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C61100 車床（chuáng）改裝為深孔加工機床的研究與實踐

2020-4-27 來源：江蘇鵬飛集團（tuán）股份有限（xiàn）公司作者：楊增旺錢開明李曉平丁晨晨

摘要: C61100 車床改裝為（wéi）深孔加工機床，按照產品零件深孔加工要求，確定改裝方案，進行床身加長（zhǎng）、進給傳動機構、刀杆支架、授油器（qì）、工作台及裝（zhuāng）卡找正工具以及油路等結構（gòu）改裝設計，零部件經采購、製造、安裝和調試，應用改裝的機床進行深孔加工，機床性（xìng）能和孔加工質量達到標準和圖樣要求，滿足了零（líng）件深孔加工需求。

關鍵詞: 車（chē）床; 深孔加工; 床（chuáng）身; 傳動機構; 授油器; 油路

輥壓機在水泥工業（yè）應用以來，增產降耗效果十分明顯。其主要依靠兩個水平安裝（zhuāng）的同步相向旋轉的擠壓輥進行高壓料層粉碎。為使軸係能穩定地連續運行，降低主軸及（jí）軸承的工作溫度，主軸需加（jiā）工深孔通水冷卻。深孔加工（gōng）是主軸加工一道重要工（gōng）序，開始輥（gǔn）壓（yā）機（jī）試（shì）製時，沒（méi）深孔加工機（jī）床，依靠外協，其加工周期長，質量難控製，且（qiě）需往返運（yùn）輸費用。隨著輥壓機生產（chǎn）批量增加，為減少生產（chǎn）周期，公司決定上馬深孔加工機床，由於（yú）深孔加工機床的特殊性，其（qí）價格比較昂貴。對於非專業化（huà）深孔加工（gōng）的廠家，成本過高。用普通車（chē）床改裝（zhuāng）為深孔加工機床，其具有成（chéng）本低、製造周（zhōu）期短以及一機多用等優點。

1、 C61100 車床改裝為深（shēn）孔加工機（jī）床的設計

1. 1 輥壓機主軸深孔加工要求

現以 PFG15100 型輥（gǔn）壓機主軸為例，零件如圖 1所示（shì）: 材料為 42CrMoA，重量 14 160 kg，軸徑最大直徑1000 mm，軸孔直徑（jìng）220 mm 深 2 150 mm，而其他大規（guī）格的輥壓機主軸尺寸更大，重（chóng）量更重。因此，孔加工選用工件固定、刀杆刀具旋轉加工方式。車床改裝為深孔加（jiā）工機床方案為:前半部分為用舊（jiù）車床（chuáng）改裝深孔鑽鏜床機身，後半部分為裝夾（jiá）工件的（de）工作台及裝卡找正工具。

圖1 軸結構圖

1. 2 改裝（zhuāng）車床的（de）選擇

1. 2. 1 車床型號的（de）選擇

車（chē）床型號主要取決於（yú）深孔（kǒng）鑽削的功率，加工大、中直徑的深孔宜采用錯（cuò）齒內排屑深孔鑽，計算錯齒內排屑深孔鑽的機（jī）床功率 P 的公式為［1］:

式中:vc為切削速度，m/min; fn為進給量，mm/r;Dc為鑽頭直徑，mm;η 為（wéi）機床效率，可取（qǔ） 0. 75 ～ 0. 85;kc為（wéi）比（bǐ）切削力，N/mm2;ap為切深，mm;對於實（shí）心鑽，ap=Dc/2，mm;對於擴孔鑽ap= ( d2－ d1) /2，mm。

硬質合金多刃排屑深孔鑽的切削用量:加工材料42CrMoA，硬度（dù） 175 ～ 275HB，進給量 0. 1 ～ 0. 3 mm / r，切削速度 45 ～ 90 m/min，將參數代入公式計算，C61100 車床主（zhǔ）電動（dòng）機 30 kW 可（kě）滿足孔 220 mm 采用一次 150 mm 實（shí）心鑽孔和粗、精二次擴（kuò）孔鑽加工功率需（xū）求。

C61100 機床主軸轉速（sù）範圍 3. 15 ～ 315 r / min，滿足多種切削速（sù）度選擇。

1. 2. 2 床（chuáng）身長度的確定（dìng）

床身長度取決於鑽孔的最大深度，由式計算［2］:

舊 C61100 車床身長 5 700 mm，考（kǎo）慮 l鑽孔深度取5 000 mm，舊車床改裝其床身（shēn）需加長。

1. 3 C61100 車床結構改裝

對 C61100 車床（chuáng）的改裝主要包括（kuò）機床本體改裝、工作台及裝卡找正工具和油路改裝等。

1. 3. 1 機床本體（tǐ）改裝

機床本體改裝包括床身加長、進給傳動機構（gòu）設置、刀杆支（zhī）架、授油器等增添。

(1)機身加長（zhǎng）對接床身的設計計算主（zhǔ）要考慮在整機吊裝時（shí）求出聯接（jiē）螺栓的受（shòu）力大小，確保安全，滿足強度要求;聯接（jiē）後滿足剛度要求及精度要求［3］。根據最（zuì）大鑽孔深度（dù）取 5 000 mm，而現有舊 C61100 車床床身長 5 700 mm，需要對現（xiàn）有車床床身加長 5 000 mm，加長床身導軌（guǐ）截麵形狀、尺（chǐ）寸、跨距及（jí）床身（shēn）高與舊 C61100 車床相同，新床身對接端設有連接螺栓（shuān）安裝孔洞，床身（shēn）底部設有地腳螺栓安裝孔，床身用 HT250 鑄造而成（chéng）。經時效處理的床身先進行導軌麵（miàn）和對接端麵加工，同時對舊車床床（chuáng）身尾（wěi）部端麵銑削（xuē）加（jiā）工，新舊床身對接，水平和垂直用（yòng）鍵（jiàn）銷定位，螺（luó）栓連接緊固，對接後的新舊床身（shēn）在導軌磨（mó）床上進行導軌整體磨削至標準要求。磨削的床身在吊裝運輸過程（chéng）會影響導軌精度，因此（cǐ），最終安裝時（shí）必須重新調整床身（shēn）導軌水平和（hé）直線度等。

(2)進（jìn）給傳動機構深孔加（jiā）工進給機（jī）構必須穩定可靠，不能有爬行現象，機床的進給量是無（wú）級調速，以適宜（yí）多種材料的深孔加工，一般進給量在 0. 05 ～ 0. 35 mm/r 範圍內，最好使用帶有過（guò）載保護的進給機構。C61100 車床改深孔加工機（jī）床（chuáng），原（yuán）床頭箱拆卸改裝在新（xīn）製（zhì）的軸向移動拖板上（shàng），拖板由進給傳動機構驅動在床身導（dǎo）軌上移動，機床進給傳動中，最大切削負載（zǎi）不得超過電動機轉（zhuǎn）矩。折電動機軸的最大（dà）切削負載轉矩 Ti為［4］

根據深孔切削負載及進給量（liàng）數值進行設計，按有關產品樣（yàng）本選用絲杠、減速機（jī）、伺服電動機等零部（bù）件，機構由 K1000Ti － A 係統控製，進給傳動機構如圖 2。新製的拖板置於床身導軌上，拖板上固定的床頭箱帶動刀杆旋（xuán）轉（zhuǎn）並向前進給進行，切削。刀具的進給力 F由（yóu）伺服電動機通（tōng）過扭（niǔ）矩限製器（qì）、減速機、絲（sī）杠傳給了螺（luó）母。拖板與絲杠螺母座由鍵定位，螺釘緊固聯接。在伺服電動機與減（jiǎn）速機間設有扭矩限製器，根據鑽頭直徑與進給力關係，選（xuǎn）用不（bú）同直徑規格鑽頭設（shè）置不同大小的額定進（jìn）給扭矩。其功用為:當機床在加工過程中（zhōng）出現過載，如工（gōng）件中出現個別硬點或切屑堵塞致使排屑（xiè）不暢等，導致刀具瞬時（shí）力矩加大，扭矩限製器會在驅動扭矩超過設定範圍時，自動斷開進給，避免損（sǔn）壞刀杆刀具及各機械傳動件（jiàn），保（bǎo）護進給傳動精度不受影響，保護刀具以防過載損壞。

圖2 進給傳動機構結構圖

(3)刀杆支架刀杆支架其作用主要是對刀杆中部進行扶正和支撐（chēng），防止（zhǐ）刀杆中部甩動劇（jù）烈，提高深孔加工（gōng）質量。刀杆支架按最大規格的刀杆設計（jì）製作，中心高與移動床頭箱相同，內孔再（zài）組合較小規（guī）格（gé）的襯套（tào）組件，既滿足了（le）各種規格刀杆（gǎn）的使用要求，減少了各種規格支架的數（shù）量和更換刀杆支架等時間，提高工作效率。

(4)授油器授油器主要功能是將（jiāng）高壓切削液（yè）通過鑽頭與孔（kǒng）的（de）間隙進入鑽頭前端，靠切削液的壓力將切屑推入鑽頭中孔中經刀杆排出，並對刀杆支承和導向。授油器（qì）在床身導軌尾（wěi）部移動並固定，鑽鏜孔前，旋轉手（shǒu）輪螺母使伸縮軸（zhóu）靠向工件表麵，將前（qián）密封圈貼緊工件表麵上，授油器（qì）的後端尼龍件及密封圈對刀杆起消振和密封作用;授油器的（de）背麵，有一個從冷卻泵來的輸（shū）油管，油管接頭與伸縮軸聯接，冷卻液通（tōng）過授油器送入工件切削區。授油器結構如圖 3。

圖3 授油器結構圖

1. 3. 2 工作台（tái）及裝（zhuāng）卡找正工具

工作台是直接（jiē）固定在地麵的，沒有旋轉、移動、升降等附加功能，因此工作台隻需在高度和麵（miàn）積上符合工件加工工藝要求即可（kě），工作台用 HT200 鑄造，其下部設有地腳螺栓孔，上部台麵加工 T 形槽。優化設計 V 形塊、定位塊等裝卡找正（zhèng）工具，安（ān）裝（zhuāng）在工作台上，對應工件配套（tào）使用，可實現軸類、箱形等工件上（shàng）同（tóng）心或偏心深孔加工。

1. 3. 3 油路改裝

深孔加工油路係統主要由油箱、排屑箱（xiāng）、油泵、電動機和液壓元件等組成，結構如圖 4。油箱高度受車床中心高的（de）限製，排屑箱置於油箱上，油箱的箱體設有（yǒu）隔板，保證汙物能夠沉澱，此外還應有濾油裝置，濾油裝置主要由所要求（qiú）的過濾精度確定，過濾精度取決於工件材（cái）料（liào）、切屑形態及工件表麵粗糙度等因素（sù）。一（yī）般過濾精度取（qǔ）所要求的表麵粗糙度值的 10 倍，即 50 μm 的過濾精（jīng）度可滿（mǎn）足表麵粗糙度Ｒa= 5 μm 的要（yào）求。箱體設有二層隔（gé）板，切削液采用 5級過（guò）濾裝置，切削液入油箱先用 4 mm 密集孔（kǒng）進行粗過濾（lǜ），然後通（tōng）過油箱中的回油孔 80 目（mù）銅網過濾進入油（yóu）箱，在油箱中分別用（yòng） 100 目和 120 目銅網進行三四級過濾，最（zuì）後在油箱油泵進油管上裝磁性過（guò）濾器進行第五級過濾，過濾係統的（de）過濾精度可達 5 ～ 10 μm 以上，從而保證了深孔加（jiā）工的表麵粗糙（cāo）度要（yào）求。

圖4 油路係統結（jié）構圖

油（yóu）箱應有足（zú）夠的容積，保證切削液（yè）能正常冷卻以及汙物的沉澱和分離（lí），通常（cháng）切削液在油箱中每小時循環次數不能超過 6 次，油箱的容積至少應相當於最大油泵（bèng）流（liú）量的10倍［5］，根據加工的孔徑（jìng），選（xuǎn）用3WP60 三柱塞高壓往複泵，流量為 130 L / min，油泵壓力＜ 30 MPa，油箱容積設計不小（xiǎo）於 1 500 L。

圖5 改裝的深孔加工機床（chuáng）

2 、結語

C61100 車床（chuáng）改裝（zhuāng）為深孔加工機床，經床身加（jiā）長，車床（chuáng）床頭箱改裝固定在移動拖板上，由新增的（de）進給傳動機（jī）構驅動，裝有硬質合金多（duō）刃排屑深孔鑽的刀杆（gǎn）與床頭箱主軸花盤連接，刀杆經刀杆支架和床身尾部授油器導向套的支承和導向，實現旋轉刀杆的（de）軸（zhóu）向移動;改進的油路高壓切削（xuē）液經授油器進入鑽頭前端，靠（kào）切削液的壓力將切屑（xiè）推入鑽頭經刀杆孔中排出，切屑送入排屑箱，切削液入油箱過濾;設計的工作台及裝卡找（zhǎo）正工具能實現多種工件裝夾找正，改裝的深（shēn）孔加工機床如（rú）圖 5。改裝的深孔加工機床經試切（qiē）和生產加（jiā）工，其機床性能和孔（kǒng）加工質量達到標準和圖樣要求（qiú）;機床投產加工，解決了深孔加工難（nán）題，提升了企業（yè）機加工能力，增加了經濟效（xiào）益。

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