C61100 車床改裝為深孔加工（gōng）機（jī）床的研究與實踐
2020-4-27 來源： 江蘇鵬飛集團股份有（yǒu）限公司（sī） 作者：楊（yáng）增旺 錢開明 李曉平 丁晨（chén）晨（chén）
摘要（yào）: C61100 車床（chuáng）改裝為深孔加工機床，按照產品零件深孔（kǒng）加工要求，確定改裝方案，進行（háng）床身加長、進給傳（chuán）動機（jī）構、刀杆支架、授油器、工作台及裝卡找正工具以及油路等結構改裝（zhuāng）設計，零部件經采購、製造、安裝和調試，應用改裝的機床進（jìn）行深孔加工，機（jī）床性能和孔加工質量達到標準和（hé）圖樣要求，滿足了零件深孔加工需求。
關鍵詞: 車床; 深孔加工; 床身; 傳動機構; 授油器; 油路
輥壓機在水泥工業應用以（yǐ）來，增產降耗（hào）效果（guǒ）十分明顯。其主要依靠兩個水平安裝的同步相向旋轉的擠壓輥進（jìn）行（háng）高壓（yā）料（liào）層粉碎（suì）。為使軸係能穩定地連續運行，降低主軸及軸承的工作溫度，主（zhǔ）軸需加工深孔（kǒng）通水冷卻。深（shēn）孔加工是主軸加工（gōng）一道重要工序，開始輥壓機試製（zhì）時，沒深孔加工機床，依（yī）靠外（wài）協，其（qí）加工周期長，質量難控製，且需往返運輸費用。隨著輥壓（yā）機生產批量增加（jiā），為減少生產周期，公司決定上馬深孔加工機床，由於深孔加工機床的特殊性（xìng），其價格比較昂貴。對於非專業化深孔加工的廠家，成本過高。用普通車床改（gǎi）裝為深孔加工機床，其具有成本低、製造周期（qī）短以及一機（jī）多用（yòng）等（děng）優點。
1、 C61100 車床改裝為深孔加工機床的設計
1. 1 輥壓（yā）機主軸深（shēn）孔加工要求
現以 PFG15100 型輥壓機主軸為例，零件如圖 1所示: 材 料 為 42CrMoA，重 量 14 160 kg，軸徑（jìng）最大直徑1000 mm，軸孔直徑220 mm 深 2 150 mm，而其他大規格的輥壓機主軸（zhóu）尺寸更（gèng）大，重量更重。因此，孔加工選用工（gōng）件固定、刀杆刀具旋轉加工方式。車床改裝為深孔加工機床方案為:前半部分為用舊車床改裝深孔鑽鏜床機身，後半（bàn）部分（fèn）為裝夾工件的工作台及裝卡找正工具。
圖1 軸結構圖
1. 2 改裝車床的選擇
1. 2. 1 車床型號的選擇
車床（chuáng）型號主（zhǔ）要取決於深孔鑽削的功率，加工大（dà）、中直徑的深孔宜采用（yòng）錯齒內排屑深孔鑽，計算錯齒內排屑深孔鑽的機床功率 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 為機床效率，可取 0. 75 ～ 0. 85;kc為比切削力，N/mm2;ap為切深（shēn），mm;對於實心鑽，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（yòng）量:加工材料（liào）42CrMoA，硬（yìng）度 175 ～ 275HB，進給量 0. 1 ～ 0. 3 mm / r，切削 速 度 45 ～ 90 m/min，將 參（cān） 數 代 入（rù） 公 式 計 算，C61100 車床主電動機（jī） 30 kW 可滿足孔 220 mm 采用（yòng）一（yī）次 150 mm 實心鑽孔（kǒng）和粗、精二次擴（kuò）孔鑽加工功率需求。
C61100 機床（chuáng）主軸轉速範圍 3. 15 ～ 315 r / min，滿足多種切削速（sù）度選擇。
1. 2. 2 床身長度的確定
床（chuáng）身長度取決於鑽孔的最大深度，由 式計算［2］:
舊（jiù） C61100 車 床 身 長 5 700 mm，考 慮 l鑽孔深度取5 000 mm，舊車床（chuáng）改裝其（qí）床身（shēn）需加長。
1. 3 C61100 車床結構改裝
對 C61100 車床的改（gǎi）裝主要包括機床本體改裝、工作台及裝卡找（zhǎo）正工具和油路改裝等。
1. 3. 1 機床本體改裝（zhuāng）
機床本體改裝包括（kuò）床（chuáng）身加長、進給傳動機構設置（zhì）、刀杆支架、授油器等增（zēng）添。
(1)機身加長對接床身的設計計算主要（yào）考慮在整機吊裝時（shí）求出聯接螺栓的受力大（dà）小，確保安全，滿足強度要求;聯接後滿（mǎn）足剛度要求及精度要求［3］。根據最大鑽孔（kǒng）深度取 5 000 mm，而現有舊 C61100 車床床（chuáng）身長 5 700 mm，需要對現有車床床（chuáng）身加長 5 000 mm，加長床身導軌截（jié）麵形狀、尺寸、跨距及床身（shēn）高與（yǔ）舊 C61100 車床相同（tóng），新床身對接端設有連接螺（luó）栓安裝孔洞，床身底部設有地腳螺栓安裝孔，床身用 HT250 鑄造而成。經時效處理的床身先進（jìn）行導軌麵和對接端麵加工，同時對舊車床床身尾部（bù）端麵銑削加工，新舊（jiù）床身對接，水平（píng）和垂直用鍵銷定位，螺栓連（lián）接緊（jǐn）固，對接後的（de）新（xīn）舊床身在導軌磨床上進行（háng）導（dǎo）軌整體磨削至標準要求。磨（mó）削的床身在吊裝運輸過程會影響導軌精度，因此，最終（zhōng）安裝時必須（xū）重新調整床身導軌水（shuǐ）平和直線度等。
(2)進給傳動機構深孔加工進給機構必須穩定可靠，不能有（yǒu）爬行現象，機床的進給量是無級調（diào）速（sù），以適（shì）宜多種（zhǒng）材料的深孔加工，一般進給量在 0. 05 ～ 0. 35 mm/r 範圍內，最好使用帶有過載保護（hù）的進（jìn）給機構。C61100 車床改深（shēn）孔（kǒng）加工機床，原床頭（tóu）箱拆卸（xiè）改（gǎi）裝在新製的軸向移動拖板上，拖板由進給（gěi）傳動機構驅動在床身導軌（guǐ）上移動（dòng），機床進給（gěi）傳動中（zhōng），最大切削負載不得超過電動機轉矩。折電（diàn）動機（jī）軸的最大切削負載轉矩 Ti為［4］
根據深孔切削（xuē）負載及進給量（liàng）數值進行設計，按有關產品（pǐn）樣本選用絲杠、減（jiǎn）速機、伺服電（diàn）動機等零部件，機構由 K1000Ti － A 係（xì）統控製，進給傳動機構如圖 2。新（xīn）製的（de）拖（tuō）板置於床身導軌上，拖板上固定的（de）床頭箱帶動刀杆旋轉並向前進給進行，切削。刀具的進（jìn）給力 F由伺服電動機通過扭矩限製器（qì）、減速機、絲杠傳給了螺母。拖板與絲杠螺母座由鍵定位，螺釘緊（jǐn）固聯接。在伺服電動機與減速機間設有扭矩限製器，根據（jù）鑽頭（tóu）直徑與進給力關係，選用不（bú）同直徑規格鑽頭設置不同大小的額定進給扭矩。其功用為:當機床（chuáng）在（zài）加工（gōng）過程中出（chū）現過載，如工（gōng）件中出現個別硬點或切屑堵塞致使排屑不暢等，導致刀具瞬時力矩加大，扭矩限（xiàn）製器（qì）會在驅動扭矩超（chāo）過設定範圍時，自動斷開進給，避免損壞刀杆刀具及各機械傳動件，保護進（jìn）給傳動精度（dù）不（bú）受影響，保護刀具以防過載損壞。
圖2 進給傳動機構結（jié）構圖（tú）
(3)刀（dāo）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，防止刀杆中部甩動（dòng）劇烈，提高深孔加工質（zhì）量。刀杆支架按最大規格的刀杆設計製作，中心高與移動床頭箱相同，內孔（kǒng）再組合較小規格（gé）的襯套組件，既滿足了各種規格刀杆的使（shǐ）用要求，減少了各種規格支架的數量和（hé）更（gèng）換刀杆支架等時間（jiān），提高工作效（xiào）率。
(4)授油器（qì）授油器主要功能是將高壓切削液通過鑽頭與孔的間隙進入鑽頭前端，靠切削液的壓力將切屑推入（rù）鑽頭中孔中經（jīng）刀杆排出，並對刀杆支（zhī）承和導向。授油器在床身導軌尾部移動並固定，鑽鏜孔（kǒng）前，旋轉手輪螺母使伸縮（suō）軸靠向工件表麵，將前密（mì）封圈貼緊工件表麵上，授油器的（de）後端尼龍件及密封圈對刀杆起消振和密封作用;授油器的背麵，有一個從冷卻泵來的輸油管，油管接頭與伸縮軸聯接，冷卻液（yè）通過授油器送入工件切削區。授油器結構如圖 3。
圖3 授（shòu）油器結構圖
1. 3. 2 工（gōng）作台及裝（zhuāng）卡找正工具
工作台（tái）是直接（jiē）固定在地麵的，沒有旋轉、移動、升降等附（fù）加（jiā）功能，因此工作台隻需在高度和麵積上符合工件（jiàn）加工工藝要求即可，工作台用 HT200 鑄造，其下（xià）部設有地腳螺栓（shuān）孔，上（shàng）部台麵加工 T 形槽。優化設計 V 形塊、定位（wèi）塊等裝卡找（zhǎo）正工具，安裝在工作台上，對應工件配套使用，可實（shí）現軸類、箱形等工件上同心（xīn）或偏心深孔加工。
1. 3. 3 油路改裝
深孔加工油路（lù）係統主要由油（yóu）箱、排屑箱、油泵、電動機和液壓元件等組成，結（jié）構如圖 4。油箱高度受車床中心高的限製，排屑箱置於油箱上，油箱的箱體設（shè）有隔（gé）板，保證汙物能夠沉澱，此外還（hái）應有濾油裝置，濾油裝置主要由所要求的過濾精度確定，過濾精度取決於工件（jiàn）材料、切屑形態及工件表麵粗糙度等因素。一般過濾精度取所要（yào）求的表麵粗糙度值（zhí）的 10 倍，即 50 μm 的過（guò）濾精度可滿足（zú）表麵粗糙度 Ｒa= 5 μm 的要求。箱體設有二層隔（gé）板，切（qiē）削液采（cǎi）用 5級過濾裝置，切削液入油箱先用 4 mm 密集孔進行粗（cū）過濾，然後通過油箱中的回（huí）油孔 80 目銅網過濾進入油箱，在油箱中分別用 100 目和（hé） 120 目銅網進行三四級過濾（lǜ），最後在油箱油泵進油管上裝磁性過濾器進行第五級過濾（lǜ），過濾（lǜ）係統的過濾精（jīng）度可達 5 ～ 10 μm 以上，從而保證了深孔加工的表麵粗糙度要求。
圖4 油路係（xì）統結構圖
油箱應有足夠的容積，保證切削液（yè）能正常冷卻以及汙物的沉澱和分離，通常切削液在油（yóu）箱中每小時循環次數不能超過 6 次，油箱的（de）容積至少應（yīng）相當於（yú）最大油（yóu）泵流量的10倍［5］，根（gēn）據加（jiā）工的孔（kǒng）徑，選用3WP60 三柱塞高壓往（wǎng）複泵，流量（liàng）為 130 L / min，油泵壓力 ＜ 30 MPa，油箱容積設計不小於 1 500 L。
圖5 改裝的深（shēn）孔加工機床（chuáng）
2 、結語
C61100 車床改（gǎi）裝為深孔（kǒng）加工機床，經床身加（jiā）長，車床床頭（tóu）箱（xiāng）改（gǎi）裝（zhuāng）固定在移動拖板上（shàng），由（yóu）新增的進給傳動機構驅動，裝有硬質（zhì）合金多刃排屑深孔鑽的刀杆與（yǔ）床（chuáng）頭箱主軸花盤連接，刀（dāo）杆經刀杆支架和床身尾部授油器導向套的支（zhī）承和導向，實現旋轉刀杆的軸（zhóu）向移動;改進（jìn）的油路高壓（yā）切削液經授（shòu）油器進入鑽頭（tóu）前端，靠切（qiē）削液的壓力將（jiāng）切屑推入（rù）鑽頭經刀杆孔中排出，切屑送入排屑（xiè）箱，切削液入油箱過濾;設（shè）計的工作台及裝卡找正工（gōng）具能實現多種工件裝夾找（zhǎo）正，改裝的深孔加（jiā）工（gōng）機床如圖 5。改裝的深孔加工機床經試切和生產加工，其機床性能和孔加工質量（liàng）達到標準和圖樣要求;機床投（tóu）產加工，解決了深孔（kǒng）加工難題（tí），提升了企業機加工能力，增加了經濟效益。
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