主轴箱通过垫板装在导轨上,垫板底部开槽,以避开V形导轨和矩形导轨。机床主轴通过万向联轴器带动主轴箱,不需调整其同轴度,只要调整主轴箱与夹具的同轴度。夹具安装在进给箱上,带动工件进给,通过行程开关控制电磁阀,电磁阀控制纵向进给手柄,加工到位时进给停,而主轴不停,避免进给与主轴同时停。主轴停和快速退刀均为手动方式,车床尾部气缸为f100,当压缩空气压力为0.4MPa时,气缸活塞杆推力达到3100N,可满足要求。

3 改造时应注意的问题

1) 受车床尺寸及最大进给抗力限制,只限于选用小型主轴箱系列或400×400的主轴箱。根据机床允许最大进给抗力Ff=3600N,电机功率P=7kW,被加工孔数应在10个以下,孔径不超过10mm。当总切削力大于车床允许最大进给抗力二倍以上时,应考虑用液压进给机构。

2) 工件上两个距离最远的被加工孔水平和垂直中心距均不能大于200mm,受轴承和齿轮限制,任意两孔中心距不小于25mm,孔径、孔深相差不能太大。

3) 车床导轨要足够长,使导轨有足够的进、退刀空间;行程开关控制时,不要使主轴和进给机构同时停,以免钻头折断。

4) 有些车床在主轴反转状态下,进给箱不能进给(如C6140),当对这类车床进行改造时,所设计的主轴箱传动链必须使得机床主轴正转,否则无法使用机床进给箱。

5) 因切削轴向力大于机床允许最大进给抗力而产生的后果是:带动进给箱进给的蜗轮容易磨损,一般来说,在蜗轮蜗杆传动机构中,蜗轮硬度较低,材料为铸铁或青铜,而蜗杆硬度较高,材料为钢件,淬火,而蜗轮比蜗杆容易磨损是在设计机床时有意设计的。如果切削轴向力不是很大,也可不用气缸作为辅助推力,只需定期更换蜗轮即可。

4 使用效果

改造前,该工序用摇臂钻床加工,完成该工序需4min,经改造后,完成该工序只需约1.7min,生产率大大提高。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (3/6/2005)
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