龍門銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

卜雪君

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

傳動(dòng)系統(tǒng)主要的作用是將動(dòng)力和工作過(guò)程中產(chǎn)生的力，通過(guò)動(dòng)力源的傳遞形式，有效地傳輸給其他機(jī)床執(zhí)行部件，主要目的是能夠更好的保證傳輸過(guò)程中，傳輸系統(tǒng)能夠具有良好的動(dòng)態(tài)特性，結(jié)合傳統(tǒng)的工作形式來(lái)看，傳動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)受到激振力距和激振力所造成的影響，從而造成傳動(dòng)系統(tǒng)中的軸組件發(fā)生彎曲。不利于機(jī)床的穩(wěn)定運(yùn)行。在銑床的應(yīng)用過(guò)程中，主軸箱的齒輪需要保持長(zhǎng)時(shí)間的高荷載和高速運(yùn)行，如果主系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，就會(huì)直接影響到機(jī)床加工的整體精度，傳動(dòng)齒輪在進(jìn)行切削工作開展的過(guò)程中，也會(huì)因?yàn)楦咚龠\(yùn)轉(zhuǎn)或者重載等問題對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)造成巨大的噪音和震動(dòng)，從而導(dǎo)致主傳動(dòng)系統(tǒng)部件遭到破壞，嚴(yán)重影響機(jī)床切削的質(zhì)量和精準(zhǔn)度，這就需要做好數(shù)控銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

1 數(shù)控龍門銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速

在進(jìn)行龍門銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝過(guò)程中，需要采用不同的配送方式來(lái)全面提高龍門銑床的加工速率，就需要在主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中選用無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)，目的是為了保證在原有的調(diào)速范圍內(nèi)，通過(guò)科學(xué)化的主軸切削處理來(lái)提高切削速度。主軸無(wú)級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)，主要分為高低擋兩端變速傳動(dòng)、直接升速或減速傳動(dòng)、高、中、低檔三段變速傳動(dòng)、直接一對(duì)一傳動(dòng)等形式。

在進(jìn)行齒輪兩檔變速機(jī)構(gòu)的選擇過(guò)程中，需要相對(duì)于經(jīng)濟(jì)的額定轉(zhuǎn)速來(lái)搭配無(wú)極調(diào)速電機(jī)，在得到轉(zhuǎn)速速度提高的同時(shí)，還能夠拓展恒功率所覆蓋的范圍，改善傳統(tǒng)的低速扭距，這種應(yīng)用方式，在較大切削加工區(qū)域較為常用。

直接升速和減速的傳動(dòng)方式，一般會(huì)選用同步帶傳動(dòng)方式，總體結(jié)構(gòu)上較為簡(jiǎn)化，在進(jìn)行升速傳動(dòng)時(shí)，可以全面提高轉(zhuǎn)速，但是所具有的恒功率范圍卻較小，低速扭距也會(huì)適當(dāng)?shù)臏p少，在進(jìn)行減速傳動(dòng)的過(guò)程中恒功率的范圍和主軸的扭距將會(huì)得到顯著提升，但是其擴(kuò)展的程度卻有一定的限制，所調(diào)節(jié)的最高轉(zhuǎn)速將會(huì)受到一定制約。

選用齒輪三檔變速機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，可以與轉(zhuǎn)速無(wú)機(jī)掉速電機(jī)進(jìn)行綜合性使用，全面提高轉(zhuǎn)速，并且能夠最大程度的擴(kuò)展恒功率覆蓋范圍，全面提升低速扭距，在一些大型的切削量加工區(qū)域較為常用，主要目的是抑制電機(jī)所具有的機(jī)械性能，保證齒輪的變速效果處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，但這一形式的應(yīng)用具有一定的困難性，必須將齒輪的多級(jí)化傳動(dòng)方式來(lái)作為發(fā)展和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，不利于最高轉(zhuǎn)速的有效調(diào)節(jié)。

一對(duì)一傳送的形式主要是通過(guò)同步帶的應(yīng)用來(lái)將電機(jī)和主軸之間所具有的組件進(jìn)行有效連接，構(gòu)成的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，能夠全面提高轉(zhuǎn)速，但是低速扭矩較小，只適用于輕切削區(qū)域，傳動(dòng)形式的多樣化發(fā)展，使其擁有不同的適用范圍，并且存在著優(yōu)缺點(diǎn)。因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要結(jié)合加工的具體需求和加工的實(shí)際情況，來(lái)選擇具有一定標(biāo)準(zhǔn)的傳動(dòng)方式。

2 龍門銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

（1）開停和制動(dòng)裝置。開停裝置的設(shè)計(jì)安裝目的是為了更好地控制主軸的啟動(dòng)和停止，一般情況下，我們所選擇的開停方式有直接開停電動(dòng)機(jī)和離合器開停兩種，我們?cè)谶x擇的過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的功率較小，就可以采用開停電動(dòng)機(jī)的方式來(lái)進(jìn)行主軸的啟動(dòng)和停止，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的功率較大，就可以采用離合器的應(yīng)用方式來(lái)進(jìn)行主軸的啟停控制。同時(shí)在裝卸工具和加工面測(cè)量的過(guò)程中，維修人員通常會(huì)希望機(jī)床能夠主動(dòng)地執(zhí)行快速停止運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)進(jìn)行刀具的更換，調(diào)整機(jī)床的位置，調(diào)速較為便利，具有自動(dòng)化和自動(dòng)轉(zhuǎn)向等優(yōu)勢(shì)，因此在磨床的工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)安裝過(guò)程中，液壓傳動(dòng)的應(yīng)用更為廣泛，除了工作臺(tái)的縱向往返運(yùn)動(dòng)之外，還有齒輪的快速進(jìn)退運(yùn)動(dòng)，通過(guò)液壓傳動(dòng)形式來(lái)保證監(jiān)定套筒的及時(shí)縮回，除了以上幾種形式，其余的都是由機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)的。

（2）傳動(dòng)系統(tǒng)慣性元件和彈性元件。為了保證軸上的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，需要在不同的軸安裝好慣性元件，一旦在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)，就需要通過(guò)齒輪、皮帶輪等軸上盤類零件進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，他們能夠通過(guò)動(dòng)力學(xué)來(lái)反映出轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量。因此，我們將這些元件稱之為慣性元件，我們?cè)谶M(jìn)行軸上慣性元件安裝的過(guò)程中，可以將這些質(zhì)量運(yùn)用到等效圓盤的創(chuàng)建過(guò)程中，將不同的質(zhì)量集中到軸的兩端，以減少扭轉(zhuǎn)變形問題的發(fā)生，彈性元件大多數(shù)都被應(yīng)用到等效圓盤之間的軸段上，在實(shí)際機(jī)床的運(yùn)行過(guò)程中，很容易發(fā)生剛度扭轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量疊加到剛性圓盤，因此我們需要適當(dāng)?shù)赜?jì)算出軸的扭轉(zhuǎn)剛度。

（3）傳動(dòng)系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行龍門銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析的過(guò)程中，我們需要通過(guò)傳遞矩陣法建模的理論，將軸上的齒輪設(shè)計(jì)為只有慣性，但是卻不具備彈性的慣性元件，并將其轉(zhuǎn)換到軸的兩端，這樣做的目的是將不同軸段之間所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量疊加到軸的慣性原件上，讓兩個(gè)慣性元價(jià)處于平均分配慣量的狀態(tài)。這時(shí)所造成軸的扭轉(zhuǎn)剛度，將會(huì)直接變成彈性的軸的扭轉(zhuǎn)剛度，在這一問題的解決過(guò)程中，我們可以制造出單量圓盤系統(tǒng)力學(xué)轉(zhuǎn)變模型，主要操作流程是將軸上的彈性軸段與持有剛性扭轉(zhuǎn)的圓盤轉(zhuǎn)移到同一軸線上，由傳統(tǒng)的多項(xiàng)軸線變成了單一軸線，在實(shí)際安裝應(yīng)用的過(guò)程中，齒輪的齒合處會(huì)逐漸減小自身的彈性。因此，工作人員可以將齒輪合并成慣性元件，并結(jié)合實(shí)際加工情況將所得到的模型參數(shù)轉(zhuǎn)化到現(xiàn)有的輸出軸上，避免電機(jī)的運(yùn)行對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)造成不利影響。

（4）傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。結(jié)合模型和軟件的設(shè)計(jì)結(jié)果來(lái)進(jìn)行參數(shù)的轉(zhuǎn)換，軸上所具有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)移到輸出軸上，讓輸出軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度，通過(guò)驗(yàn)證和研究所得到的動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)來(lái)建立起傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，改變?cè)膭偠群唾|(zhì)量。從建模所得的計(jì)算成果來(lái)看，傳動(dòng)軸剛度之所以會(huì)發(fā)生改變，主要是因?yàn)楸旧碓O(shè)計(jì)過(guò)程中的剛度不符合相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，軸承的剛度和不同軸承之間跨度不規(guī)范等問題，和軸質(zhì)量沒有聯(lián)系。因此，想要全面提高中間軸剛度，就需要減少軸承的跨距，為了減少軸的質(zhì)量和齒輪的質(zhì)量，還可以將軸縮短減小直徑。

3 總結(jié)

銑床的主傳動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用和質(zhì)量控制，能夠直接影響到數(shù)控龍門銑床的運(yùn)轉(zhuǎn)精度和可靠性，因此工作人員需要對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和關(guān)鍵部分進(jìn)行優(yōu)化，傳動(dòng)系統(tǒng)在日常工作中主要的內(nèi)容就是扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，通過(guò)適當(dāng)?shù)哪Ｐ蜆?gòu)建，來(lái)全面提高計(jì)算機(jī)的容量，滿足工程加工的需求，運(yùn)用能量平衡的理論對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)柔度進(jìn)行分析，制定出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)。本文主要分析了數(shù)控龍門銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速，通過(guò)開停和制動(dòng)裝置的應(yīng)用，傳動(dòng)系統(tǒng)慣性元件和彈性元件的改變，以及傳動(dòng)系統(tǒng)基本模型的建立，做好傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)。