超重型臥式車床主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能研究

關(guān)志偉

摘 要：隨著我國(guó)機(jī)械制造技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控加工系統(tǒng)內(nèi)功能運(yùn)行穩(wěn)定性逐漸提升，為提高產(chǎn)品綜合質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)超重型臥式車床主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行研究，以期為推動(dòng)我國(guó)數(shù)控機(jī)床制造產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，提供行之有效的理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：超重型臥式車床；主軸系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.036

主軸系統(tǒng)在超重型臥式數(shù)控機(jī)床運(yùn)行系統(tǒng)中較為重要，作為生產(chǎn)大型工件的數(shù)控制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性，關(guān)乎數(shù)控機(jī)床加工生產(chǎn)總體成效，一旦主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能無(wú)法得到保障，將直接影響產(chǎn)品綜合質(zhì)量?；诖耍瑸榱耸巩?dāng)前超重型臥式車床生產(chǎn)加工成效得以提升，數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)質(zhì)量得到保障，研究主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能顯得尤為重要。

1 超重型臥式車床主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析

ANSYS軟件研究可知，超重型臥式車床主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析，可從以下幾個(gè)方面著手：一是主軸箱。在主軸箱中有五根采用齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)軸，具有傳動(dòng)精準(zhǔn)、穩(wěn)定性高、傳動(dòng)軸使用壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)效率高、承載扭矩能力強(qiáng)、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，繼而提升主軸箱布局科學(xué)性，在緊湊合理的齒輪傳動(dòng)過(guò)程中，確保超重型臥式機(jī)床按照生產(chǎn)目標(biāo)高效完成制造任務(wù)。CK61450超重型數(shù)控臥式車床圓周速度為300m/s，傳遞功率為數(shù)萬(wàn)千瓦；二是主軸系統(tǒng)。將斜齒圓柱齒輪裝配在主軸中部位置，在斜齒圓柱齒輪前端安置卡盤，卡盤為裝夾工件，圓柱滾子軸承為主軸前后支撐體系，主軸系統(tǒng)為確保動(dòng)態(tài)性能運(yùn)行穩(wěn)定可靠，將兩組圓柱滾子推力軸承安置在齒輪前部，在提主軸軸向運(yùn)行剛度基礎(chǔ)上，可抵消主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)生的軸向分力，確保主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能更加穩(wěn)定，為提升超重型臥式車床生產(chǎn)能力奠定基礎(chǔ)；三是工況分析。相較于一般數(shù)控臥式機(jī)床，超重型臥式數(shù)控機(jī)床工況差異性較為明顯，以CK61450型超重臥式數(shù)控機(jī)床為例，其加工生產(chǎn)工件平均重量在70t左右，這就造成主軸系統(tǒng)在生產(chǎn)制造過(guò)程中，需承受極大扭矩且運(yùn)動(dòng)速度較慢，平均主軸轉(zhuǎn)速在0.5-69.4r/min范圍內(nèi)。這種有別于常的機(jī)床加工狀態(tài)，需要主軸系統(tǒng)運(yùn)行極為穩(wěn)定，使其動(dòng)靜態(tài)特性均在超重型數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)加工要求范圍內(nèi)，達(dá)到滿足主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行工況的目的[1]。

通過(guò)利用ANSYS軟件對(duì)以CK61450為例的超重型臥式數(shù)控機(jī)床主軸動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析可知，超重型數(shù)控機(jī)床若想得到有效運(yùn)行，各項(xiàng)工能均可有效落實(shí)，數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)人員需從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合超重型臥式數(shù)控機(jī)床主軸箱、數(shù)軸系統(tǒng)及其運(yùn)行工況，探究其優(yōu)化設(shè)計(jì)方略，繼而達(dá)到提升超重型臥式機(jī)床主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的目的。

2 超重型臥式車床主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)原理

超重型臥式數(shù)控機(jī)床主要生產(chǎn)大型工件，一旦在該生產(chǎn)系統(tǒng)中出現(xiàn)主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能不穩(wěn)定現(xiàn)象，將阻滯數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)性能，伴隨我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能若想得以提升，設(shè)計(jì)人員需秉持與時(shí)俱進(jìn)精神，做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)原理需從實(shí)際出發(fā)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)靜態(tài)分析，找出組織系統(tǒng)性能穩(wěn)定提高的問(wèn)題，結(jié)合超重型臥式數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品制造需求，進(jìn)行結(jié)構(gòu)修整，在利用ANSYS等軟件對(duì)主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析，探究?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)方略是否滿足超重型臥式數(shù)控車床高效生產(chǎn)需求，如若滿足結(jié)構(gòu)修整需求，則落實(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化操作[2]。

2.2 主軸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方略

一是確定軸承跨距，適當(dāng)調(diào)整軸承跨距。最優(yōu)跨距是確保主軸系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、高效的主要因素，為此技術(shù)人員需在保持主軸整體長(zhǎng)度不變情況下，靈活調(diào)整前端與后端軸承，在軸承跨距調(diào)整過(guò)程中，利用結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)跨距動(dòng)靜態(tài)性能進(jìn)行分析，繼而找出符合主軸系統(tǒng)運(yùn)行的最優(yōu)跨距；二是確定軸末端縮短距離。主軸系統(tǒng)性能受軸末端長(zhǎng)度變化影響，為此技術(shù)人員需在超重型臥式數(shù)控車床主軸系統(tǒng)基礎(chǔ)上，進(jìn)行初始建模，以軸末端長(zhǎng)度為變量，進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能分析，研究不同軸末端長(zhǎng)度對(duì)主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響，找出最優(yōu)軸末端縮進(jìn)距離；三是確定孔徑大小。在主軸系統(tǒng)中，孔徑變化會(huì)對(duì)其在超重型臥式數(shù)控車床制造體系中產(chǎn)生影響，為此技術(shù)人員在優(yōu)化設(shè)計(jì)主軸前端與后端縮進(jìn)距離同時(shí)，需結(jié)合縮進(jìn)調(diào)整值，設(shè)置主軸孔徑擴(kuò)大或縮小值，確?？讖酱笮》现鬏S動(dòng)態(tài)運(yùn)行需求；四是優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)比。為確保主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能研究更加科學(xué)有效，為優(yōu)化設(shè)計(jì)主軸系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，確保主軸系統(tǒng)運(yùn)行符合超重型臥式數(shù)控車床生產(chǎn)需求，技術(shù)人員需在優(yōu)化方案制定完備后，利用ANSYS等軟件對(duì)主軸動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行系統(tǒng)分析，對(duì)其運(yùn)行頻率、工作效率、體積、質(zhì)量、變形量、剛度等因素進(jìn)行綜合衡量，確保優(yōu)化設(shè)計(jì)符合生產(chǎn)需求，達(dá)到提升生產(chǎn)成效的目的，繼而提升優(yōu)化改造科學(xué)性，避免盲目改造造成生產(chǎn)成本浪費(fèi)，達(dá)到提升生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益的目的[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)作為工業(yè)制造大國(guó)，需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，對(duì)制造工藝、設(shè)備、體系等進(jìn)行優(yōu)化，為此超重型臥式車床作為生產(chǎn)大型工件的重要制造體系，需通過(guò)分析主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，得出系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方略，推動(dòng)數(shù)控機(jī)床制造體系良性發(fā)展，為生產(chǎn)企業(yè)獲取更高經(jīng)濟(jì)收益奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷宇.超重型臥式車床尾座套筒熱伸長(zhǎng)的補(bǔ)償及抗震、緩沖的結(jié)構(gòu)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2015（02）：71-72.

[2]汪青崟.超重型臥式車床主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能研究[D].青海大學(xué)，2016.

[3]周啟慧.超重型臥式鏜車床靜壓中心架潤(rùn)滑性能研究[D].哈爾濱理工大學(xué)，2015.