龙门加工中心的成功改造

图 3 过渡套 12 的结构
冷却系统的高压冷却液经过旋转接头 14 进入到 松刀接杆 5A 的内腔和松刀拉杆 11A 的 8mm 的内 孔，从而进入深孔钻刀具。这里松刀接杆 5A 和松刀 拉杆 11A 通过螺纹联接并用紧钉螺钉 20 防松， 螺纹 联接是有间隙的， 而切削液的压力很高， 它必然会 通过间隙进入图 2 所示的区域 A。为了防止切削液进 一步 通 过 松 刀 接 杆 5A 和 主 轴 9 的 之 间 的 间 隙 （ 46H7 / h6 处） 以及松刀拉杆 11A 和主轴 9 的之间 的间隙 （ 40H9 / d9 处 ） 进入主轴轴承和主轴锥孔， 一旦进到主轴轴承和主轴锥孔， 对其的破坏将是不 可逆转的。因此加装了两只 O 形密封圈 19 和两只 O
形密封圈 21 ，这 4 只 O 形密封圈构成了图 2 所示的 封闭区域 A， 这里之所以密封圈 19 、21 都用 2 只， 是为了提高密封的安全系数。 至此机床已经具备了安全、 可靠的主轴中心出 水功能，机床的深孔钻功能已经完全符合要求。 为了使机床的现有主轴转速 2 000r / min 提高到 4 000r / min，我们先来分析一下原机床的主传动和主 轴结构。如图 1 所示，机床的主传动是主电动机 1 经 过变速箱 2 将转矩传递到花键轴 4 上，花键轴 4 和花 键轴 7 通过花键套 6 联接，花键轴 7 和主轴 9 通过花 键套 8 联接， 通过这些花键轴和花键套把转矩传递 到主轴上； 主轴的松刀由松刀液压缸 3 、松刀接杆 5 、 松刀拉杆 11 来实现， 松刀时松刀液压缸 3 的活塞向 右进给压紧松刀接杆 5 和与之相联的松刀拉杆 11 ， 从而顶开松刀拉杆 11 右端的弹簧卡爪， 松刀成功， 刀具的拉紧是靠碟形弹簧实现的。 该机床主轴开高 速的瓶颈是在于松刀接杆 5 ，松刀接杆 5 是个典型的 超细长轴 （ 长径比 L / D = 2 186 /40 = 55 ） ， 该轴为两 点支撑，中间 2 078mm 范围内并无支撑， 主轴旋转 时，由于两端配合处的摩擦力带动松刀接杆 5 旋转， 但由于轴太长、 太细， 中间又无支撑， 旋转时产生 剧烈抖 动， 并 产 生 振 动 噪 声， 甚 至 引 起 主 轴 共 振， 影响机床加工精度。 在客户现场将松刀接杆 5 抽出后再开高速， 主 轴转速 5 000r / min，机床各项指标均正常，证明问题 是出在松刀接杆 5 上。 解决这一问题比较可靠的方 法是将改松刀液压缸结构后下移至主轴 9 的正上方， 取消松刀接杆 5 ，这种方案是可靠的。 但是改动比较 大，松刀液压缸需重新设计生产， 机床主轴需从机 床上拆下补充加工， 以便安装松刀液压缸， 改动周 期长、改动成本高， 这对于已在客户处投入使用的 机床来说是不可行的， 客户难以接受。 此方法对新 设计的机床来说是最佳方案， 但用在机床改造上并 不可取。 为此我们选择了更快捷、 更简单实用、 改动的 零件较少的下述方案来解决这一难题。 如图 2 所示 在松刀接杆 5A 的中间的 C 处和 D 处再加两档支撑 点，使其变 成 4 点 支 撑， 支 撑 跨 距 分 别 为 505mm、 678mm 和 780mm，这样它的支撑刚性得到成倍提升， 这里之所以把 D 处支撑放在图 2 所示的位置， 是因 为滑枕此处正好有一个 124mm × 80mm 的工艺方孔，
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此孔可以作为 8 只紧钉螺钉 18 的安装调节孔， 滑枕 不必再拆下补充加工，可以节约改造时间和费用。 具体的改进如下： 松刀接杆 5A 在 C 处加工出
0 36h8 长 51mm 的 圆 柱 面， 在 D 处 加 工 出 33 － 0. 2 、
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至此主轴升速改造完成。
长 90mm 的 圆 柱 面， 花 键 轴 7A 的 左 端 面 加 工 出 52H8 、长 51mm 的内孔，在 D 处圆周上均布加工出
0. 2 M8 的螺纹孔，花键轴 4A 的内孔要加工至 53 + 0 mm
图 5 半环 17 的结构
以便半环 15 顺利通过。 在 C 处增补两个半环 15 ， 结构如图 4 所示。 半 环的内孔 36H8 与松刀接杆 5A 的 36h8 的圆柱面 配合，半环的 52h8 的圆柱面与传动轴 7A 的 52H8 的内孔配合， 在半环的圆柱面上的两道凹槽处分别 用两根细钢丝 16 把两个半环 15 固定到松刀接杆 5A 上，安装时两者一体装入花键轴 4A 和 7A 中。 这里 之所以把松刀接杆 5A 的 36h8 圆柱面的长度定为 51mm （ 比半环长 51mm － 38mm = 13mm ） 是为了给 松刀接杆 5A 预留松刀空间， 以保证松刀接杆 5A 可 以在松刀行程 7mm 范围内在半环内上下运动自如。
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2. 改进的具体措施 松刀接杆 5 需经补充加工 （ 包括焊接） 变成图 2 所示的松刀接杆 5A， 上端面中心加工 M16 × 1. 5mm （ 左旋） 螺纹以便安装旋转接头 14 ， 松刀接杆 5A 的 下端导向部分 46h6 处要加工两道密封圈槽， 以便 安装两只 O 形密封圈 19 。此处之所以选用左旋螺纹， 是因为机床主轴以顺时针旋转为主， 主轴旋转时由 于摩擦力作用松刀接杆 5A 也一起顺时针旋转，选用 左旋螺纹旋转接头有使螺纹拧紧趋势， 不会导致旋 转接头松脱。 为了让开旋转接头空间位置， 增补了 过渡套 13 和过渡套 12 ， 过渡套 12 的侧面开槽以便 在旋转接头上端安装直角接头， 过渡套 12 具体结构 如图 3 所示。 松刀拉杆 11 需经补充加工变成图 2 所 示的松刀拉杆 11A，松刀拉杆 11A 中心加工有 8mm 的通孔以便切削液通过，在松刀拉杆 11A40d9 导向 部分加工两道密封圈槽以便安装两只 O 形密封圈 21 。 要注意图 2 所示此处密封圈槽的定位尺寸 9mm 必须 保证 （ 大于 9mm 也可以， 不能比 9mm 小 ） ， 因为主 轴松刀的行程是 7mm， 尺寸 ≥9mm 可以防止 O 形密 封圈 21 进入主轴 9 上内孔 40H7 的台阶区域， 避免 防止 O 形密封圈 21 被刮伤破损失去密封效果。
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图 1 单向运转电气图
பைடு நூலகம்
3. 结语 实施后电动机温升基本正常， 制动迅速， 半年 来未再出现过齿轮和电动机的损坏现象， 改造成功。 如温升过高， 一可简化传动， 减小转动惯量； 二可 定制绝缘等级高的电动机。 还需要指出的是， 操作 者一定要注意， 一旦出现电动机不能起动， 应立即 做停车操作并断电，以免烧坏电动机。
图 2 双向运转电气图
（ 收稿日期： 20110224 ）
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却泵为 QLY4. 8 － 7. 5 × 10 多级泵， 该泵的工作压力 为 0. 75MPa、 工 作 流 量 为 80L / min， 流 量 已 满 足 要 求，工作压力太小， 我们的改进措施是： 保留这只 多级泵作为刀具外冷时的专用冷却泵， 在水箱上增 补一 只 高 压 泵 TFS364 /6. 0 （ 11kW、 1PH55 、 50Hz ） 作为深孔加工时的专用冷却泵， 该泵的工作压力为 6MPa、流量 73L / min， 能够满足深孔钻的压力和流 量需求； 为了满足深孔钻切削液洁净度要求， 在原 来的净水箱上加装纸带过滤器和磁性分离器 ， 改装 后的切削液过滤精度可以达到 60 μm，满足要求。 对于深孔钻机床必须具备的条件 ④， 该台机床 出厂时并不具备也需要重点改进， 改进前的机床主 传动和主轴结构见图 1 所示， 改进后的机床主传动 和主轴结构见图 2 所示。
图 4 半环 15 的结构
在 D 处增补两个半环 17 和 8 只紧钉螺钉 18 ， 两 个半环 17 按照图 5 所示加工到位后， 拼装到松刀接 杆 5A 的 33 － 0. 2 mm、长 90 的圆柱面上。在半环的圆 柱面上的两道凹槽处分别用两根细钢丝把两个半环 固定住，然后在半环的两侧缝隙处进行点焊， 使两 个半环变成一个环套， 每侧安排 4 个焊点。 这里不 能也不必满焊， 因为满焊后环套收缩剧烈， 会导致 环套抱死在松刀接杆 5A 上，致使主轴不能松刀。 这 里之所以把松刀接杆 5A 的 33
具备无级调速功能。③具备足够压力 （ 压力达到 1 ～ 10MPa） 、流量 （ 流量达到 50 ～ 150L / min） 和洁净度 （ 悬浮颗粒最大线长度 ≤ 80 μm ） 的切削液系统。 ④ 机床具备主轴中心出水功能。 针对上述条件， 本文 结合该台机床的实际情况逐条分析整改。 对于深孔钻机床必须具备的条件 ①， 该台机床 出厂合格证指标为主轴径向圆跳动≤0. 007mm、轴向 窜动≤0. 005mm 均满足要求， 现场打表测量主轴径 向圆跳动 0. 003mm、 轴向窜动 0. 002mm 也均满足要 求，此项无需整改。 对于深孔钻机床必须具备的条件 ②， 该台机床 X、Y、Z 三个进给轴全部为数控无级变速， 也满足 要求，此项也无需整改。 对于深孔钻机床必须具备的条件 ③， 该台机床 出厂时并不具备需要重点改进 ， 该台机床采用的冷
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江苏新瑞机床有限公司 （ 常州 213166 ） 夏向阳 张 辉 李旭华 周 凯
我公司已出厂多年的一台 TH42160C—300 龙门 加工中心，由于客户加工的对象与刚购买时相比发 生了变化，该零件工艺需要机床具备深孔钻削和主 轴转速 4 000r / min 功能， 而该台设备是一款适合低 速大转矩切削的机床， 强力切削是它的强项， 设计 时未能兼顾到主轴开高速。 为了能够接下这批大订 单，客户单位希望我们能对该机床进行有偿的改造， 以便适应高速和深孔钻削。 1. 问题的分析 为使客户能够顺利接下这批大订单， 我们在最 短时间内用最佳的整改方案， 使该台机床满足了以 下要求： ① 深孔钻功能。 ② 机床主轴转速由目前的 2 000r / min提高到4 000r / min。 深孔钻机床必需具备以下四个条件： ① 机床的 主轴径向圆跳动和轴向窜动应≤0. 008mm。② 进给轴