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多功能機床的設計製造與應用

2020-11-20 來源：山（shān）東魯南機床有（yǒu）限公司作者：孫彥旭

摘要: 針（zhēn）對遠洋船舶行業維護設備特點（diǎn），研發製造了係列船用多功能機床，敘述了機床的主（zhǔ）要設計結（jié）構特點、工作原理和主要技術參數（shù）。

關（guān）鍵詞: 車鑽複合; 凸輪抱（bào）刹機構; 技（jì）術（shù）參數

隨著我國往來遠洋經貿總量的蓬勃增長，船用多功能維護機床的發展遠遠落後於遠洋經濟的發展需求，針對這一（yī）特殊行業，筆者公司在產（chǎn）品研發和工藝製（zhì）造（zào）上（shàng）深耕細（xì）作，在公司多年（nián）出口船用機床日、

韓的基礎上，與長期對船用多功能機床研究的國內知名大（dà）學（xué）合作，筆者發研製了 KL36B 係列多功能機床，在船用機床細分領域形成了競爭（zhēng）優勢。

該機床整體采用（yòng）輕量化設（shè）計，車床和鑽床共用一（yī）台主電（diàn）動機，機床尾部配裝有砂輪修磨機。它與常規的臥式數控機床相比（bǐ），其一顯著特點是（shì）工（gōng）序集中，實現了工件短加工（gōng）循（xún）環［1］，提高了工件加（jiā）工效率; 其二是節省作業（yè）麵（miàn）積，減少了工件間（jiān）的搬運和儲存，機床（chuáng）的功率充分被利用，減少了消耗。

本機床（chuáng）經（jīng）濟適用、結構緊湊、操（cāo）作方便、故障率底、占用空間小，尤其適用於對機床占用（yòng）空間有嚴格限製的船（chuán）舶（bó）行業中。

1、機床的總體設計方案

由於船用多功能機床長期處於海洋波浪載荷作用下的船體振動環境中，極易產生部件的損（sǔn）傷或者脫落。特別是該機床隻能通過螺栓（shuān）與（yǔ）船用甲板緊固聯接，其運行環境（jìng）直接關聯到所在船舶的波浪振動特點，所以實現機床耐波性結構設計和精度穩定性製造體係是首要任務。因此借（jiè）用船舶機械設計（jì）的理念，使用 Solid-Works 軟件三維建模和（hé）有（yǒu）限元應力分析等方法，對機床的結構輕量拓撲優化設計，主要包括（kuò）總體結構的布局（jú）優（yōu）化、功能結構件的適應（yīng）性以及（jí）關鍵組件的結構可靠性（xìng）。

提出集可靠性、工藝性和經濟性於一體機床結構耐鹽霧腐蝕設計方案［2］。床身內部采用大曲麵（miàn）空間構（gòu）造，既減輕了重（chóng）量，又（yòu）有利於排屑; 箱體采用箱中箱結構設計，箱壁使用（yòng）米字筋大圓弧，同樣減輕了（le）重（chóng）量，降低（dī）了噪聲。機床整體結構見圖 1。

以普通（tōng）車床為主體，左側麵加裝鑽車部分，右側後挎 250 mm 厚20 mm 砂（shā）輪修磨機。

2 、機床主要結構特點和工作原理

床腿是機床（chuáng）的重要基礎部件之一（yī），是機床其他功能部件的載體。圖 2 中機床左床腿與鑽床工作台機座導軌設計為（wéi）一體，實現機床耐波性（xìng）輕量化設計，導軌為承載能力大、運動精度高、連接比較穩定的 55° 燕尾軌［3］; 整體采用樹脂沙鑄造後經時效處理，具有較強的抗震性和吸震性。

車床與鑽床共用一（yī）台主電動機。傳統車鑽複合多功能機床是在原車床（chuáng）基礎上增加一個標準型的鑽床，車（chē）床和（hé）鑽床中間（jiān）用連接板聯接（jiē），為兩（liǎng）個獨立的傳動係統，普遍存在機床外型尺（chǐ）寸過大、操作不（bú）方便等缺陷。

如圖 1 所示，該機床是（shì）一種緊湊型單電（diàn）動（dòng）機車鑽多功能機床，打（dǎ）破了傳統車鑽複合機床結構的模式，在原普通車（chē）床基礎上，創新設計增加鑽車，車床、鑽車共用一台（tái）電動機，通過鑽（zuàn）車（chē）主軸箱（xiāng）內離合器結合分開，既（jì）實現（xiàn）車（chē）床和鑽車轉速（sù）的單（dān）獨（dú）控製，又實現鑽車主軸轉速通過車床床（chuáng）頭箱內滑移齒輪調節，利用車床（chuáng）主軸箱齒（chǐ）輪不同傳（chuán）動組合，實現鑽車高中低三級調速; 車床六級變速。

單電（diàn）動（dòng）機車鑽複合結構，該機床特別適用於對機床（chuáng）占用（yòng）空間有嚴格（gé）限製但又需要能分（fèn）別實現車、鑽功能的場合。2017 年 11 月（yuè）被國家知識產權局授於實用新型專利，專利號 2017113674701。其結構見圖 3、圖 4。

當對工件加工（gōng）時（shí），圖 1 中主電動機啟動，通過三角帶經圖 3 中、皮帶輪 3 將動力傳到主軸箱體 1 內的Ⅰ軸 5。而車床主軸箱體 1 內安裝有車床主軸 2、Ⅰ軸 5、Ⅱ軸 7、Ⅲ軸 10，Ⅰ軸上裝有皮帶輪 3 和齒（chǐ）輪 4，Ⅱ軸上裝有齒輪（lún） 6 和（hé）齒輪 8; Ⅰ軸 5 通過齒輪 4 帶動齒輪 6 轉動，進而通過Ⅱ軸 7 帶動齒（chǐ）輪 8 轉動，齒輪 8 徑三聯滑移齒輪 9 帶（dài）動Ⅲ軸 10 轉動，Ⅲ軸 10 通過二聯滑移齒輪 11 帶動車床主軸 2 轉（zhuǎn）動（dòng），三聯滑移齒輪 9 和二聯滑移齒輪 11 可實現車床（chuáng）主軸 2 六級速度變化。

圖 3 中Ⅲ軸的中間皮帶輪 12 通過圖 4 中的（de）三角帶 11 帶動鑽車皮帶輪 1 轉動，鑽車箱體 2 內的離合器3 左移結合（hé），經過傘齒輪 4、5 帶動鑽車主軸（zhóu） 6 旋轉，張（zhāng）緊輪 12 控製三角（jiǎo）帶 11 鬆緊，通過車床主軸箱（xiāng）中（zhōng）的三聯滑移（yí）齒輪實現鑽（zuàn）車（chē）主（zhǔ）軸 6 三（sān）級速度變化。鑽車箱體2 內的導向鍵 7 控製鑽車主軸 6 直線運動，導向鍵 10控製套筒 9 直線（xiàn）運動，手把（bǎ） 13 控製離（lí）合器 3 的（de）脫離、結合，手柄（bǐng）齒輪軸 8 安裝有手柄 14，通過手柄齒輪軸（zhóu） 8轉動帶動套筒（tǒng） 9( 套（tào）筒側麵銑有齒) 上下往複直線運動，套筒 9 帶動鑽車主軸（zhóu） 6 直線運動，既而實現鑽頭、絲錐對工件的加工。

通過各（gè）自單獨操作手柄，控製（zhì）車床主軸箱體內Ⅲ軸上二聯滑移齒（chǐ）輪有（yǒu）高、空、低三（sān）檔，鑽車箱體內離合（hé）器的脫離、結合二檔，這樣方便於實現車床（chuáng）主軸和鑽床主軸可（kě）以同時旋轉，也（yě）可以同時不旋轉，更可以獨自旋轉（zhuǎn）。操作方便宜人（rén），動作靈活可靠。

凸輪機械刹車。本機構是一種（zhǒng）腳（jiǎo）踏（tà）為動力，利用凸輪軌道實（shí）現抱刹製動，拉簧（huáng）自動複位。刹（shā）車塊按端（duān）麵凸輪的軌跡運動，減小了整體的尺寸，結構緊湊、故障率底、維修（xiū）更換方便、刹車力大等優點

。凸輪式腳踏抱刹機構 2017 年 2 月被（bèi）國（guó）家知識產權局授於發明專利，專利號 ZL 2014 1 0278289．3。如圖 5 所示，支（zhī）撐板 14 固定在車床前床腿裏側下麵。支撐板 14 安（ān）裝有腳踏板 18、凸輪17、腳刹開關15。腳踏板 18 調整水平後通過螺釘固定（dìng）到（dào）凸輪杆 17上。

製動拉索 8 通過螺母一端（duān）固定到凸輪杆 17 上另一端固（gù）定（dìng）到拉塊 13 上。滾輪 7 通過（guò）圓（yuán）柱（zhù）銷在端麵凸（tū）輪 11槽內轉動，刹車片 4 通（tōng）過粘合劑粘合螺釘固定安裝在刹車塊 2、3 內圓麵上，端麵凸輪 11 在螺（luó）軸 6 上（shàng）轉動。當（dāng）機床（chuáng）需要刹車時，操作者用腳踏下腳踏板 18，凸輪杆 17 轉動，行程（chéng）開關 15 觸點斷開，控製機床主（zhǔ）電動機的繼電器斷電，即電動機失（shī）電停轉; 同時帶動製動拉索 8 動作，固（gù）定在主軸箱（xiāng）體（tǐ）上的（de）支承座 9 控製製動拉索8 的方向，通過（guò）螺杆 12、拉塊 13 拉動端麵凸輪 11 轉動（dòng），滾輪 7 在端麵凸輪 11 槽內旋轉移動，帶動鑲在（zài）刹車塊（kuài）2、3 內圓麵（miàn）上刹車片 4 在軸 1 上轉動，抱緊皮（pí）帶輪 5 的內圓（yuán）柱麵，即實（shí）現凸輪（lún）聯動刹車塊抱死鎖（suǒ）緊皮帶輪，對機床刹車製動。

當（dāng）操作者（zhě）腳離開腳（jiǎo）踏板 18 時，拉簧 10控製凸輪 11 複位，拉（lā）簧 16 控（kòng）製凸輪杆 17複位。為了提高凸輪及轉軸的使（shǐ）用壽命和維（wéi）修的方便性（xìng），滾輪（lún）和凸輪均調質處理（lǐ）提（tí）高硬度增加耐磨性。機床的刹車靈敏程度（dù）由製動拉索調節，通過製動（dòng）拉索兩端處（chù）螺母調節，調整完成後擰緊螺母鎖緊; 凸輪（lún）杆在初始位置處將腳踏板調整到（dào）水平，用緊定螺釘鎖緊，凸輪杆與腳刹開關觸頭接觸，腳刹（shā）開關采用觸點常閉式，實用可靠安全。

3 、機床的（de）主要技術參數

KL36B 係列多功能機床整體布局緊湊合理，工件加工精度為 IT7 級，車床（chuáng）溜板箱有左、右手（shǒu）輪兩種，供不同操（cāo）作（zuò）習慣（guàn）的用戶選擇。車床床身上最（zuì）大工件回轉直徑 360mm，馬鞍內最大（dà）工件回轉直徑 490 mm，最大工（gōng）件長度（dù）有600、800、1200 mm 三種規格，主軸通孔直徑 38mm，主軸六級轉速範圍 60～2 000 r/min; 縱向進給量範圍 0．03～0．42mm / r，橫向進給量範圍 0.015 ～ 0．21 mm / r。加工螺紋範（fàn）圍（wéi），公製螺紋 0.25～9 mm; 英製（zhì）螺紋 72－434T．P．J; 模數螺（luó）紋 025～3.5 mm; 徑節（jiē）螺紋 8～144 DP。

鑽車主軸三級轉速範圍 200～750 r/min，主軸套筒圓錐孔為莫氏 4 #，最大鑽孔直徑 20 mm，主軸端部到工（gōng）作台的最大距離為 350mm。機床主電（diàn）動機（jī）功（gōng）率為 2．2 k W，配有（yǒu）單向和三（sān）相兩種不同電（diàn）壓供國內外用戶選擇，機床電氣具有短路、過載、缺相、零（líng）壓（yā）保護，設有急（jí）停按鈕和保險機構（gòu），使機床更加安全可靠，產品符合歐盟 CE 認證。其附件配有花盤、跟刀架、中心架、螺紋亂扣盤等。

4 、結語

筆者公司設計製造的 KL36B 係列多功能機床產品，主要銷售集中在遠洋船舶行業。當然也（yě）適（shì）合於機械設備維修。針對船用機床受到（dào）波浪搖蕩和抨擊載荷（hé）的特點，不但要對如絲杠螺母副及主軸旋轉、齒輪傳動、導軌移（yí）動部件等進行結構耐波性設計研究; 更（gèng）重要（yào）是對部件結合麵，裝（zhuāng）配（pèi）工藝、零件配合盈隙和動力（lì）係統從工藝操作規程上製定措施，齒輪變速（sù）主軸箱采用箱外循（xún）環潤滑方（fāng）式等，保證了產品質量的（de）適用（yòng）性。因此該係列機床銷售實現了連（lián）續多年穩定增長，同時也帶動了（le）公司數控（kòng）車床、立式加工中心的銷售，取得了良好（hǎo）的經濟效益和社會效益。

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