李紅梅，薛宏榮

（天水風動機械有限公司，甘肅 天水 741020）

鑿巖機缸體橫孔鉆的設(shè)計

李紅梅，薛宏榮

（天水風動機械有限公司，甘肅 天水 741020）

介紹了專用橫孔鉆床的設(shè)計原理、參數(shù)確定及使用情況,為提高機械加工的效率和產(chǎn)品質(zhì)量提供了一條新的途徑。

專用橫孔鉆；主軸箱減速；鉆削鉆頭

1 引言

鑿巖機是我公司的主導(dǎo)產(chǎn)品，鑿巖機缸體是該產(chǎn)品的關(guān)鍵件,其加工質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品的整機性能,某型號鑿巖機零件中φ98與φ90孔各有兩個φ13的橫孔,加工后要與已加工好的長100 mm的φ13軸向孔相通（見圖1）。因4個φ13的橫孔位于大孔內(nèi)，用一般的鉆床配專用夾具是無法加工的,必須從內(nèi)孔用專用橫孔鉆(埋頭鉆)加工,又因橫孔直徑達φ13,孔徑較大,徑向抗力大,鉆通時是突然貫通,且與其相通的軸向孔已加工,橫孔周圍壁厚不一致,導(dǎo)致加工時極易夾鉆,造成鉆頭崩刃,為此我們從鉆床與刀具這兩方面設(shè)計了一種新的鉆床,使用后效果良好。

圖1

2 橫孔鉆床的設(shè)計原理

橫孔鉆床的運動分為鉆頭的旋轉(zhuǎn)運動和工件徑向進給同時進行的運動。

圖2中，橫孔鉆床工作時鉆頭運動,鉆頭動力來自主電動機，主電機的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)大小皮帶輪（Z1、Z2）傳遞給錐齒輪（Z3、Z4），被動錐齒輪將動力傳遞給鉆頭，滿足加工要求轉(zhuǎn)速。

橫孔鉆床的進給運動即工作進給運動，工件的進給動力來自于液壓油缸的推力，是由液壓系統(tǒng)來帶動的。加工時開動主電機與液壓系統(tǒng)電機,鉆頭旋轉(zhuǎn),液壓系統(tǒng)提供壓力油,再按工作按鈕,油缸推動工件到達固定行程后自動停止,由操作者手動控制電磁換向閥換向并退回,卸下工件,完成一次加工循環(huán)。

圖2 橫孔鉆傳動系統(tǒng)

3 橫孔鉆床的部件設(shè)計

橫孔鉆床總體分為六個部分:主軸箱、工件推進系統(tǒng)、工件定位夾具、床身固定、液壓系統(tǒng)、刀具。除床身、液壓系統(tǒng)外其余部分如圖3所示。

圖3

3.1 主軸箱的設(shè)計

橫孔鉆床的主軸箱是橫孔鉆床變速和鉆頭動力傳送裝置，由電機輸出的動力經(jīng)大小皮帶輪進行一級減速,再經(jīng)主軸同軸傳送至另一端經(jīng)一對大小錐齒輪進行二次減速，同時改變動力運動的方向,使得與大錐齒輪同速轉(zhuǎn)動的鉆頭實現(xiàn)與主軸箱軸線相垂直的旋轉(zhuǎn)運動,從而完成工件的加工。

3.2 推進系統(tǒng)的設(shè)計

推進系統(tǒng)的設(shè)計比較簡單,主要包括一個單桿雙向運動活塞及液壓油缸及其附件，通過控制壓力油在油缸中的進出方向,實現(xiàn)對定位夾具的升降控制,進而完成鉆孔和退回循環(huán)動作。

3.3 夾具的設(shè)計

鉆床夾具是工件裝夾專用工裝，考慮到定位軸維修與更換的方便，采用一個定位軸和一個棱形定位銷定位,相當于一面二銷定位,保證了夾具工件的定位軸φ90中心線與橫孔鉆鉆頭中心線相垂直（見圖4）。

3.4 床身的設(shè)計

橫孔鉆床整個鉆床本身長355 mm，寬300 mm，高415 mm，因為尺寸較小,為操作方便,又減小占地面積，床身全部采用板料及角鐵焊接結(jié)構(gòu)，床面大小800 mm×1000 mm,床高760mm，鉆床主體用四個螺栓固定于工作臺面,推進油缸置于臺面下,電機固定于臺面下的側(cè)板上,臺面上開一橫槽,傳動皮帶可以通過,臺面較大可以臨時放置工件,因為工作時震動較小,鉆床及臺面本身的重量足以保證工作時的穩(wěn)定,不需要與地面固定（見圖5）。

圖4

圖5

3.5 液壓系統(tǒng)的設(shè)計

圖6中，液壓系統(tǒng)包括電機、油箱、濾油器、齒輪油泵、溢流閥、壓力計、三位四通電磁換向閥、節(jié)流閥、輸油管、接頭、螺栓、墊圈、螺母等，兩臺鉆床共用一套液壓系統(tǒng),采用一個電機和一個油泵,其余部分并聯(lián)而成,油路設(shè)計如圖6所示，因同時傳動兩個液壓系統(tǒng),在管路分支系統(tǒng)中安置了節(jié)流調(diào)速裝置,并采用出油節(jié)流回路,特點是調(diào)速范圍大,反壓力較大,有較大的阻尼力,運動平穩(wěn),泵油缸及換向閥等泄漏對速度影響較小。液壓電機選擇Y2系列(IP54)的三相異步電動機,型號 Y2-100S2-4,功率 3kW,轉(zhuǎn)速1430 轉(zhuǎn)/分。

圖6

3.6 刀具設(shè)計

因鉆孔時壁厚較薄,且不均勻,為此采用圖7所示的刀具,該刀具最前面直徑φ9,后部直徑φ13,相當于先鉆出一個小孔,然后再擴孔，完鉆之前有一個小孔導(dǎo)向,這樣鉆削起來較平穩(wěn)。

圖7

4 橫孔鉆床的參數(shù)及計算

4.1 主電機選擇

主電機選擇Y2系列(IP54)的三相異步電動機，型號Y2-90S-4,功率1.1 kW,額定電壓380V，轉(zhuǎn)速1400轉(zhuǎn)/分。

4.2 橫孔鉆床傳動鏈計算

（1）主軸箱輸入轉(zhuǎn)速

n主=主電機轉(zhuǎn)速×小皮帶輪直徑/大皮帶輪直徑

=1400×85/160

=744（轉(zhuǎn)/分 )

（2）鉆頭轉(zhuǎn)速(主軸箱輸出轉(zhuǎn)速)

n=Z主/Z驅(qū)×n主

=15÷24×744

=465(轉(zhuǎn)/分)

（3）主軸箱輸出功率

取機械效率η=0.75

P=ηP額=0.75×1.1=0.825（kW）

所加工的工件為鑿巖機缸體,材質(zhì)為20Cr，鉆頭切削直經(jīng)13 mm。查《機械加工工藝手冊》[1]，在此工作情況下鉆頭轉(zhuǎn)速465轉(zhuǎn)/分與設(shè)計值相一致。

4.3 鉆削時主軸扭矩、切削速度、功率、軸向切削力的計算

圖2中,主軸扭矩、切削速度、功率、軸向切削力的計算依據(jù)《機械加工工藝手冊》[1]。

（1）切削速度

（2）切削扭矩

Nm=CM×d0×fn×km

式中d0——鉆頭直徑

f——進給量

CM——系數(shù)

km——工況系數(shù)

取 d0=13，工況系數(shù)km取為 1，n=0.8,CM=0.305，查《機械加工工藝手冊》[1]，高速鋼鉆頭鉆缸體（硬度HB=200-230）時的進給量f=0.18

Nm=0.305×132×0.180.8×1

=0.305×169×0.25364×1

=13.07（N·m）

（3）切削功率

切削功率0.63 kW，選定的電機有用功率0.825kW，故機床功率足夠。

（4）鉆頭所受軸向切削力

F=CF×d0×fn1×km

=600×13×0.180.7×1

=2348（N）

鉆頭所受軸向切削力F的計算中n1取0.7。

4.4 橫孔鉆床推進力的計算

鉆床推進系統(tǒng)的推進力與鉆頭所受的軸向力在同一條直線上且方向相同，油缸的推進力就是鉆頭所受的軸向力及自重、摩擦力的合力。

油缸直徑φ80 mm，工作油壓0.5MPa，推進力

P=0.5πr2=0.5×3.14×402

=2513（N）

考慮到滑板與導(dǎo)軌的摩擦力及工件、夾具、滑板、活塞等自重（大約120N），推進力2513N＞2348N+120N，故切削加工可行。

橫孔鉆床接觸疲勞強度校核及液壓系統(tǒng)計算，略。

5 使用效果

設(shè)備制造后，經(jīng)過安裝、調(diào)試，從實際的加工情況來看，采用原來機床加工時,加工效率低，既影響產(chǎn)品質(zhì)量，又耽誤生產(chǎn)進度?，F(xiàn)使用新的專用橫孔鉆床，進給采用液壓推進，加工平穩(wěn)，操作輕快省力，加工工效比原來提高2倍以上。

[1]孟少農(nóng).機械加工工藝手冊(第二卷)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.137-156.

TG52 文獻標識碼：B

2010-07-02）