[摘 要]在产品转型的过程中，通过对现有设备进行合理的改造，既可以满足新产品生产需求，又可以降低制造成本，是企业的竞争力不断得以提升的重要因素，本文通过对机床改造为例，探讨了机床改造的设计方法及关键技术。

[关键词]机床改造 运动计算 结构布局

中图分类号：TG375 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0192-02

前言

随着机械产品生命周期的缩短，新产品不断推陈出新是企业提高市场竟力的一个强有力的手段，而伴随着新产品的更新，原有的设备将面临着淘汰的局面，为新产品重新购置新设备又会增加产品的成本。因此，如何在原有设备的基础上通过机床改造以满足新产品的生产要求，是每一个工程技术人员必须要解决的问题。本文以发动机喷油泵标牌孔钻削加工为例，阐述了机床改造的过程及其关键技术。

1.普通机床改造的现状

我国机床工业发展到今天，数控机床已成为大企业的先进制造技术的核心。但是，中小企业中，虽然也有一定数量的数控机床，但普通机床还是占大部分。在新产品更新的过程中，常常是通过对普通机床的改造来满足生产要求。主要有两方面，一方面是普通机床改造为数控机床，另一方面是把普通机床改造为专用机床，以提高生产率。

2.普通机床改造的经济性

为了提高劳动生产率，如果采用淘汰普通机床，更换为数控机床的办法，会导致大量的原有设备被闲置，造成极大的浪费。通过对普通机床的改造，成本一般为购买数控机床的20%以下，对于资金比较紧张的中小企业来说，用较少的成本获取最大的经济效益，是中小企业能在激烈的市场竟争中立于不败之地的法宝。

3.机床改造的关键技术

3.1 根据零件生产工艺要求确定改造的机床

如图1为一发动机喷油泵，要求加工2-φ4两孔，年产量为50万件。机床改造方案有：第一，购进数控机床；第二，改造现有的普通机床。经过经济上的考虑，决定采用第二方案。即在Z535的主轴上加上一个多轴箱，由主轴通过齿轮带动二个钻头同时钻削，可以大大提高生产率。

3.2 多轴箱的结构参数设计计算

多轴箱是机床改造的主要部件，通过在钻床的主轴前端装配多轴箱，使机床主轴的运动通过齿轮传动，运动传递到两上工作轴，最后工作轴带动2个钻头同时对工件进行钻孔，使其生产率得到大大提高（图2）。

多轴箱主要由箱体、轴、齿轮等零件组成。其中轴和齿轮的结构参数对多轴箱的传动功率和传动速度起着至关重要的作用，是设计计算的重点。同时还要保证两个钻头的转速、方向及进给量均要相同。

3.2.1 传动轴的直径设计计算

传动轴在工作中起到传递转矩的作用，其失效多为疲劳破坏，材料一般选用45钢，并且传动轴的直径是影响轴的强度的关键参数。

计算的方法是：先根据加工孔的直径及其加工切削用量计算其切削力及功率，根据机床参数选择合理的机床功率及转速。：然后计算工作轴的最小直径dmin。其中

最后按照国家标准值确定工作轴的最小直径。

3.2.2齿轮模数的计算

齿轮主要用来传递转矩，材料一般为45钢。可以根据其材料的许用弯曲应力及传递的扭矩大小计算齿轮的模数，计算公式为：

最后按照国家标准值取标准模数。

3.2.3 齿根弯曲疲劳强度的校核

多轴箱所用齿轮为硬齿面齿轮，其主要失效形式为轮齿的弯曲疲劳折断，故要校核其齿根的弯曲疲劳强度。弯曲疲劳校核条件为：

3.2.4 齿轮中心距的设计计算

齿轮中心距的计算是齿轮结构布局的关键计算，本课题中，采用反向推导的方法确定齿轮的中心距。首先，根据加工孔的中心距确定工作轴位置，然后考虑机床主轴与工作轴的相对位置计算各传动轴的齿轮之间的中心距。

中心距计算公式为：

3.3 多轴箱齿轮及轴承的结构布局

确定齿轮的齿数及模数后，多轴箱的齿轮布局是机床改造一个关键的技术，在满足加工要求的基础上，一方面要保证的不啮合的齿轮不会发生干涉，另一方面，轴承有足够的安装位置。

为了解决上述问题，可以采用3D技术如UG软件创建实体进行模拟装配（图3）。首先按照装配关系将齿轮和轴承等零件安装在工作轴和传动轴上，然后虚拟一箱体，把各轴装配在箱体上，保证有传动关系的齿轮正常啮合，非啮合的齿轮之间最少有5mm的间隙。同时，观察各轴的轴承是否干涉。如果干涉则需不断调整其位置，直到满足要求为止。

3.4 多轴箱的总体布局

多轴箱的总体布局应在保证传动齿轮准确啮合而非传动齿轮不会干涉的基础上，尽量使其结构紧凑，以减小多轴箱的轮廓尺寸，降低成本。因此，多轴箱的箱体可以 上箱、中箱及下箱三部分组成（图4），上箱主要是用于多轴箱与机床的联接，中箱用于安装传动齿轮，下箱则用于安装输出转矩的工作轴。为了保证箱体之间有较高的位置精度，各箱体可以用止口联接。

确定多箱体的高度尺寸时，要考虑的主要因素有：机床与工作台之间的高度、保证钻头的工作行程，夹具的高度尺寸等。避免安装时多轴箱与工作台的距离过小，影响零件的加工。

3.5.多轴箱与机床的联接

机床主轴的运动通过多轴箱齿轮变速后由工作轴输出，钻头与工作轴用莫氏孔联接。保证钻头与主轴有较高的位置精度，也保证其传递运动的准确性。机床主轴与多轴箱的锁紧可以通过一个圆柱销上的凹槽抱紧主轴来实现。同时，在箱体外侧设计两个耳座，通过两个导柱与机床联接，提高加工系统的刚性。

4.结论

机床经过改造后，可以由普通机床变为专用机床，生产效率、加工精度都明显提高。也降低了工人的劳动强度。同时，只要把多轴箱从机床中拆除，又可以恢复机床原有的功能。对于中小企业技术改造开创了新路，提高其生产组织能力和市场竞争能力。

参考文献

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1作者简介：

卢小波（1965-），女，学士，副教授，主要从事机械CAD技术方面的研究与教学。