基于加工大型工件龍門刨床的改造

郭娟

摘 要：龍門移動(dòng)式鏜床因其占地面積小，加工效率高，加工精度好，特別適用于大型復(fù)雜零件的加工，因此被廣泛應(yīng)用于對(duì)重型零件的加工。但是，國(guó)內(nèi)對(duì)此種機(jī)床的開發(fā)甚少，且價(jià)格相對(duì)較高。本著有效合理利用資源的原則，對(duì)某廠的現(xiàn)有的龍門刨床（B2012）進(jìn)行部分的改造。本文介紹了對(duì)龍門刨床（B2012）龍門系統(tǒng)的改造，把固定龍門系統(tǒng)通過采用齒輪齒條傳動(dòng)改造成移動(dòng)龍門系統(tǒng)，通過改造可使此機(jī)床更方便加工大型工件，在加工精度和效率上都有較大提高。

關(guān)鍵詞：龍門移動(dòng)式鏜床，伺服電動(dòng)機(jī)，齒輪齒條傳動(dòng)，龍門刨床

1 改造背景

改造是根據(jù)某廠廠方現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝的特殊要求（在一個(gè)大型工件進(jìn)行鏜孔和銑平面的操作），其整體結(jié)構(gòu)是一個(gè)長(zhǎng)、寬、高分別為（6500×3200×350 重75T左右）的立方體。本加工的零件為某廠生產(chǎn)的起重設(shè)備的主體零件，它的精度直接影響到起重機(jī)工作時(shí)的定位精度，而本次所加工孔的精度是影響起重設(shè)備工作精度的直接原因。為了適應(yīng)此種超大型零件的加工的要求，本次對(duì)某廠的現(xiàn)有龍門刨床（B2012）龍門系統(tǒng)進(jìn)行改造 ，把固定龍門改造成移動(dòng)式龍門。

2 傳動(dòng)方案的提出

方案一：雙直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)龍門移動(dòng)

直線電動(dòng)機(jī)作為一種新穎的直接驅(qū)動(dòng)方式已顯示出其強(qiáng)大的生命力。近年來，隨著其價(jià)格的下降，性能的提高，已經(jīng)成為數(shù)控上的一種理想的高精度、高速加工驅(qū)動(dòng)方式。

在龍門移動(dòng)式鏜床的同步伺服中，兩個(gè)伺服系統(tǒng)按同一速度給定信號(hào)運(yùn)動(dòng)，定義其中一個(gè)伺服系統(tǒng)為主動(dòng)軸，另一個(gè)為從動(dòng)軸，就構(gòu)成了獨(dú)立的主-從驅(qū)動(dòng)方式。通過對(duì)直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)行推力控制，使兩個(gè)軸保持同步。

方案二：雙電機(jī)、滾珠絲杠的驅(qū)動(dòng)方式

雙電機(jī)、滾珠絲杠的驅(qū)動(dòng)方式，是在龍門的兩條導(dǎo)軌側(cè)面各安裝一條精密光櫥尺，兩讀數(shù)頭讀出的位置測(cè)量數(shù)據(jù)分別進(jìn)行放大后，再反饋到數(shù)控系統(tǒng)，兩軸都可被定義為主動(dòng)軸，主從軸定義后兩軸構(gòu)成同步軸對(duì)。其結(jié)構(gòu)示意圖見上圖。在這種情況下每臺(tái)電機(jī)都帶有自己的位置檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)這兩個(gè)機(jī)械上剮性耦合的軸在進(jìn)給時(shí)，兩套驅(qū)動(dòng)裝置必須保持絕對(duì)的同步，以防止因機(jī)械元件的扭曲而導(dǎo)致的機(jī)器損壞。在一般情況下，機(jī)床上電后主動(dòng)軸和從動(dòng)軸彼此之間不可能在理想的位置上（如一側(cè)龍門柱的偏移），為保證兩龍門柱的同步，兩個(gè)軸必須首先進(jìn)行歸零操作。當(dāng)龍門柱兩軸都進(jìn)行了歸零操作后，它們都必須與已經(jīng)確定的參考位置保持同步，從動(dòng)軸的實(shí)際位置應(yīng)首先與主動(dòng)軸所確定的參考位置進(jìn)行比較。在機(jī)床同步進(jìn)給過程中，下一步的操作取決于主從軸實(shí)際位置之間的計(jì)算誤差。若誤差低于龍門同步誤差報(bào)警限，則龍門柱繼續(xù)進(jìn)行同步進(jìn)給。若誤差超過了報(bào)警限，則進(jìn)行報(bào)警輸出并中斷同步進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

3 方案比較和確定

所以選用雙邊齒輪齒條驅(qū)動(dòng)方式。

4 移動(dòng)龍門傳動(dòng)改造方案的實(shí)施

4.1電動(dòng)機(jī)的選擇

1、電動(dòng)機(jī)類型的選擇： 根據(jù)動(dòng)力源和工作條件，選用NYS系列交流伺服電動(dòng)機(jī)。

4.2 傳動(dòng)比的分配

4.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算）

4.4 齒輪的齒數(shù)選擇

選定高速級(jí)齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)

1、選定齒輪類型：按傳動(dòng)方案選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。

2、選定齒輪精度等級(jí)：龍門刨為特種加工機(jī)械，速度不高，但對(duì)精度要求較高，故選用7級(jí)精度。

4.5 軸的設(shè)計(jì)

作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件，一般都安裝在軸上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，即傳遞動(dòng)力。因此軸的功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

主軸的分布盡管有各種各樣的類型，但通常采用的經(jīng)濟(jì)而又有效的轉(zhuǎn)動(dòng)是：用一根傳動(dòng)軸帶動(dòng)多根主軸。本設(shè)計(jì)采用此種設(shè)計(jì)，具體方案如下：在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，首先把所有主軸分成一組同心圓，然后在同心圓上放置一根傳動(dòng)軸，來帶動(dòng)一組主軸。接著再用此轉(zhuǎn)動(dòng)軸與動(dòng)力部件驅(qū)動(dòng)軸聯(lián)結(jié)起來。這就是通常的傳動(dòng)布置次序，即由主軸處布置起，最后再引到動(dòng)力部件的驅(qū)動(dòng)軸上。本設(shè)計(jì)選用剛性主軸。

5 導(dǎo)軌的選擇

對(duì)于中、小型龍門鏜床，多采用在動(dòng)導(dǎo)軌上貼塑料軟帶的滑動(dòng)導(dǎo)軌和自動(dòng)調(diào)節(jié)的氣壓卸荷導(dǎo)軌；或采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的滾動(dòng)導(dǎo)軌。對(duì)于大、重型的龍門鏜床，多采用卸荷和靜壓滑動(dòng)導(dǎo)軌；或采用滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的滾動(dòng)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌和機(jī)床基礎(chǔ)支承件緊密相連，起到運(yùn)動(dòng)部件的支承和精確引導(dǎo)的作用。為減少磨損，提高導(dǎo)向精度，本機(jī)床導(dǎo)軌選用南京工藝設(shè)備制造廠生產(chǎn)的GGB-（四方向等載荷型）直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，其特點(diǎn)是滾珠與圓弧溝槽相接觸，許用載荷和剛度較大，由于導(dǎo)軌副的安裝基面精度和質(zhì)量要求不高，只要求精銑或精鏜，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、制造和裝配工作。

6 改造結(jié)論分析

這套傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)， 基本達(dá)到了總體技術(shù)改造的要求，既能刨削加工，又能銑削加工，拓寬機(jī)床的加工范圍，增加了設(shè)備的使用功能，并提高了加工的生產(chǎn)效率。

采用交流伺服電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，與原來的交流電動(dòng)機(jī)相比，具有定位更精確，操作更簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

運(yùn)用龍門移動(dòng)的改造方案，減少了工作臺(tái)的移動(dòng)空間，龍門移動(dòng)更提高了工作效率，有效的控制了零件的加工成本。

選用雙邊齒輪齒條傳動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，改造技術(shù)難度不大的特點(diǎn)，使改造具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

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