用普通车床改成组合钻床方案实例
我厂的lj465q曲轴箱生产线原生产能力为3000件/月，为了把生产能力提高到6000件/月，需对影响生产效率的曲轴箱6个面的孔加工工艺进行改进，笔者负责改进钻左端面孔的工序，为此将c620车床改造成组合。改造的基本方法是：设计一个多轴钻主轴箱安装在c620车床导轨上，由车床主轴带动主轴箱，安装在进给箱上，进给箱带动夹具进给。以组合钻床取代摇臂钻床，达到了提高生产率的目的。
1 机床受力分析
图1为曲轴箱左端面孔的分布情况，表1为当钻削进给量f=0.08mm/r时，各孔径用高速钢钻头钻灰口铸铁（hb190）时的受力情况。
孔径 轴向力f
（n） 功率p
kw
f5 378 0.14
f6.7 449 0.15
f8.5 724 0.23
f12 1245 0.41
从表1中得总切削轴向力=3×378+2×449+724+1245=4001（n）；总功率=3×0.14+2×0.15+0.23+0.41=1.36（kw）
机床主要参数：c620车床允许zui大进给抗力ff=3600n，电机额定功率p=7kw。
可见总切削轴向力大于车床允许zui大进给抗力，一般来说是不允许的。如果在机床尾部加一气缸作为辅助推力，一方面可作为进给动力，以减轻进给机构负荷，另一方面可作为平衡力，抵消因车床进给动力与切削轴向力不共线而产生的力矩，轴向力问题即可解决。
2 设计要点
1） 主轴箱体设计
图2、图3是所设计的主轴箱体与标准主轴箱体对比图，差异是一是增大了箱体刚性，二是将后盖连接方式改为底面连接，后盖结构改成与前盖结构相同。
1. 注油杯 2.分油器 3.上盖 4.侧盖 5.后盖 6.油盘 7.主轴箱体 8.前盖
图2 标准主轴箱
1. 主轴箱体 2.后盖 3.前盖
图3 改装后的主轴箱
2） 主轴设计
图1中，3×f5孔与f12孔的中心距为25mm，该中心距要达到允许的zui小极限值。受轴承外径的限制，主轴结构采用轴承错开安装式，以避免轴承发生干涉，如图4所示。根据表2选主轴轴径为f15，因所用轴承为无内圈滚针轴承，主轴直接与滚针接触，主轴材料选用机械性能较好的38crmoala，表面镀铬处理，并用专门的防油罩和防油套防漏油。对于不受结构限制的主轴，可选用有内圈的滚针轴承，因主轴不与滚针接触，材料选用比较经济的40cr或9crsi，可用常规的防油套和毛毡防漏油。
1. 主轴 2.前盖 3.防油套 4.防油罩
5.单向推力球轴承 6.轴套 7.滚针轴承 8.主轴箱体
图4 轴承错开的滚针轴承主轴
3） 齿轮设计
主轴箱齿轮传动的排列方式有一层、二层和三层3种，本主轴箱为三层排列方式，采用直齿圆柱齿轮，齿轮模数选1.5，材料为40cr。
表2 加工孔径与主轴直径对照表（mm）
加工孔径 <10 10～15 15～20 20～25
主轴直径 15 20 25 30
表3 加工孔径与齿轮模数对照表（mm）
加工孔径 <8 8～15 15～20
模数 1.5～2 2～2.5 2.5～3
4） 轴承选择
主轴上的轴承因承受较大轴向力，所以用滚针轴承和单向推力球轴承来组合。对于采用轴承错开安装的主轴结构（如图4所示，中心距小于28mm，必须用这种结构），只能分别选用滚针轴承（84000型）和单向推力球轴承（8000型）；对于不受结构限制的主轴，可选用组合轴承（gb/t 16643-1996，nkxr型为无内圈，nkxr…z型为有内圈），这种轴承集滚针轴承（84000型）和单向推力球轴承（8000型）于一体，一般情况下，应优先选择这种轴承。
5） 机床改造
拆下中拖板、丝杠、尾架，主轴箱通过垫板装在导轨上，垫板底部开槽，以避开v形导轨和矩形导轨。机床主轴通过万向联轴器带动主轴箱，不需调整其同轴度，只要调整主轴箱与夹具的同轴度。夹具安装在进给箱上，带动工件进给，通过行程开关控制电磁阀，电磁阀控制纵向进给手柄，加工到位时进给停，而主轴不停，避免进给与主轴同时停。主轴停和快速退刀均为手动方式，车床尾部气缸为f100，当压缩空气压力为0.4mpa时，气缸活塞杆推力达到3100n，可满足要求。
3 改造时应注意的问题
1） 受车床尺寸及zui大进给抗力限制，只限于选用小型主轴箱系列或400×400的主轴箱。根据机床允许zui大进给抗力ff=3600n，电机功率p=7kw，被加工孔数应在10个以下，孔径不超过10mm。当总切削力大于车床允许zui大进给抗力二倍以上时，应考虑用液压进给机构。
2） 工件上两个距离zui远的被加工孔水平和垂直中心距均不能大于200mm，受轴承和齿轮限制，任意两孔中心距不小于25mm，孔径、孔深相差不能太大。
3） 车床导轨要足够长，使导轨有足够的进、退刀空间；行程开关控制时，不要使主轴和进给机构同时停，以免钻头折断。
4） 有些车床在主轴反转状态下，进给箱不能进给（如c6140），当对这类车床进行改造时，所设计的主轴箱传动链必须使得机床主轴正转，否则无法使用机床进给箱。
5） 因切削轴向力大于机床允许zui大进给抗力而产生的后果是：带动进给箱进给的蜗轮容易磨损，一般来说，在蜗轮蜗杆传动机构中，蜗轮硬度较低，材料为铸铁或青铜，而蜗杆硬度较高，材料为钢件，淬火，而蜗轮比蜗杆容易磨损是在设计机床时有意设计的。如果切削轴向力不是很大，也可不用气缸作为辅助推力，只需定期更换蜗轮即可。
4 使用效果
改造前，该工序用摇臂钻床加工，完成该工序需4min，经改造后，完成该工序只需约1.7min，生产率大大提高
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图1为曲轴箱左端面孔的分布情况，表1为当钻削进给量f=0.08mm/r时，各孔径用高速钢钻头钻灰口铸铁（hb190）时的受力情况。
孔径 轴向力f
（n） 功率p
kw
f5 378 0.14
f6.7 449 0.15
f8.5 724 0.23
f12 1245 0.41
从表1中得总切削轴向力=3×378+2×449+724+1245=4001（n）；总功率=3×0.14+2×0.15+0.23+0.41=1.36（kw）
机床主要参数：c620车床允许zui大进给抗力ff=3600n，电机额定功率p=7kw。
可见总切削轴向力大于车床允许zui大进给抗力，一般来说是不允许的。如果在机床尾部加一气缸作为辅助推力，一方面可作为进给动力，以减轻进给机构负荷，另一方面可作为平衡力，抵消因车床进给动力与切削轴向力不共线而产生的力矩，轴向力问题即可解决。
2 设计要点
1） 主轴箱体设计
图2、图3是所设计的主轴箱体与标准主轴箱体对比图，差异是一是增大了箱体刚性，二是将后盖连接方式改为底面连接，后盖结构改成与前盖结构相同。
1. 注油杯 2.分油器 3.上盖 4.侧盖 5.后盖 6.油盘 7.主轴箱体 8.前盖
图2 标准主轴箱
1. 主轴箱体 2.后盖 3.前盖
图3 改装后的主轴箱
2） 主轴设计
图1中，3×f5孔与f12孔的中心距为25mm，该中心距要达到允许的zui小极限值。受轴承外径的限制，主轴结构采用轴承错开安装式，以避免轴承发生干涉，如图4所示。根据表2选主轴轴径为f15，因所用轴承为无内圈滚针轴承，主轴直接与滚针接触，主轴材料选用机械性能较好的38crmoala，表面镀铬处理，并用专门的防油罩和防油套防漏油。对于不受结构限制的主轴，可选用有内圈的滚针轴承，因主轴不与滚针接触，材料选用比较经济的40cr或9crsi，可用常规的防油套和毛毡防漏油。
1. 主轴 2.前盖 3.防油套 4.防油罩
5.单向推力球轴承 6.轴套 7.滚针轴承 8.主轴箱体
图4 轴承错开的滚针轴承主轴
3） 齿轮设计
主轴箱齿轮传动的排列方式有一层、二层和三层3种，本主轴箱为三层排列方式，采用直齿圆柱齿轮，齿轮模数选1.5，材料为40cr。
表2 加工孔径与主轴直径对照表（mm）
加工孔径 <10 10～15 15～20 20～25
主轴直径 15 20 25 30
表3 加工孔径与齿轮模数对照表（mm）
加工孔径 <8 8～15 15～20
模数 1.5～2 2～2.5 2.5～3
4） 轴承选择
主轴上的轴承因承受较大轴向力，所以用滚针轴承和单向推力球轴承来组合。对于采用轴承错开安装的主轴结构（如图4所示，中心距小于28mm，必须用这种结构），只能分别选用滚针轴承（84000型）和单向推力球轴承（8000型）；对于不受结构限制的主轴，可选用组合轴承（gb/t 16643-1996，nkxr型为无内圈，nkxr…z型为有内圈），这种轴承集滚针轴承（84000型）和单向推力球轴承（8000型）于一体，一般情况下，应优先选择这种轴承。
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3 改造时应注意的问题
1） 受车床尺寸及zui大进给抗力限制，只限于选用小型主轴箱系列或400×400的主轴箱。根据机床允许zui大进给抗力ff=3600n，电机功率p=7kw，被加工孔数应在10个以下，孔径不超过10mm。当总切削力大于车床允许zui大进给抗力二倍以上时，应考虑用液压进给机构。
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3） 车床导轨要足够长，使导轨有足够的进、退刀空间；行程开关控制时，不要使主轴和进给机构同时停，以免钻头折断。
4） 有些车床在主轴反转状态下，进给箱不能进给（如c6140），当对这类车床进行改造时，所设计的主轴箱传动链必须使得机床主轴正转，否则无法使用机床进给箱。
5） 因切削轴向力大于机床允许zui大进给抗力而产生的后果是：带动进给箱进给的蜗轮容易磨损，一般来说，在蜗轮蜗杆传动机构中，蜗轮硬度较低，材料为铸铁或青铜，而蜗杆硬度较高，材料为钢件，淬火，而蜗轮比蜗杆容易磨损是在设计机床时有意设计的。如果切削轴向力不是很大，也可不用气缸作为辅助推力，只需定期更换蜗轮即可。
4 使用效果
改造前，该工序用摇臂钻床加工，完成该工序需4min，经改造后，完成该工序只需约1.7min，生产率大大提高
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