深孔组合钻床的工艺稳定性改造

摘 要：原深孔组合钻床的加工精度和刚性不能满足生产要求，故障率高，工序尺寸经常超差，达不到精度要求。在分析了加工误差产生的原因后，对设备进行了改造，增强了传动效率，提高了主轴部分的刚性，整体的工艺稳定性能得到提升。

关键词：组合钻床；带传动；主轴；切屑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.007

0 前言

某公司在生产中主要加工箱体零件，作为某工序的一部分，需要使用一台非标准的组合钻床加工箱体零件上的5个孔。该箱体零件单面多孔[1]，材料为HT250， 5个孔位于箱体的同一侧面，其尺寸和分布位置如图 （a）所示。图1中K1、K2、……K5分别为5个孔的中心位置，孔径为Φ5±0.31mm，每孔深度50mm，每小时加工50件。主要技术指标是精度应达到IT8-IT9，表面粗糙度为Ra3.2-1.6。

在使用原深孔组合钻床[2]加工时发现，机床[3]自身的性能不稳定，无法正常生产。

1 原组合钻床需要改进的地方

经过现场测绘，对原组合钻床工艺稳定性差的原因进行了分析，有以下几个方面：

（1）带传动方式带来的问题。在原带传动方案中，使用多楔带，通过带传动方式，采用了一台电机的主动带轮来带动5个从动带轮，打滑严重， 5个主轴的动力不足。

（2）主轴的径向跳动问题。经过现场测绘发现，主轴径向跳动过大、其原因应为原组合钻床[4]的精度不够和设备老化等原因造成。

（3）电机功率和转速不足的问题。原来的传动方案中，传动条件差，传动效率低，功率损耗严重，因而部分钻轴的功率不足。此外，由于要求加工的孔径较小，适当提高钻轴的转速是非常有必要的。

2 工艺稳定性改造措施

（1）主要传动方式的改造。原传动方式中，一台电机通过带传动方式带动5个钻轴的转动，包角太小，而且采用多楔带，打滑严重，功率损耗大。改造方案中，采用了由3台电机，通过带传动方式带动5个钻轴转动的传动方式。即由两台电机各带动两个钻轴、另一台电机带动一个钻轴的传动方式，如图1所示。在改造方案中，电机Z1、Z3分别带动钻轴K1、K2和K4、K5；电机Z2带动钻轴K3。虽然带传动的包角仍然达不到120°的要求，但是，通过齿形同步带传动，尽量进行功率损失的弥补，可以提高传动效率，满足需求。

（2）电机的选择。在改造方案中，采用了三台三相异步变频调速电机来驱动钻轴转动。选择电机时，既考虑到原机床的电机参数及尺寸，又考虑到结构上的合理安排。其中，两台功率要求较高的，考虑到原电机为型号为Y132M1，新方案中采用QABP132S2A；另一臺电机的功率要求相对低，采用QABP100L2A。电机的位置安排如图1所示，Z1、Z2、Z3分别为三台电机的带轮轴心。为了提高转速，采用大带轮主动，小带轮从动的方式，大带轮直径Φ132mm，小带轮直径Φ75 mm，传动比约1比2，加快了钻床主轴的旋转。

（3）钻床主轴结构的改造。在原来的传动方案中，组合钻床主轴采用两处支撑。由于本身的精度不够和设备老化等原因，使得主轴的径向跳动过大，精度较低。在改造方案中，在对原有设备未作大改变的前提之下，增加了一处支撑，如图2所示。在图2中，轴承11、轴承套15、端盖17及支撑板16等零件为后来所加。为满足钻头的长度要求，重新选择了主轴深孔钻钻头。改造后的三支撑主轴，精度得到大大的提升。

在结构改造后，仍然采用深孔钻系统。在改造方案中，将原冷却液的储液箱也进行了改造，将储液箱的底部加焊底板，将箱底的平面改造成四周向箱底排污阀门倾斜15°的斜面，以便于沉淀物由排污阀门排出。

（4）进给部分的改造。改造方案中，将组合钻床的主运动、进给运动和控制装置组成一体，湿式切削。组合钻床动力头的进给传动方式，采用滚珠丝杠副来组成机械滑台，驱动动力源为伺服电机，以伺服控制系统来控制伺服电机，带动丝杠转动，丝杠带动动力头进给移动。改造后的组合钻床，进给速度稳定，有利于提高切削刀具的寿命， 钻通孔不前冲， 钻头不易崩刃，寻找故障容易，调整维修方便。

为了使各个部分的结构、尺寸有效统一，在改造中注意改造中，每一个被更换的零件，在型号尺寸上与原有零件尽可能保持一致。在材料准备、机械改装、布线、PLC编程、调试、验收等重要环节切实保障质量。对数控系统也做了进一步的分析改造，实现功能完备。

3 改造效果与结论

设备重新改造后，精度指标能够达到IT8-IT9，表面粗糙度达到了1.6，满足了客户的要求。在改造过程中，既充分地利用原有设备，又合理地采用改造方案。在该组合钻床改造后的1年多时间里，运行正常，未出现问题，产品质量稳定，加工效率达到了每小时55件。实践证明，设备运行可靠，成本低，效率高，工作效率高， 该改造方案可在同类机床的设备改造中推广使用。

参考文献：

[1]唐来明，林松，魏吴成.N485齿轮室单面多孔钻床设计[J].现代机械，2009（02）：14-16.

[2]孟俊焕，冯瑞宁，王会.多孔单工位组合钻床主轴箱传动系统设计[J].机械制造与自动化，2005（03）：15-19.

作者简介：宋亚林（1964-），男，湖北黄冈人，副教授，研究方向：机械设计与制造。endprint