楊增旺 錢(qián)開(kāi)明 李曉平 丁晨晨

(江蘇鵬飛集團(tuán)股份有限公司，江蘇 海安 226623)

輥壓機(jī)在水泥工業(yè)應(yīng)用以來(lái)，增產(chǎn)降耗效果十分明顯。其主要依靠?jī)蓚€(gè)水平安裝的同步相向旋轉(zhuǎn)的擠壓輥進(jìn)行高壓料層粉碎。為使軸系能穩(wěn)定地連續(xù)運(yùn)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道重要工序，開(kāi)始輥壓機(jī)試制時(shí)，沒(méi)深孔加工機(jī)床，依靠外協(xié)，其加工周期長(zhǎng)，質(zhì)量難控制，且需往返運(yùn)輸費(fèi)用。隨著輥壓機(jī)生產(chǎn)批量增加，為減少生產(chǎn)周期，公司決定上馬深孔加工機(jī)床，由于深孔加工機(jī)床的特殊性，其價(jià)格比較昂貴。對(duì)于非專業(yè)化深孔加工的廠家，成本過(guò)高。用普通車(chē)床改裝為深孔加工機(jī)床，其具有成本低、制造周期短以及一機(jī)多用等優(yōu)點(diǎn)。

1 C61100車(chē)床改裝為深孔加工機(jī)床的設(shè)計(jì)

1.1 輥壓機(jī)主軸深孔加工要求

現(xiàn)以PFG15100型輥壓機(jī)主軸為例，零件如圖1所示：材料為42CrMoA，重量14 160 kg，軸徑最大φ1 000 mm，軸孔φ220 mm深2 150 mm，而其他大規(guī)格的輥壓機(jī)主軸尺寸更大，重量更重。因此，孔加工選用工件固定、刀桿刀具旋轉(zhuǎn)加工方式。車(chē)床改裝為深孔加工機(jī)床方案為：前半部分為用舊車(chē)床改裝深孔鉆鏜床機(jī)身，后半部分為裝夾工件的工作臺(tái)及裝卡找正工具。

1.2 改裝車(chē)床的選擇

1.2.1 車(chē)床型號(hào)的選擇

車(chē)床型號(hào)主要取決于深孔鉆削的功率，加工大、中直徑的深孔宜采用錯(cuò)齒內(nèi)排屑深孔鉆，計(jì)算錯(cuò)齒內(nèi)排屑深孔鉆的機(jī)床功率P的公式為[1]:

(1)

式中：vc為切削速度，m/min；fn為進(jìn)給量，mm/r；Dc為鉆頭直徑，mm；η為機(jī)床效率，可取0.75～0.85；kc為比切削力，N/mm2；ap為切深，mm；對(duì)于實(shí)心鉆，ap=Dc/2，mm；對(duì)于擴(kuò)孔鉆ap=(d2-d1)/2，mm。

比切削力可按各種材料的kc0.4計(jì)算:

(2)

式中：kc0.4為fn=0.4 mm/r時(shí)的比切削力，N/mm2；φ為偏角，(°)；γ為實(shí)際前角，(°)； 考慮到刀具鈍化,計(jì)算功率還應(yīng)增加10%～30%。

硬質(zhì)合金多刃排屑深孔鉆的切削用量：加工材料42CrMoA，硬度175～275HB，進(jìn)給量0.1～0.3 mm/r，切削速度45～90 m/min，將參數(shù)代入公式計(jì)算， C61100車(chē)床主電動(dòng)機(jī)30 kW可滿足孔φ220 mm采用一次φ150 mm實(shí)心鉆孔和粗、精二次擴(kuò)孔鉆加工功率需求。

C61100機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速范圍3.15～315 r/min，滿足多種切削速度選擇。

1.2.2 床身長(zhǎng)度的確定

床身長(zhǎng)度取決于鉆孔的最大深度，由下式計(jì)算[2]：

L床身長(zhǎng)度=2×l鉆孔深度+(400～500)

(3)

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

1.3 C61100車(chē)床結(jié)構(gòu)改裝

對(duì)C61100車(chē)床的改裝主要包括機(jī)床本體改裝、工作臺(tái)及裝卡找正工具和油路改裝等。

1.3.1 機(jī)床本體改裝

機(jī)床本體改裝包括床身加長(zhǎng)、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置、刀桿支架、授油器等增添。

(1)機(jī)身加長(zhǎng)

對(duì)接床身的設(shè)計(jì)計(jì)算主要考慮在整機(jī)吊裝時(shí)求出聯(lián)接螺栓的受力大小，確保安全，滿足強(qiáng)度要求；聯(lián)接后滿足剛度要求及精度要求[3]。根據(jù)最大鉆孔深度取5 000 mm，而現(xiàn)有舊C61100車(chē)床床身長(zhǎng)5 700 mm，需要對(duì)現(xiàn)有車(chē)床床身加長(zhǎng)5 000 mm，加長(zhǎng)床身導(dǎo)軌截面形狀、尺寸、跨距及床身高與舊C61100車(chē)床相同，新床身對(duì)接端設(shè)有連接螺栓安裝孔洞，床身底部設(shè)有地腳螺栓安裝孔，床身用HT250鑄造而成。經(jīng)時(shí)效處理的床身先進(jìn)行導(dǎo)軌面和對(duì)接端面加工，同時(shí)對(duì)舊車(chē)床床身尾部端面銑削加工，新舊床身對(duì)接，水平和垂直用鍵銷(xiāo)定位，螺栓連接緊固，對(duì)接后的新舊床身在導(dǎo)軌磨床上進(jìn)行導(dǎo)軌整體磨削至標(biāo)準(zhǔn)要求。磨削的床身在吊裝運(yùn)輸過(guò)程會(huì)影響導(dǎo)軌精度，因此，最終安裝時(shí)必須重新調(diào)整床身導(dǎo)軌水平和直線度等。

(2)進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

深孔加工進(jìn)給機(jī)構(gòu)必須穩(wěn)定可靠，不能有爬行現(xiàn)象，機(jī)床的進(jìn)給量是無(wú)級(jí)調(diào)速，以適宜多種材料的深孔加工，一般進(jìn)給量在0.05～0.35 mm/r范圍內(nèi)，最好使用帶有過(guò)載保護(hù)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。

C61100車(chē)床改深孔加工機(jī)床，原床頭箱拆卸改裝在新制的軸向移動(dòng)拖板上，拖板由進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)在床身導(dǎo)軌上移動(dòng)，機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)中，最大切削負(fù)載不得超過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。折算到電動(dòng)機(jī)軸的最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩Ti為[4]：

Ti=[(FmaxPh)/(2πη)+T1+T2]i

(4)

式中：Fmax為絲杠上的最大軸向載荷，等于最大軸向進(jìn)給力加導(dǎo)軌摩擦力，N；Ph為絲杠導(dǎo)程，m；η為絲杠的機(jī)械效率；T1為絲杠螺母預(yù)加載荷引起的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，可查樣本手冊(cè)，N·m；T2為絲杠軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩，可查樣本手冊(cè)，N·m；i為傳動(dòng)比。

根據(jù)深孔切削負(fù)載及進(jìn)給量數(shù)值進(jìn)行設(shè)計(jì)，按有關(guān)產(chǎn)品樣本選用絲杠、減速機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)等零部件, 機(jī)構(gòu)由K1000Ti-A系統(tǒng)控制，進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖2。新制的拖板置于床身導(dǎo)軌上，拖板上固定的床頭箱帶動(dòng)刀桿旋轉(zhuǎn)并向前進(jìn)給進(jìn)行，切削。刀具的進(jìn)給力F由伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)扭矩限制器、減速機(jī)、絲杠傳給了螺母。拖板與絲杠螺母座由鍵定位，螺釘緊固聯(lián)接。在伺服電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)間設(shè)有扭矩限制器，根據(jù)鉆頭直徑與進(jìn)給力關(guān)系，選用不同直徑規(guī)格鉆頭設(shè)置不同大小的額定進(jìn)給扭矩。其功用為：當(dāng)機(jī)床在加工過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)載，如工件中出現(xiàn)個(gè)別硬點(diǎn)或切屑堵塞致使排屑不暢等，導(dǎo)致刀具瞬時(shí)力矩加大，扭矩限制器會(huì)在驅(qū)動(dòng)扭矩超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)進(jìn)給，避免損壞刀桿刀具及各機(jī)械傳動(dòng)件，保護(hù)進(jìn)給傳動(dòng)精度不受影響，保護(hù)刀具以防過(guò)載損壞。

(3)刀桿支架

刀桿支架其作用主要是對(duì)刀桿中部進(jìn)行扶正和支撐，防止刀桿中部甩動(dòng)劇烈，提高深孔加工質(zhì)量。刀桿支架按最大規(guī)格的刀桿設(shè)計(jì)制作，中心高與移動(dòng)床頭箱相同，內(nèi)孔再組合較小規(guī)格的襯套組件，既滿足了各種規(guī)格刀桿的使用要求，減少了各種規(guī)格支架的數(shù)量和更換刀桿支架等時(shí)間，提高工作效率。

(4)授油器

授油器主要功能是將高壓切削液通過(guò)鉆頭與孔的間隙進(jìn)入鉆頭前端,靠切削液的壓力將切屑推入鉆頭中孔中經(jīng)刀桿排出,并對(duì)刀桿支承和導(dǎo)向。授油器在床身導(dǎo)軌尾部移動(dòng)并固定，鉆鏜孔前，旋轉(zhuǎn)手輪螺母使伸縮軸靠向工件表面，將前密封圈貼緊工件表面上，授油器的后端尼龍件及密封圈對(duì)刀桿起消振和密封作用；授油器的背面，有一個(gè)從冷卻泵來(lái)的輸油管，油管接頭與伸縮軸聯(lián)接，冷卻液通過(guò)授油器送入工件切削區(qū)。授油器結(jié)構(gòu)如圖3。

1.3.2 工作臺(tái)及裝卡找正工具

工作臺(tái)是直接固定在地面的，沒(méi)有旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、升降等附加功能，因此工作臺(tái)只需在高度和面積上符合工件加工工藝要求即可，工作臺(tái)用HT200鑄造，其下部設(shè)有地腳螺栓孔，上部臺(tái)面加工T形槽。

優(yōu)化設(shè)計(jì)V形塊、定位塊等裝卡找正工具，安裝在工作臺(tái)上，對(duì)應(yīng)工件配套使用，可實(shí)現(xiàn)軸類、箱形等工件上同心或偏心深孔加工。

1.3.3 油路改裝

深孔加工油路系統(tǒng)主要由油箱、排屑箱、油泵、電動(dòng)機(jī)和液壓元件等組成，結(jié)構(gòu)如圖4。

油箱高度受車(chē)床中心高的限制，排屑箱置于油箱上，油箱的箱體設(shè)有隔板，保證污物能夠沉淀，此外還應(yīng)有濾油裝置，濾油裝置主要由所要求的過(guò)濾精度確定，過(guò)濾精度取決于工件材料、切屑形態(tài)及工件表面粗糙度等因素。一般過(guò)濾精度取所要求的表面粗糙度值的10倍，即50 μm的過(guò)濾精度可滿足表面粗糙度Ra=5 μm的要求。箱體設(shè)有二層隔板，切削液采用5級(jí)過(guò)濾裝置，切削液入油箱先用φ4 mm密集孔進(jìn)行粗過(guò)濾，然后通過(guò)油箱中的回油孔80目銅網(wǎng)過(guò)濾進(jìn)入油箱，在油箱中分別用100目和120目銅網(wǎng)進(jìn)行三四級(jí)過(guò)濾，最后在油箱油泵進(jìn)油管上裝磁性過(guò)濾器進(jìn)行第五級(jí)過(guò)濾，過(guò)濾系統(tǒng)的過(guò)濾精度可達(dá)5～10 μm以上，從而保證了深孔加工的表面粗糙度要求。

油箱應(yīng)有足夠的容積，保證切削液能正常冷卻以及污物的沉淀和分離，通常切削液在油箱中每小時(shí)循環(huán)次數(shù)不能超過(guò)6次，油箱的容積至少應(yīng)相當(dāng)于最大油泵流量的10倍[5]，根據(jù)工件加工的孔徑，選用3WP60三柱塞高壓往復(fù)泵，流量為130 L/min，油泵壓力<30 MPa，油箱容積設(shè)計(jì)不小于1 500 L。

2 結(jié)語(yǔ)

C61100車(chē)床改裝為深孔加工機(jī)床，經(jīng)床身加長(zhǎng)，車(chē)床床頭箱改裝固定在移動(dòng)拖板上，由新增的進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，裝有硬質(zhì)合金多刃排屑深孔鉆的刀桿與床頭箱主軸花盤(pán)連接，刀桿經(jīng)刀桿支架和床身尾部授油器導(dǎo)向套的支承和導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)刀桿的軸向移動(dòng)；改進(jìn)的油路高壓切削液經(jīng)授油器進(jìn)入鉆頭前端，靠切削液的壓力將切屑推入鉆頭經(jīng)刀桿孔中排出，切屑送入排屑箱，切削液入油箱過(guò)濾；設(shè)計(jì)的工作臺(tái)及裝卡找正工具能實(shí)現(xiàn)多種工件裝夾找正，改裝的深孔加工機(jī)床如圖5。改裝的深孔加工機(jī)床經(jīng)試切和生產(chǎn)加工，其機(jī)床性能和孔加工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和圖樣要求；機(jī)床投產(chǎn)加工，解決了深孔加工難題，提升了企業(yè)機(jī)加工能力，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

[1]張福，劉敏. 錯(cuò)齒內(nèi)排屑深孔鉆削技術(shù)探討 [J].機(jī)床與液壓，2012(4)41-43.

[2]趙洪兵,朱林.車(chē)床改裝為深孔加工機(jī)床的設(shè)計(jì)方法[J].新技術(shù)新工藝，2001(7)：26-27.

[3]郭章信，劉和平，鄭海燕.CW61100B/8米臥式車(chē)床對(duì)接床身聯(lián)接設(shè)計(jì)計(jì)算[J].世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2010(3)：92-93.

[4]展海瑜.數(shù)控深孔鉆鏜床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2012(2)：102-103.

[5]趙洪兵,朱林.車(chē)床改裝深孔機(jī)床后油路系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，1997(3)：39-41.