摇臂钻床升降装置的改进
2016-8-18 来源：河南科技大学机电工程学院 作者：徐春华 任小中
摘要：探讨了摇臂钻床手动升降装置的改进问题。在分析摇臂钻床原有变速传动系统和手动升降机构的基础上，提出一种利用原有变速箱的动力源和部分传动件、仅在变速箱内增加若干齿轮实现摇臂机自动升降的方案。通过传动分析与计算，确定了所增加齿轮的结构和参数，绘制了改进后的升降装置装配图。
关键词：摇臂钻床；升降装置；传动系统；改进
摇臂钻床因其摇臂既可绕立柱回转．还可沿立柱上下移动，主轴箱可沿摇臂径向移动，故其适应性强，广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和质量较大的工件的孑L。调查发现：一些企业中有一些老型号的摇臂钻床。因其机械传动系统或电气控制系统存在一些问题，导致操作不便，有时还会发生伤人事故，从而被搁置不用。为了挖掘现有设备潜力，有必要对这些设备进行改造，使它们能够继续为企业效力。
例如，有一台摇臂钻床，其变速箱与手动升降传动系统如图1所示，其中摇臂升降是靠手动实现的，如图1(b)所示。传动方案为：手柄5一锥齿轮轴6一锥齿轮10一升降螺母9。
图l 某摇臂钻床原变速箱与手动升降传动系统简图
因用于摇臂升降的传动丝杆8螺距P较大(P=6 mm)，两圆锥齿轮传动时，尽管传动比较小，但因机床机架较重，升降相当费劲。为了省力，采用加长手柄。当拖板接近变速箱时，进给手柄与升降手柄容易相撞，易导致操作工人受伤。
1、确定改造方案
针对上述问题，对该钻床的升降传动装置进行改进。有人建议在丝杆的端部装上一部小型电动机和减速箱直接带动丝杆转动，通过固定在变速箱体上的螺母实现自动升降。这种自动升降系统固然不错，但对于所要改造的摇臂钻床来说存在以下问题：
(1)该钻床立柱的顶端面积有限，难以安装体积较大的电动机和减速器。
(2)增加了传动装置以及控制电路，从而提高了制造成本。
为此，作者重新分析了图1(a)所示的摇臂钻床传动结构，本着尽量利用机床原有传动件的原则，直接利用机床原有电动机作为动力源。在变速箱主运动传动系统中增加若干齿轮，把动力传到升降螺母上，使螺母转动，从而实现自动升降。
2、改造后的摇臂钻床变速箱升降传动系统
改造后的升降传动系统图如图2所示。其首末两端件为：电动机一丝杠螺母。
传动路线表达式为：电动机一轴I—z。／z：一轴Ⅱ一z6／z7一轴Ⅲ一Z8／Z9一轴Ⅳ一Z。o／Z11一轴V(丝杠螺母)。
图2摇臂钻床变速箱升降传动系统图
为便于制造。锥齿轮轴Ⅳ的大部分结构参数仍与原来升降系统中的锥齿轮轴相同。只是将其末端的方头结构改为圆柱状带平键槽的结构，以便采用平键与齿轮z。连接。由于固定锥齿轮轴Ⅳ径向位置的箱体孔中心高度受原有带动丝杆及螺母运动的锥齿轮Z．．位置的限制。其箱体孔较接近箱体孔内壁。使得齿轮zo的分度圆直径受到限制，而固定花键轴Ⅱ径向位置的箱体孔与固定齿轮zo径向位置的箱体孔的距离较远，所以必须在花键轴Ⅱ和锥齿轮轴Ⅳ之间增加一根传动轴Ⅲ，并在传动轴Ⅲ上装上一个双联齿轮(齿数z，、忍待定)，以便把花键轴Ⅱ的动力传到锥齿轮轴Ⅳ上。这种结构配置有利于减少传动齿轮的数量和分度圆直径，使结构紧凑。
3、传动比、各轴转速、功率及转矩的计算
为提高工作效率，要求变速箱升降速度为800mm／min。已知：电动机的转速／'t由=1 400 r／rain，功率P=1．5 kW，轴I上的齿轮齿数Z。=18，花键轴Ⅱ上固定齿轮的齿数厶=55，四联滑移齿轮的齿数依次分别为z，=59、z。=66、zs=48和Z。=28，原有丝杆的螺距P=6 mm．带动螺母及丝杆运动的锥齿轮齿数Z¨=36，轴Ⅳ的锥齿轮Z，。=20。设圆锥齿轮的传递效率为叼。=0．95，圆柱齿轮传递效率为’7：=0．98，联轴器的传递效率为叼，=0．995。那么：
P轴I=P。叼3=1．5xO．995=1．492 5 kWil—H=18／55
nⅡ轴=凡I轴’i I一Ⅱ=1 400×18／55=458 r／min
P轴Ⅱ=P轴I。叼2=1．492 5xO．98=1．462 65 kW
为保证800 mm／min的升降速度，锥齿轮轴Ⅳ的转速应为：
nⅣ=nv xiv。Ⅳ=(800／6)x36／20=240 r／min
为便于制造和装配，取双联齿轮z，、z8和齿轮互的模数均为2 toni，和原有变速箱中圆柱齿轮的模数相同。其齿数初步定为：双联齿轮Z，=64，Z。=44，Z。=36。那么：
iⅡ一_=28／64=7／16
n轴Ⅲ=n轴Ⅱ·iⅡ．Ⅲ=458x7／16=200．375 r／rain
P轴Ⅲ=P轴Ⅱ·7／2=1．462 65x0．98=1．433 kWi_一Ⅳ=44／36=11／9／7,轴Ⅳ=n,jⅢ·iⅢ一Ⅳ=200．375xlI／9=244．9 r／min
P轴Ⅳ=P轴_·叼2=1．433x0．98=1．405 kW，l轴v=n轴Ⅳ·iⅣ一v=244．9x20／36=136．11 r／rain
P轴v=P轴Ⅳ·，，l=1．405x0．95=1．335 kW
基于上述各参数，可知变速箱的实际升降速度为：
136．11 x6=816．66 mm／min
进一步可以计算各传动轴的扭矩，进而去校核原有传动轴和确定新增传动轴的直径(计算过程略)。
4、改造后的变速箱升降传动结构图
图3所示为改进后的变速箱升降传动结构展开图。其中花键轴6上的齿轮5和四联滑移齿轮7都是原机床变速箱中的传动件，而过渡轴9、锥齿轮轴3及其轴上的齿轮是新增添的。但并未影响原机床各部分结构和外观。
图3改进后的摇臂钻床升降传动装置
5、结束语
探讨了如何把某摇臂钻床的手动升降装置改进成机动升降装置的问题。遵循节约、实用的原则，在不影响原机床各部分结构和外观的前提下，利用变速箱原有的电动机和部分传动件，并在变速箱的有限空间内增添了一些传动件，增添的零部件结构简单、易于制造。
参考文献：
[1]吴宗泽．机械零件设计手册[M]．北京：机械工业出版社．2003．
[2]《机床设计手册》编写组．机床设计手册[M]．北京：机械工业出版社．1980．
[3]卜炎．机械传动装置设计手册[M]．北京：机械工业出版社．1998．
[4]韦宗源．Z30125x40大型摇臂钻床的设计[J]．广西工学院学报，2005，16(3)：110-112．
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