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C61100 車床改裝為深孔加工機床的研究與實踐

2020-4-27 來源：江蘇鵬飛集團股份有限公司作者：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（jiàn）深孔加工要（yào）求，確定改裝方案，進行（háng）床身加長、進給（gěi）傳動機構、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設計，零（líng）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，機床性能和孔加工（gōng）質量達到標準和圖樣要（yào）求，滿足了（le）零件深孔加工（gōng）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（wéi）使軸係能穩定地連續運行，降低主軸及軸承的工作溫度，主軸需加工深孔通水冷卻。深孔加工是主軸加工一（yī）道（dào）重要工序，開始輥壓機試製時，沒深孔加工機（jī）床，依（yī）靠外協，其加工周期長，質量難控製，且需（xū）往返運輸（shū）費用。隨著輥壓機生產批量增加，為減少生產周期，公司（sī）決定上馬深孔加工機床，由於深孔加工機床的特殊性，其價（jià）格比較昂貴。對於非專業化深（shēn）孔（kǒng）加（jiā）工的廠家，成本（běn）過（guò）高。用普（pǔ）通車床改（gǎi）裝為深孔加工機床，其具有成本低（dī）、製造周期短以（yǐ）及一機多用等優點（diǎn）。

1、 C61100 車床改（gǎi）裝（zhuāng）為深孔加（jiā）工機床的設計

1. 1 輥壓機主軸深孔加工要求

現以 PFG15100 型輥壓（yā）機主軸為例，零件如圖 1所示: 材料為（wéi） 42CrMoA，重量 14 160 kg，軸徑最（zuì）大直徑1000 mm，軸（zhóu）孔直徑220 mm 深 2 150 mm，而其他大規格的輥壓機主軸尺（chǐ）寸更大，重量更重。因此，孔加（jiā）工選用工件固（gù）定、刀杆刀具旋轉加工方式。車床改裝（zhuāng）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（shēn），後半部分為裝夾工件（jiàn）的工作（zuò）台（tái）及裝卡找正工具（jù）。

圖1 軸（zhóu）結構圖

1. 2 改裝車床的選擇

1. 2. 1 車床型號的選擇

車（chē）床型號主要取決於深孔鑽削的功率，加工大、中直徑的深孔宜采用錯齒（chǐ）內排屑深孔鑽，計算錯齒內排屑深孔鑽（zuàn）的（de）機床功率 P 的公式為［1］:

式中:vc為切削速（sù）度，m/min; fn為進給量，mm/r;Dc為鑽頭直徑，mm;η 為機床效率（lǜ），可（kě）取 0. 75 ～ 0. 85;kc為比切削力，N/mm2;ap為切深，mm;對於實心鑽，ap=Dc/2，mm;對於擴孔鑽（zuàn）ap= ( d2－ d1) /2，mm。

硬質合金多刃排（pái）屑深孔鑽的（de）切削用量:加工材料42CrMoA，硬度 175 ～ 275HB，進給量（liàng） 0. 1 ～ 0. 3 mm / r，切削速度 45 ～ 90 m/min，將參數代入公式計算，C61100 車床主電動機 30 kW 可（kě）滿足孔（kǒng） 220 mm 采用一（yī）次 150 mm 實心鑽孔和粗、精二次擴孔鑽加工功率需求。

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

1. 2. 2 床身長度的確定

床身長度取決於鑽孔的最大（dà）深度，由式計算［2］:

舊 C61100 車床身長 5 700 mm，考慮 l鑽孔深度取5 000 mm，舊車（chē）床改裝其床身需加長。

1. 3 C61100 車床（chuáng）結（jié）構改裝（zhuāng）

對 C61100 車（chē）床的（de）改（gǎi）裝主（zhǔ）要包括機床本體改裝、工作台及裝卡找正工具和油路改裝等。

1. 3. 1 機床本體改裝

機床本體改裝包（bāo）括床身（shēn）加長、進給傳動機構設置、刀杆支架、授油器等增添。

(1)機身加長對接床身的設計計算主要考慮在整（zhěng）機吊裝時求出聯接螺栓的（de）受力大小，確保安全（quán），滿足強度要求;聯接後滿足剛度要（yào）求及精度要求［3］。根據最大鑽孔深度取 5 000 mm，而現有舊 C61100 車床（chuáng）床（chuáng）身長 5 700 mm，需要對現有車床床身加長 5 000 mm，加長床身（shēn）導軌截（jié）麵形狀、尺寸、跨距（jù）及床身（shēn）高與舊（jiù） C61100 車床相同，新床身對接端設有連接螺栓安裝孔洞，床身（shēn）底部設有（yǒu）地腳螺（luó）栓安裝孔，床身用（yòng） HT250 鑄造而成。經時效處理的床（chuáng）身先進行導軌麵和對接端麵加工，同（tóng）時對舊車（chē）床床身尾部端麵銑削加工，新舊床身對接，水平和垂直用鍵銷定（dìng）位，螺栓連接緊固，對接（jiē）後的新舊床（chuáng）身在導（dǎo）軌磨床上進行導軌整體磨削至標準要求。磨削（xuē）的床身在吊裝運輸過程會影響導軌精度，因此（cǐ），最終安裝時必須（xū）重新調整床身導軌水平和直線度（dù）等。

(2)進給傳動機構深孔加工進給機（jī）構必（bì）須穩定可靠，不能（néng）有爬行現象，機床的進（jìn）給量是（shì）無級調速，以適宜多種材料的深孔加工，一般進給量（liàng）在 0. 05 ～ 0. 35 mm/r 範圍內，最好使用帶有過載保護的進給機構。C61100 車床改深孔加工機床，原（yuán）床頭箱拆卸改裝在（zài）新製的軸向移動拖板上，拖（tuō）板由（yóu）進（jìn）給傳動機構驅動在床身導軌上移動，機（jī）床進給傳動中，最大切削負（fù）載不得超過電動機轉矩。折電動機軸的最大切削負載轉矩 Ti為［4］

根據深孔切削負載及進給量數值進行（háng）設計，按有關產品樣本選用絲杠、減速機、伺服電動機等零部件，機構由 K1000Ti － A 係統（tǒng）控製，進給傳動機構如（rú）圖 2。新（xīn）製的拖板置於床身導軌上，拖板上固定的（de）床頭箱帶（dài）動刀杆旋轉（zhuǎn）並向（xiàng）前（qián）進給進行，切削（xuē）。刀具的進給力 F由伺服電動機通過扭矩限製器、減速機、絲杠傳給了螺母。拖板與絲杠螺母座由鍵定位，螺釘緊固聯接。在伺（sì）服電動機與減速機間設有扭矩限製器，根（gēn）據鑽（zuàn）頭直徑與進給力關係，選用（yòng）不同直徑（jìng）規格（gé）鑽頭設置不同大小的額定進給扭矩。其功（gōng）用為:當機床在加（jiā）工過程中出現過載，如工件中出（chū）現個別硬點或切屑（xiè）堵塞致使排屑不暢等，導致刀具瞬時力矩加大，扭矩限製器會在驅動扭（niǔ）矩超過設定範圍時，自動斷開進給，避免損壞刀杆刀具及各機械傳動件，保護進給傳（chuán）動精度不（bú）受影響，保護刀具以防過載損壞。

圖2 進給傳（chuán）動機構結構圖

(3)刀杆支架刀杆支架其作（zuò）用主要是對刀杆中部進行扶正和支撐，防止刀杆中部甩動劇烈，提高深孔加工質量。刀杆支架（jià）按最大規（guī）格的刀杆（gǎn）設計製作，中心（xīn）高與移動床頭箱相同，內孔再組合（hé）較小規格的襯套組件，既滿足了各（gè）種規格（gé）刀杆（gǎn）的使用要求，減少了各種規格支（zhī）架的數量和更換（huàn）刀杆支架等時間，提高工作（zuò）效率。

(4)授油器授油器主（zhǔ）要功能（néng）是將高壓切削液通過鑽（zuàn）頭與孔的間隙進入鑽（zuàn）頭前端，靠切（qiē）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（dǎo）向。授油器在床（chuáng）身導軌尾（wěi）部移動並（bìng）固定，鑽鏜孔前，旋轉手輪螺母使伸縮（suō）軸靠向工（gōng）件表麵，將前密封圈貼緊工件表麵上，授油器的後端尼龍件及密（mì）封圈對刀杆起消振和密封作用（yòng）;授（shòu）油器的背麵，有一個從冷卻泵來的（de）輸油管，油管接頭與伸縮（suō）軸聯接，冷卻液通過授油（yóu）器（qì）送入（rù）工件切削（xuē）區。授油器結構如圖 3。

圖3 授油器結構圖

1. 3. 2 工作台及裝卡找正工具

工（gōng）作台是直接固定（dìng）在地麵的，沒有旋轉、移（yí）動、升降等附（fù）加功能，因此工作台隻需在高度和麵積（jī）上符合工件加工工藝要求即可，工作（zuò）台用 HT200 鑄造，其下部設有地腳（jiǎo）螺栓孔，上部台麵加工 T 形（xíng）槽。優化設計（jì） V 形塊（kuài）、定位塊等裝（zhuāng）卡找（zhǎo）正工具，安裝在工（gōng）作（zuò）台上，對應工件（jiàn）配（pèi）套使用，可實現軸（zhóu）類、箱形等工件上同心或（huò）偏心深孔加工。

1. 3. 3 油路改（gǎi）裝

深孔加工油路係統主要由油箱、排屑箱、油泵、電動機和液壓（yā）元件等組成，結構如圖 4。油箱高度受（shòu）車床中心高的（de）限（xiàn）製，排屑箱置於油箱上，油箱的箱體設有隔板，保證汙物能夠沉澱，此外還應有（yǒu）濾油裝置，濾油裝（zhuāng）置主要由所要求的（de）過濾精度確定，過濾精度取決於工（gōng）件材料、切屑形態及工件表麵粗糙度等因素。一般過濾精度取所要求的表麵粗糙度值的 10 倍，即 50 μm 的過濾（lǜ）精度可滿足表麵粗糙度Ｒa= 5 μm 的要求。箱體設有二層隔板，切削（xuē）液采用 5級過（guò）濾裝置，切削液入油箱先用 4 mm 密集孔進（jìn）行粗過濾，然（rán）後通（tōng）過油箱中的（de）回油孔 80 目銅（tóng）網過濾進入油箱，在油箱中分別用 100 目和 120 目銅網進行三四級過濾，最後在油箱油泵進油管上裝磁性過濾器進行第五級過濾，過濾係統的過濾精度可達 5 ～ 10 μm 以上，從而保證了深孔加工的（de）表麵粗糙度要求。

圖4 油路係統結構圖

油箱應有足夠的容積，保證（zhèng）切削液能正常冷（lěng）卻（què）以及汙物（wù）的沉澱和（hé）分離，通常（cháng）切削液（yè）在（zài）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（yóu）泵（bèng）流量的10倍［5］，根據加工的孔徑，選用3WP60 三柱塞高壓往複泵，流量為 130 L / min，油泵（bèng）壓力＜ 30 MPa，油箱容積設計不小於 1 500 L。

圖5 改裝的深孔加工機床

2 、結語

C61100 車床改裝為深孔加工機床，經床身加（jiā）長，車床床頭箱改裝固定在移動拖板上，由新增的進給傳動機構驅動，裝有硬質合金多刃排屑深孔鑽的刀（dāo）杆與床頭（tóu）箱主軸花盤（pán）連接，刀杆（gǎn）經（jīng）刀（dāo）杆支架和床身（shēn）尾部（bù）授油器導向套的支承和導向，實現旋轉刀杆的軸向移動;改進的油路高壓切削液經（jīng）授油器進入鑽頭前端，靠切削液的壓力將切屑推（tuī）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（lǜ）;設計的工作（zuò）台及裝卡找（zhǎo）正工（gōng）具能實現多種工（gōng）件裝夾找（zhǎo）正，改裝的深孔加工機床如（rú）圖（tú） 5。改裝的深（shēn）孔加工機床經試切和生產加工，其機床性能和孔加工質量達到標準和圖樣要求;機床投（tóu）產加工，解決了深孔加（jiā）工難（nán）題，提升了企業機加工能（néng）力，增加了經濟效益。

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