我廠的lj465q曲軸箱生產(chǎn)線原生產(chǎn)能力為3000件/月，為了把生產(chǎn)能力提高到6000件/月，需對(duì)影響生產(chǎn)效率的曲軸箱6個(gè)面的孔加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，筆者負(fù)責(zé)改進(jìn)鉆左端面孔的工序，為此將c620車床改造成組合。改造的基本方法是：設(shè)計(jì)一個(gè)多軸鉆主軸箱安裝在c620車床導(dǎo)軌上，由車床主軸帶動(dòng)主軸箱，安裝在進(jìn)給箱上，進(jìn)給箱帶動(dòng)夾具進(jìn)給。以組合鉆床取代搖臂鉆床，達(dá)到了提高生產(chǎn)率的目的。
1 機(jī)床受力分析
圖1為曲軸箱左端面孔的分布情況，表1為當(dāng)鉆削進(jìn)給量f=0.08mm/r時(shí)，各孔徑用高速鋼鉆頭鉆灰口鑄鐵（hb190）時(shí)的受力情況。
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
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(jī)床主要參數(shù)：c620車床允許zui大進(jìn)給抗力ff=3600n，電機(jī)額定功率p=7kw。
可見總切削軸向力大于車床允許zui大進(jìn)給抗力，一般來(lái)說(shuō)是不允許的。如果在機(jī)床尾部加一氣缸作為輔助推力，一方面可作為進(jìn)給動(dòng)力，以減輕進(jìn)給機(jī)構(gòu)負(fù)荷，另一方面可作為平衡力，抵消因車床進(jìn)給動(dòng)力與切削軸向力不共線而產(chǎn)生的力矩，軸向力問(wèn)題即可解決。
2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1） 主軸箱體設(shè)計(jì)
圖2、圖3是所設(shè)計(jì)的主軸箱體與標(biāo)準(zhǔn)主軸箱體對(duì)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(jié)構(gòu)改成與前蓋結(jié)構(gòu)相同。
1. 注油杯 2.分油器 3.上蓋 4.側(cè)蓋 5.后蓋 6.油盤 7.主軸箱體 8.前蓋
圖2 標(biāo)準(zhǔn)主軸箱
1. 主軸箱體 2.后蓋 3.前蓋
圖3 改裝后的主軸箱
2） 主軸設(shè)計(jì)
圖1中，3×f5孔與f12孔的中心距為25mm，該中心距要達(dá)到允許的zui小極限值。受軸承外徑的限制，主軸結(jié)構(gòu)采用軸承錯(cuò)開安裝式，以避免軸承發(fā)生干涉，如圖4所示。根據(jù)表2選主軸軸徑為f15，因所用軸承為無(wú)內(nèi)圈滾針軸承，主軸直接與滾針接觸，主軸材料選用機(jī)械性能較好的38crmoala，表面鍍鉻處理，并用專門的防油罩和防油套防漏油。對(duì)于不受結(jié)構(gòu)限制的主軸，可選用有內(nèi)圈的滾針軸承，因主軸不與滾針接觸，材料選用比較經(jīng)濟(jì)的40cr或9crsi，可用常規(guī)的防油套和毛氈防漏油。
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(cuò)開的滾針軸承主軸
3） 齒輪設(shè)計(jì)
主軸箱齒輪傳動(dòng)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，采用直齒圓柱齒輪，齒輪模數(shù)選1.5，材料為40cr。
表2 加工孔徑與主軸直徑對(duì)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(shù)對(duì)照表（mm）
加工孔徑 <8 8～15 15～20
模數(shù) 1.5～2 2～2.5 2.5～3
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(lái)組合。對(duì)于采用軸承錯(cuò)開安裝的主軸結(jié)構(gòu)（如圖4所示，中心距小于28mm，必須用這種結(jié)構(gòu)），只能分別選用滾針軸承（84000型）和單向推力球軸承（8000型）；對(duì)于不受結(jié)構(gòu)限制的主軸，可選用組合軸承（gb/t 16643-1996，nkxr型為無(wú)內(nèi)圈，nkxr…z型為有內(nèi)圈），這種軸承集滾針軸承（84000型）和單向推力球軸承（8000型）于一體，一般情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇這種軸承。
5） 機(jī)床改造
拆下中拖板、絲杠、尾架，主軸箱通過(guò)墊板裝在導(dǎo)軌上，墊板底部開槽，以避開v形導(dǎo)軌和矩形導(dǎo)軌。機(jī)床主軸通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器帶動(dòng)主軸箱，不需調(diào)整其同軸度，只要調(diào)整主軸箱與夾具的同軸度。夾具安裝在進(jìn)給箱上，帶動(dòng)工件進(jìn)給，通過(guò)行程開關(guān)控制電磁閥，電磁閥控制縱向進(jìn)給手柄，加工到位時(shí)進(jìn)給停，而主軸不停，避免進(jìn)給與主軸同時(shí)停。主軸停和快速退刀均為手動(dòng)方式，車床尾部氣缸為f100，當(dāng)壓縮空氣壓力為0.4mpa時(shí)，氣缸活塞桿推力達(dá)到3100n，可滿足要求。
3 改造時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
1） 受車床尺寸及zui大進(jìn)給抗力限制，只限于選用小型主軸箱系列或400×400的主軸箱。根據(jù)機(jī)床允許zui大進(jìn)給抗力ff=3600n，電機(jī)功率p=7kw，被加工孔數(shù)應(yīng)在10個(gè)以下，孔徑不超過(guò)10mm。當(dāng)總切削力大于車床允許zui大進(jìn)給抗力二倍以上時(shí)，應(yīng)考慮用液壓進(jìn)給機(jī)構(gòu)。
2） 工件上兩個(gè)距離zui遠(yuǎn)的被加工孔水平和垂直中心距均不能大于200mm，受軸承和齒輪限制，任意兩孔中心距不小于25mm，孔徑、孔深相差不能太大。
3） 車床導(dǎo)軌要足夠長(zhǎng)，使導(dǎo)軌有足夠的進(jìn)、退刀空間；行程開關(guān)控制時(shí)，不要使主軸和進(jìn)給機(jī)構(gòu)同時(shí)停，以免鉆頭折斷。
4） 有些車床在主軸反轉(zhuǎn)狀態(tài)下，進(jìn)給箱不能進(jìn)給（如c6140），當(dāng)對(duì)這類車床進(jìn)行改造時(shí)，所設(shè)計(jì)的主軸箱傳動(dòng)鏈必須使得機(jī)床主軸正轉(zhuǎn)，否則無(wú)法使用機(jī)床進(jìn)給箱。
5） 因切削軸向力大于機(jī)床允許zui大進(jìn)給抗力而產(chǎn)生的后果是：帶動(dòng)進(jìn)給箱進(jìn)給的蝸輪容易磨損，一般來(lái)說(shuō)，在蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)有意設(shè)計(jì)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，該工序用搖臂鉆床加工，完成該工序需4min，經(jīng)改造后，完成該工序只需約1.7min，生產(chǎn)率大大提高