1、EQU265 组合钻床改造湖北工业大学 赵习玮 18071366855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，传动链的计算，夹具的设计，刀具功率的计算以及钻模板的设计。一、组合机床的总体改造设计1.1 组合机加工产品工序图:本工序为第 4 序，第 3 序为卧式数控车加工 A、B 两轴承孔。
2、本工序组合机加工 31J-03015 轮胎螺栓孔 8-20 0+0.025 及螺纹底孔 6-6.7，加工 31F58-03015 轮胎螺栓孔 10-22 0+0.025 及螺纹底孔 6-6.7。1. 2 组合机改造方案的确定1.2.1 改造前组合机存在的问题A.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。B.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
3、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 组合机改造方案的粗步确定A. 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。B. 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。C. 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。1.2.3 刀具的初步选择A. 加工螺栓孔刀具的选择根据零
4、件工序图，可知螺栓孔加工尺寸为 20 0+0.025、22 0+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。B. 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 6.7，粗糙度为 12.5，故可以选用麻花钻。1.2.4 加工示意图A 刀具转速初步选择:对于加工轮胎螺栓孔,工艺上要求 22及 20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 6.7，要基本与钻铰复合刀进给量相同。 B.切削参数的选择由于机床改造后为单工位，复合刀和 6.7 麻花钻的每分钟进给量应该一样。加工 22
5、及 20 的复合刀的钻头:进给量f=0.300.45mm/r复合刀每分钟进给量:Vf=0.03*60=18mm/min加工 6.7 的麻花钻 ,初选转速 420r/min, f=18/420=0.17mm/r满足 6.7 麻花钻进给量范围 :0.20.35mm/r 二、组合机床动力箱的设计1.1 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,初步选用 7.5KW,型号为 Y160M-6B5 970r/min动力箱选用 ITD63-，减速比 2:1故动力箱输出转速 N=475r/m2.2 电机功率的审核A 加工 10-20钻铰复合刀需要功率根据公式: M=10 * D1.9 * f0.8
6、 *HB0.6钻铰复合刀 D=20mm，选择进给量 f=0.3，轮毂材料 HB180-220，得出: M=43309(N.mm)根据公式：P=(M*4) / (9740* *D) P=0.2832（kw）加工 8 孔，需要P1=P*8=0.2832*8=2.266（kw）B 加工 10-22钻铰复合刀需要功率( 计算过程略)P2 =3.086（kw）C 加工 12-6.7麻花钻需要功率( 计算过程略)P3= 0.635（kw）在机床现场使用时,每次只加工一种产品,共计需要功率:加工 31J-03015 时:P=3.086+0.635=3.721kw 7.5KW加工 31F58-03015 时:
7、P=2.266+0.635=2.901kw 7.5KW故电机功率满足加工需要。三、组合机床多轴箱的设计3.1 工件与多轴箱相对尺寸3.2 主轴箱结构的选择A 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。B 主轴直径和齿轮模数的初步选定选用主轴直径为 50及 38(见加工示意图)齿轮模数选用 2.5、3 、43.3 传动系统的设计和计算上图中 A、B 代表两条传动链。A、B 传动链传动展开图如下 : (数字代表传动轴和主轴)对传动链 A 分析：1 轴 I 排齿轮(M=
8、4,Z=24) - 2 轴 I 排齿轮(M=4,Z=40) - 2 轴 III 排齿轮(M=4,Z=22) - 3 轴 III 排齿轮(M=4,Z=37) - 3 轴 IV 排齿轮(M=4,Z=42) - 4 轴 IV 排齿轮(M=4,Z=25) - 4 轴 II 排齿轮(M=4,Z=38) - 42 轴 II排齿轮(M=4,Z=33, =0.109) - 12 轴 II 排齿轮(M=4,Z=38) - 12 轴 V 排齿轮(M=3,Z=23) -17 轴 V 排齿轮(M=3,Z=23)- 11 轴 V 排齿轮(M=3,Z=23)。i1=24/40=0.6 i2=22/37=0.594i3=4
9、2/25=1.68 i4=38/33=1.15 i5=33/38=0.86 i6=23/23=1i7=23/23=1i 总 =0.6*0.594*1.68*1.15*0.86*1*1=0.52711 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：1 轴 I 排齿轮(M=4,Z=24) -2 轴 I 排齿轮(M=4,Z=40)- 2 轴 III 排齿轮 (M=4,Z=22)- 3 轴 III 排齿轮(M=4,Z=37)- 3 轴 IV 排齿轮(M=4,Z=42)- 4 轴 IV 排齿轮(M=4,Z=25)- 4 轴 II 排齿轮(M=4,Z=38)-
10、42 轴 II 排齿(M=4,Z=33,=0.109)- 42 轴 V 排齿轮(M=2,Z=36)- 38 轴 V 排齿轮(M=2,Z=25)。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 i2，传动平稳。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。四、组合机主轴强度计算4.1 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
11、 和 26 轴是通用件，其主要参数为：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 max=(T*R)/IP=15.48 (MN/m2)70(MN/m 2)从上式可以看到，主轴强度满足要求。4.2 对 4 和 26 轴上平键强度审校半圆键的参数为键宽 b=8mm，键高 h=10mm，键与键槽接触高度 k=4mm，键长 L=22mm，工作轴径D=35mm，许用压应力 P 为 150MPa。P=2T*103/ k*L*D =132MPa 150MPa故键可以满足使用要求。五、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。
