| 摘要:介绍了一种用于加工曲轴润滑油孔及连接法兰孔的专用钻床，该专机具有主轴调速范围大、行程长等特点。 |
1 引言
曲轴是柴油机中造价相对较高的重要零部件之一，其使用寿命决定着柴油机整机的寿命。 曲轴各轴颈是在很高的比压下作旋转运动，故使轴颈和轴承受到强烈摩擦，为保证曲轴轴承工作可靠，曲轴上必须开设可靠的润滑油道，将润滑油送到轴承摩擦表面上去。 此油道属细长孔，且与轴线成一定的角度。 在曲轴加工中，有钻斜直油孔、铰斜直油孔、钻铰法兰连接孔等工步。 为了提高生产效率，设计了一台专用钻床，该钻床具有主轴调速范围大、行程长、加工精度高等特点，能够在一个工序下完成以上几种工步。 2 专用钻床的结构工作原理
2.1 专机总体结构工作原理
本机床总体结构类似于摇臂钻床，结构工作原理如图1，其床身为车床床身，立柱随大拖板沿着床身滑动，故可归属于一台三坐标滑座式摇臂钻床，可实现钻、铰、攻丝切削功能。 其工作原理为主轴箱随进给拖板实现钻削进给运动(Z向)，工位的调整是通过大拖板横向运动(X向)、摇臂上下运动(Y向)、摇臂的转动(XOZ面)来实现的。 | 1.电磁离合器 2.齿轮箱 3.X方向驱动电机 4.冷却泵 5.钻铰法兰孔工作台 6.钻铰油孔工作台
7.脚手架 8.冷却水箱 9.床身 10.X向驱动齿轮 11.大拖板 12.底柱 13.微调齿轮 14.立柱
15.连接手动进给驱动齿轮组件法兰面 16. 弹性柱销联轴器 17.齿条 18.进给丝杠 19.切削电机
20.切换手柄 21.电气控制箱 22.Y向驱动电机减速器 23.主轴变速箱 24.锁紧丝杠 25.传动齿轮
26.Z向进给电机减速器 27.调整块 28.调整螺钉 29.切削电机
图1 曲轴润滑油孔专用钻床结构原理图 |
钻削运动由切削电机29，通过弹性柱销联轴器16与主轴变速箱23(三档变速)相联，可实现主轴切削运动的三档无级变速。手动切削进给运动采用齿轮齿条机构实现，机动切削进给运动由进给电机减速器26通过传动齿轮25带动梯形进给丝杠18来实现，丝杆螺母设计成开口螺母，并通过手柄20实现手动和机动的切换。摇臂上下运动由电机减速器22通过电磁离合器1与手柄轴相联，并经锥齿轮换向带动梯形丝杠转动，实现摇臂的上下移动。大拖板横向机动(X向)是由X向驱动电机3，通过齿轮传动、蜗杆传动、齿轮齿条传动来实现的，蜗杆轴上装有带简易牙嵌离合器的手柄，可实现手动微调运动。底柱上开有环形T型槽，并用螺钉联接于大拖板上，立柱与底柱通过T型螺栓联接，在需摇臂转动时，松开T型螺栓，搬动摇臂实现XOZ方向的转动，立柱下法兰面外缘装有齿圈，通过齿轮13实现微调，加工时需拧紧T型螺栓。 在进给拖板与摇臂的导轨设计中，下轨采用燕尾形滑动导轨，上轨采用滚动导轨，并通过调整块27上的螺钉调整导轨间隙。摇臂的上下移动通过导向键导向，工作时通过带左右螺旋的锁紧丝杠24实现锁紧。在钻铰曲轴法兰孔时利用数显进行定位，立柱一侧开设磁栅槽，磁头安装在摇臂相应位置，实现Y方向的数显，X向磁栅装在床身上，磁头安装在大拖板上，实现X方向数显。 2.2 主轴变速箱结构工作原理
为了增加专机的加工能力，要求主轴调速范围达10～800r/min，在专机设计中采用机械变速(三档)和电气变频来实现无级变速。 主轴变速箱的传动结构原理如图2所示。
1.拨叉齿轮 2.换档手轮 3.定位销 4.复位弹簧 5.套筒齿条1 6.平键
7.拨叉1 8.拨叉齿轮轴 9.套筒齿条2 10.光轴2 11.拨叉2 12.光轴1
图2 主轴变速箱结构原理图 |
动力由轴Ⅰ输入，由轴Ⅵ输出，通过主轴上的三联齿轮实现三档变速，变速操纵机构采用齿轮齿条机构。图示传动路线为中速档，无变频时传动比i总=6.31，在保证功率不失真前提下变频器可进行5倍变频，则总传动比最大可达31.55，中速档主轴无级变速范围为n主轴=31.69-158.4r/min。当轴Ⅰ上三联齿轮中的齿轮40×2拨至与轴Ⅵ上的齿轮50×2啮合时，轴Ⅵ上的齿轮40×3与轴Ⅴ上的齿轮20×3退出啮合(因两拨叉作反向互动)，可实现高速档传动，无变频时传动比i总=1.25，加上5倍变频总传动比最大可达6.25，高速档主轴无级变速范围为n主轴=160-800r/min。当轴Ⅰ上三联齿轮中的齿轮29×2拨至与轴Ⅱ上的齿轮61×2啮合时，轴Ⅵ上的齿轮40×3与轴Ⅴ上的齿轮20×3仍处于啮合(因轴Ⅴ上的齿轮20×3设计成宽齿轮)，可实现低速档传动，无变频时传动比i总=20，加上5倍变频总传动比最大可达100，低速档主轴无级变速范围为n主轴=10-50r/min。 2.3 专机主要技术参数
切削电机:Y112M-6-B6：X向驱动电机:Y90L-4-B5：Y向驱动电机减速器:RW42-18.8-Y90S-4-B5：Z向进给电机减速器:TF47-64.12-Y0.75-4-B6：X方向行程:4500mm：进给速度2249mm/min：Y方向行程:850mm：进给速度350mm/min：Z方向行程:800mm：进给速度45～120mm/min：立柱旋转角度:360°：加工孔径范围:Ø7～40mm：主轴转速范围:10～800r/min：主轴锥孔:莫氏4#。 3 设计及使用中注意事项
- 摇臂的上轨设计成滚动导轨，而滚动导轨的比压大，故摇臂在选材和工艺处理时建议采用HT350，表面淬火硬度达HBS250～270。进给拖板上用于调整间隙的调整螺钉在选型时，为避免意外人为的松动，应采用内六角螺钉。
专机几何精度检验项目表(mm)| 项目 | 精度 |
|---|
| 床身导轨在垂直平面内的直线度 | 0.05 |
| 床身导轨在水平面内的平行度 | 0.04 |
| 主轴锥孔径向跳动 | 0.015 |
| 主轴轴线窜动 | 0.012 |
| 立柱对床身平面的垂直度 | 0.05 |
| 摇臂水平导轨对床身平面的平行度 | 0.05 |
| 摇臂竖立导轨平面对立柱轴线的平行度 | 0.05 |
| 立柱在0°位置时，摇臂竖立导轨平面对床身导轨平面的垂直度 | 0.015 |
| 主轴中心线对摇臂竖立导轨平面的平行度 | 0.025 |
| 主轴中心线对立柱的垂直度 | 0.05 |
- 立柱的刚性直接影响整个机床的刚性，应设计成具有足够刚度，以保证切削质量。
- 摇臂与立柱的导向键间形成滑动副，位置应设计在垂直于摇臂导轨面的平面上，为了补偿磨损形成的间隙，摇臂应在相应位置设计安装一用青铜制成的镶条调整块。
- 加工过程中因切削抗力产生较大的翻转力矩，易抬起整个大拖板以上部件，因此加工时，需通过压块机构锁紧大拖板，保证大拖板和床身导轨的接触。
- 两工作台在安装调试时，需保证水平度、床身的平行度、相互之间的垂直度。 加工时曲轴装卡需采用专用的夹具，夹具和工作台之间采用T型螺栓联接。
- 床身和工作台调试采用专用的机床调整块，床身在调试时要保证床身轴线(导轨)的水平度。
- 专机在设计制造中应达到的形位精度如右表。
4 结论
本文介绍的用于加工曲轴润滑油孔及连接法兰孔的专用钻床，具有构思新颖、原理正确、使用方便、加工效率高、精度易于保证等特点。 利用该专机加工曲轴，大大缩短了加工时间和制造成本。 该专机亦可应用于其它大型结构件深孔的加工， 具有较大的实用和推广应用价值。
