用普通車床改成組合鑽床
我廠的LJ465Q曲軸箱生產線原生產能力為3000件/月，為了把生產能力提高到6000件/月，需對影響生產效率的曲軸箱6個面的孔加工工藝進行改進，筆者負責改進鑽左端面孔的工序，為此將C620車床改造成組合鑽床。改造的基本方法是：設計一個多軸鑽主軸箱安裝在C620車床導軌上，由車床主軸帶動主軸箱，夾具安裝在進給箱上，進給箱帶動夾具進給。以組合鑽床取代搖臂鑽床，達到了提高生產率的目的。
表1
孔徑
軸向力F
(N)
功率P
kW
f5
378
0.14
f6.7
449
0.15
f8.5
724
0.23
f12
1245
0.41
1 機床受力分析
為曲軸箱左端面孔的分佈情況，表1為當鑽削進給量f=0.08mm/r時，各孔徑用高速鋼鑽頭鑽灰口鑄鐵(HB190)時的受力情況。
從表1中得總切削軸向力=3×378+2×449+724+1245=4001(N)；總功率=3×0.14+2×0.15+0.23+0.41=1.36(kW)
機床主要參數：C620車床允許最大進給抗力Ff=3600N，電機額定功率P=7kW。
可見總切削軸向力大於車床允許最大進給抗力，一般來說是不允許的。如果在機床尾部加一氣缸作為輔助推力，一方面可作為進給動力，以減輕進給機構負荷，另一方面可作為平衡力，抵消因車床進給動力與切削軸向力不共線而產生的力矩，軸向力問題即可解決。
2 設計要點
1. 主軸箱體設計
圖2、圖3是所設計的主軸箱體與標準主軸箱體對比圖，差異是一是增大了箱體剛性，二是將后蓋連接方式改為底面連接，后蓋結構改成與前蓋結構相同。
1. 注油杯 2.分油器 3.上蓋 4.側蓋
5.后蓋 6.油盤 7.主軸箱體 8.前蓋
標準主軸箱
1. 主軸箱體 2.后蓋 3.前蓋
改裝后的主軸箱
2.主軸設計
3×f5孔與f12孔的中心距為25mm，該中心距要達到允許的最小極限值。受軸承外徑的限制，主軸結構採用軸承錯開安裝式，以避免軸承發生干涉，如圖4所示。根據表2選主軸軸徑為f15，因所用軸承為無內圈滾針軸承，主軸直接與滾針接觸，主軸材料選用機械性能較好的38CrMoAlA，表面鍍鉻處理，並用專門的防油罩和防油套防漏油。對於不受結構限制的主軸，可選用有內圈的滾針軸承，因主軸不與滾針接觸，材料選用比較經濟的40Cr或9CrSi，可用常規的防油套和毛氈防漏油。
3.齒輪設計
主軸箱齒輪傳動的排列方式有一層、二層和三層3種，本主軸箱為三層排列方式，採用直齒圓柱齒輪，齒輪模數選1.5，材料為40Cr。
4.軸承選擇
主軸上的軸承因承受較大軸向力，所以用滾針軸承和單向推力球軸承來組合。對於採用軸承錯開安裝的主軸結構(如圖4所示，中心距小於28mm，必須用這種結構)，只能分別選用滾針軸承(84000型)和單向推力球軸承(8000型)；對於不受結構限制的主軸，可選用組合軸承(GB/T 16643-1996，NKXR型為無內圈，NKXR…Z型為有內圈)，這種軸承集滾針軸承(84000型)和單向推力球軸承(8000型)於一體，一般情況下，應優先選擇這種軸承。
1. 主軸 2.前蓋 3.防油套 4.防油罩
5.單向推力球軸承 6.軸套 7.滾針軸承 8.主軸箱體
圖4 軸承錯開的滾針軸承主軸
5. 機床改造
拆下中拖板、絲杠、尾架，主軸箱通過墊板裝在導軌上，墊板底部開槽，以避開V形導軌和矩形導軌。機床主軸通過萬向聯軸器帶動主軸箱，不需調整其同軸度，只要調整主軸箱與夾具的同軸度。夾具安裝在進給箱上，帶動工件進給，通過行程開關控制電磁閥，電磁閥控制縱向進給手柄，加工到位時進給停，而主軸不停，避免進給與主軸同時停。主軸停和快速退刀均為手動方式，車床尾部氣缸為f100，當壓縮空氣壓力為0.4MPa時，氣缸活塞桿推力達到3100N，可滿足要求。
3 改造時應注意的問題
o 受車床尺寸及最大進給抗力限制，只限於選用小型主軸箱系列或400×400的主軸箱。根據機床允許最大進給抗力Ff=3600N，電機功率P=7kW，被加工孔數應在10個以下，孔徑不超過10mm。當總切削力大於車床允許最大進給抗力二倍以上時，應考慮用液壓進給機構。
o 工件上兩個距離最遠的被加工孔水平和垂直中心距均不能大於200mm，受軸承和齒輪限制，任意兩孔中心距不小於25mm，孔徑、孔深相差不能太大。
表2 加工孔徑與主軸直徑對照表(mm)
加工孔徑
<10
10～15
15～20
20～25
主軸直徑
15
20
25
30
表3 加工孔徑與齒輪模數對照表(mm)
加工孔徑
<8
8～15
15～20
模數
1.5～2
2～2.5
2.5～3
· 車床導軌要足夠長，使導軌有足夠的進、退刀空間；行程開關控制時，不要使主軸和進給機構同時停，以免鑽頭折斷。
· 有些車床在主軸反轉狀態下，進給箱不能進給(如C6140)，當對這類車床進行改造時，所設計的主軸箱傳動鏈必須使得機床主軸正轉，否則無法使用機床進給箱。
· 因切削軸向力大於機床允許最大進給抗力而產生的後果是：帶動進給箱進給的蝸輪容易磨損，一般來說，在蝸輪蝸桿傳動機構中，蝸輪硬度較低，材料為鑄鐵或青銅，而蝸桿硬度較高，材料為鋼件，淬火，而蝸輪比蝸桿容易磨損是在設計機床時有意設計的。如果切削軸向力不是很大，也可不用氣缸作為輔助推力，只需定期更換蝸輪即可。
4 使用效果
改造前，該工序用搖臂鑽床加工，完成該工序需4min，經改造后，完成該工序只需約1.7min，生產率大大提高。
