重型軋輥磨床床頭箱設(shè)計(jì)分析

王金亮

（齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

0 引言

床頭箱是重型軋輥磨床最為關(guān)鍵的部件之一，床頭箱的作用是啟動(dòng)工件，在啟動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)要求工件轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，這就要求床頭箱內(nèi)部傳動(dòng)振動(dòng)小且具有足夠大的扭矩。在頂磨加工時(shí)，磨削精度主要取決于工件的回轉(zhuǎn)精度，而工件的回轉(zhuǎn)精度主要取決于主軸的回轉(zhuǎn)精度。因此重型軋輥磨床床頭箱設(shè)計(jì)時(shí)確保內(nèi)部傳動(dòng)振動(dòng)小、扭矩足夠大、回轉(zhuǎn)精度高，是床頭箱設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

1 床頭箱主要結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)分析

如圖1所示，床頭箱按照結(jié)構(gòu)組成主要分為床頭箱體、床頭箱傳動(dòng)鏈、主軸系統(tǒng)和主軸軸承4大部分，這4大部分發(fā)揮著各自的作用，同時(shí)它們構(gòu)成了一個(gè)統(tǒng)一的整體，共同完成了動(dòng)力的傳遞輸出，保證了重型軋輥磨床床頭箱能夠順利地運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.1 床頭箱體設(shè)計(jì)分析

床頭箱體為整體箱式結(jié)構(gòu)，采用低應(yīng)力、高強(qiáng)度灰口鑄鐵鑄造而成，經(jīng)有限元分析計(jì)算，合理布置箱體的外部形狀和內(nèi)部筋板結(jié)構(gòu)，箱體內(nèi)部相應(yīng)部位具有加強(qiáng)筋板聯(lián)結(jié)，經(jīng)自然時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效處理，保證床頭箱體具有足夠剛性、抗振能力和降低噪聲等特點(diǎn)，同時(shí)具有在各種工況下良好的穩(wěn)定性。床頭箱體安裝在底座上，通過(guò)高強(qiáng)度螺釘把合，與底座連接采用熱對(duì)稱鍵連接，從而有效地減小了床頭箱體的熱漂移，提高加工精度。同時(shí)在床頭箱體兩側(cè)和后側(cè)都安裝有側(cè)頂塊，保證床頭箱體和底座以及工件床身成為一剛性體，保證床頭箱精度調(diào)整方便，具有很強(qiáng)的抗沖擊能力和良好精度保持性。

圖1 床頭箱結(jié)構(gòu)剖面圖

1.2 床頭箱傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)分析

床頭箱傳動(dòng)是由西門子主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)三級(jí)進(jìn)口皮帶降速，型號(hào)為6 200-20 m-170/290，4 600-20 m-340，具有承受扭矩大、吸振性高、傳動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)，總降速比為59.1倍，第一級(jí)傳動(dòng)由電機(jī)經(jīng)窄V帶將動(dòng)力傳到第二級(jí)，在床頭箱內(nèi)第二級(jí)和第三級(jí)傳動(dòng)用加強(qiáng)型的20 m型規(guī)格的同步齒形帶傳動(dòng)，主傳動(dòng)系統(tǒng)各主要轉(zhuǎn)動(dòng)件均做過(guò)動(dòng)平衡，這樣相對(duì)齒輪傳動(dòng)大大降低了機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲，各齒形帶輪均在精密齒輪機(jī)床上加工，具有很高加工精度和表面質(zhì)量，皮帶齒寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)算寬度使其具有足夠的承載余量，這樣既轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)又可以有效地延長(zhǎng)皮帶使用壽命，保證了床頭箱傳動(dòng)鏈運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，從而起到提高機(jī)床加工表面質(zhì)量的作用，即使特大型的工件其粗糙度仍可達(dá)到Ra0.2以上。同時(shí)將西門子主軸電機(jī)安放在底座的移動(dòng)板上，大大降低了電機(jī)振動(dòng)對(duì)床頭箱傳動(dòng)的影響，也有利于保證工件的加工精度和表面精度。

1.3 床頭箱主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

床頭箱主軸采用大直徑短主軸結(jié)構(gòu)形式，主軸前端直徑達(dá)φ850 mm，主軸前后支承軸承采用寬系列重型主軸軸承并以最佳的跨距布置，前支承點(diǎn)靠近箱體前端面，無(wú)懸伸受力，同時(shí)頂尖與主軸采用短錐形式連接，確保了主軸系統(tǒng)具有足夠的抗彎曲剛性，這是保證加工重型工件回轉(zhuǎn)精度重要的前提條件。床頭箱主軸啟動(dòng)配有工件輔助啟動(dòng)裝置，以克服啟動(dòng)時(shí)的初始慣性，可防止皮帶傳動(dòng)過(guò)載、過(guò)早磨損及主電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)啟動(dòng)大噸位工件時(shí)，開動(dòng)輔助啟動(dòng)電機(jī)以及西門子主軸電機(jī)，棘爪與主軸上的棘輪嚙合，以大扭矩帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，起到保護(hù)皮帶和西門子主軸電機(jī)的作用。

1.4 床頭箱主軸軸承設(shè)計(jì)分析

床頭箱主軸軸承是我公司為軋輥磨床系列產(chǎn)品特制的超高精度大型主軸軸承，軸承滾子采用精密加工特殊選配，同時(shí)采用排列組合的工藝手段裝配而成，屬具有極高回轉(zhuǎn)精度的重型主軸軸承，主軸回轉(zhuǎn)精度在0.003 mm以內(nèi)，確保了工件頂磨的加工圓度，從而保證托磨加工工件的更高精度。主軸前后主軸軸承安裝有消隙裝置，可定期檢查主軸軸承精度進(jìn)行預(yù)緊力調(diào)整，確保主軸回轉(zhuǎn)精度。床頭箱各軸承潤(rùn)滑采用進(jìn)口SKF高性能潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，在保證軸承可靠潤(rùn)滑情況下，油脂不會(huì)污染腐蝕同步齒形帶，確保齒形帶的傳動(dòng)精度和使用壽命。在床頭箱正面和側(cè)面開有2個(gè)觀察窗口，作用一是清理掉落在箱體下面的潤(rùn)滑脂，以免造成潤(rùn)滑脂長(zhǎng)期堆積，影響同步帶傳動(dòng)；二是便于觀察軸承潤(rùn)滑情況。床頭箱電動(dòng)油脂潤(rùn)滑泵站安裝在床頭箱后側(cè)，根據(jù)使用情況可自行設(shè)定油泵供油時(shí)間，可在操作界面方便設(shè)定，無(wú)潤(rùn)滑油脂自動(dòng)報(bào)警應(yīng)及時(shí)加油，起到保護(hù)軸承的作用。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)重型軋輥磨床床頭箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析,為床頭箱的研制提供了可靠的技術(shù)依據(jù)，按此設(shè)計(jì)分析開發(fā)出的床頭箱滿足了承載大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠、振動(dòng)小、回轉(zhuǎn)精度高的要求，也為重型軋輥磨床床頭箱系列化發(fā)展提供了重要的理論依據(jù)。