时间：2022-09-23 02:09:03
摘要：某车桥部件厂主要产品是轮毂和制动鼓，产品特点是孔加工多，专用组合机应用很广。但所用组合机都年限较长、机床老化报废相对严重，并且加工对象单一、占用厂房空间大，对新产品的投产造成影响。现对EQU265五工位回转立式组合机进行改造设计，使其能同时满足两种产品31J-03015、31F58-03015螺栓孔及螺纹底孔的加工，改造包括主轴箱的设计，传动链的分析，夹具的设计，刀具功率的计算以及钻模板的设计。
关键词：EQU265组合机改造
1 组合机床的总体改造设计
本工序为第4序，第3序为卧式数控车加工A、B两轴承孔。
本工序组合机加工31J-03015轮胎螺栓孔8-φ200+0.025 及螺纹底孔6-φ6.7，加工31F58-03015轮胎螺栓孔10-φ220+0.025 及螺纹底孔6-φ6.7。
2 组合机改造方案的确定
2.1 改造前组合机存在的问题
2.1.1 基准不重和
第三序在数控卧车上加工A、B轴承孔, EQU265组合机排在第四序。B基准孔为设计基准。本工序中采用A轴承孔为定位基准孔，存在工序基准与设计基准不重和问题。
2.1.2 回转工作台的局限性
①工作台回转精度不高，维修花费较高。
②由于要保证能满足加工两种产品，如果还是采用回转工作台，则会出现因为工位多，每次更换产品时需要拆卸五套心轴、等高块、钻模套、刀具及调整延伸轴，加上夹具找正精度，占用辅助时间较长，影响了现场生产。
③回转工作台结构紧凑,富裕空间小，造成零件上料和下料都不方便。
2.2组合机改造方案的粗步确定
2.2.1 定位基准与设计基准重合
改变原组合机定位基准与设计基准不重合这一问题。从钻模板上伸出心轴，与零件的设计基准B轴承孔配合。
2.2.2 工作台固定,单工位
夹具固定在工作台上，钻模板在零件放入夹具后，在油缸的推动下与夹具定位。
2.2.3 零件在夹具上是浮动的
钻模板与夹具定位的同时，钻模板与零件定位，零件在夹具上是浮动的。待零件定位后，夹具再压夹紧零件。
2.3 刀具的初步选择
2.3.1 加工螺栓孔刀具的选择
根据零件工序图，可知螺栓孔加工尺寸为φ200+0.025、φ220+0.025，表面粗糙度达到3.2，组合机为单工位，采用复合钻铰刀。
2.3.2 加工螺纹底孔刀具选择
根据零件工序图，可知螺纹底孔加工尺寸为φ6.7，粗糙度为12.5，故可以选用麻花钻。
2.4 加工示意图
2.4.1 刀具转速初步选择:
对于加工轮胎螺栓孔，工艺上要求Ф22及Ф20达到H7级精度。选用钻铰复合刀加工。故转速不能过高，参考《组合机设计》转速初定位N=250r/min，对于M8螺纹底孔Ф6.7，要基本与钻铰复合刀进给量相同。
2.4.2 切削参数的选择
由于机床改造后为单工位，复合刀和φ6.7麻花钻的每分钟进给量应该一样。
加工φ22及φ20的复合刀的钻头:进给量
f=0.30～0.45mm/r
复合刀每分钟进给量:
Vf=0.03*60=18mm/min
加工φ6.7的麻花钻，初选转速420r/min，
f=18/420=0.17mm/r
满足φ6.7麻花钻进给量范围:0.2～0.35mm/r
3 组合机床动力箱的设计
3.1 动力箱和电机的选择
为降低成本，选用设备库房库存的电机，型号为 Y160M-6B5 970r/min；动力箱选用ITD63-Ⅰ，减速比 2:1；故动力箱输出转速N=475r/m。
3.2 电机功率的审核
加工10-Ф20钻铰复合刀需要功率
根据公式:M=10*D1.9 *f0.8*HB0.6
P=(M*4)/(9740*π*D)
经核算，电机功率满足加工需要。
4 组合机床多轴箱的设计
4.1 主轴箱结构的选择
4.1.1 主轴结构形式的选择
由于加工的螺栓孔相对轴承孔右位置度要求，而且孔较大。决定采用推力球轴承承受轴向力，向心球轴承承受向心力。因为钻削轴向力为单向的，将推力球轴承安装在主轴前端。
4.1.2 主轴直径和齿轮模数的初步选定
选用主轴直径为Ф50及Ф38(见加工示意图)
齿轮模数选用2.5、3、4
4.2 传动系统的设计和计算
上图中A、B代表两条传动链。
对传动链A分析计算得：
11轴转速：475*0.527=250r/min，即为加工螺栓孔主轴转速。
对传动链B分析计算得：
38轴转速：475*1.115=433r/min，即为加工螺纹底孔主轴转速。
该传动方案结构紧凑、占用空间尺寸小、齿轮尺寸较小，并且相邻齿轮传动比i
坐标原点选择多轴箱的定位销，这样多轴箱的上箱体、中间箱体、下箱体的合箱的坐标一致，对主轴的安装误差影响最小。
5 组合机主轴强度计算
5.1 主轴强度审校
4轴和26轴即是工作轴，又是传动轴，其将动力3.721kw和3.45kw分别传到两组多轴头。
故需对4、26轴进行强度审核。4和26轴主要参数为：轴径D=35mm，材料为45钢，淬火处理。轴内剪应力不得超过70(MN/m2)，传递功率取最大3.721KW，转速n=250r/min
根据公式T=9550*N/n=9550*3.41/250=130.260(N.M)
根据公式τmax=(T*R)/IP=15.48(MN/m2)
故主轴强度满足要求。
5.2 对4和26轴上平键强度审校
半圆键许用压应力σP为150MPa。
根据公式σP=[2T*103]/[k*L*D]=132MPa
故键可以满足使用要求。
6 成本分析
EQU265组合机改造是在原设备上重新设计主轴箱和夹具，液压和电器部分。刀具、量具及水箱同时设计，仅保留原有的机床床身。EQU265组合机改造除箱体、钻模板、夹具本体毛坯是在外订购外，其余零件机加工全在厂内，零件设计尽量采用通用件和标准件。材料、人工、加工成本费合计3万余元，同类型组合机市场价24万元，直接节约资金21余万。同时加工的效率至少提高了2倍，组合机的通用性大大提高，维护也非常方便，极大的减少了因更换产品而增加的辅助时间。
参考文献：
[1]从凤山，迟建山主编.《组合机床设计》.上海科学技术出版社.1994.10.
[2]戴雄.多轴钻床改造及经济性分析.金属加工2010.9.
[3]孟俊焕.基于特定零件的组合钻床改造设计.德州学院学报.2005.4.
作者简介：
赵习玮（1983-）男，湖北省十堰市，十堰职业技术学院机电工程系，助教，湖北工业大学在职研究生，研究方向：机械装备制造。