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超重型臥式（shì）車床主（zhǔ）軸係統動態性能研究

2019-3-19 來源：齊齊哈爾二機床（集（jí）團）有限責任公司作者：關誌偉

摘　要：隨著（zhe）我國機械製造技術不斷發展，數控加（jiā）工係統（tǒng）內功能運行穩定性逐漸提升，為提高產品（pǐn）綜合質量奠定堅實基礎。本文通過對超重型（xíng）臥式車床主軸係統動態性能進行研究，以期為推動我國數（shù）控機床製造產（chǎn）業良性發展，提供行之有效的理論參考依據。

關鍵詞：超重型（xíng）臥式車床；主軸係統；動態性能

　主軸係統在超重型臥式數控機床運行係統（tǒng）中較為重要，作為生產大型工件的數控製（zhì）造係統，該係（xì）統運行穩定（dìng）性、精準性，關（guān）乎數控機床加工生產總體成效，一旦主軸係統動態性能（néng）無法（fǎ）得到保障，將（jiāng）直接影響產品綜合質（zhì）量。基於此，為了使當前超重型臥式車床生產加工成效得以提升（shēng），數控（kòng）係統生產（chǎn）質量得到保（bǎo）障，研究主軸係統動態性能顯得尤為重要。

1　、超（chāo）重型臥（wò）式車床主軸係統動（dòng）態性能分（fèn）析

　　ANSYS 軟件研究可知，超重型臥（wò）式車床主軸（zhóu）係統動（dòng）態（tài）性能分析，可從以（yǐ）下幾個方麵著手：一是主軸箱。在主軸箱中有五根采用齒輪傳（chuán）動的傳動軸，具（jù）有傳動精準、穩定性（xìng）高、傳動軸使用壽命長、傳動效率高、承載扭矩能力（lì）強、適用範圍廣（guǎng）等優勢，繼（jì）而提升主軸箱布局科學性，在緊湊合理的齒輪傳動過（guò）程（chéng）中，確（què）保超重型臥式機床按照生產目標高效完成製造任務。CK61450 超重型（xíng）數控（kòng）臥式車（chē）床圓周速度為300m/s，傳遞功率為數萬千瓦；二是主軸係（xì）統。

將斜齒圓（yuán）柱齒輪裝配（pèi）在主軸中部位置，在斜齒圓柱齒輪（lún）前端安置卡盤，卡盤為裝夾工件，圓柱滾子軸承為主軸前後支（zhī）撐體（tǐ）係，主軸係統（tǒng）為確保動態性能（néng）運行穩定可靠，將兩組圓柱滾（gǔn）子推力軸承安置在齒輪前部，在提主軸軸向運行剛度基（jī）礎上（shàng），可抵消主軸係（xì）統動態運行過程中，產生的軸向分力，確保主軸係統（tǒng）動態（tài）性能更加穩定，為提升超重型臥式車床生產能力奠定基（jī）礎（chǔ）；三（sān）是工況分析。相較（jiào）於（yú）一般數控臥式機床，超重型臥式數控機床工況差異性較為明顯，以CK61450 型超重臥式數控機床為（wéi）例（lì），其加工生產工件平均重量在70t 左右，這就造成主軸係統在生產製造過程（chéng）中，需承受極大扭矩且運動速度較慢，平均主軸轉速在0.5-69.4r/min 範圍內。這種有別於常的機床加工狀（zhuàng）態，需要（yào）主（zhǔ）軸係統運行極為穩定（dìng），使其動靜態特性均在超重型數（shù）控機床（chuáng）生產加工要求範圍內，達到滿足主軸係統（tǒng）動（dòng）態運行工況的目的。

　　通過利用ANSYS 軟件對以（yǐ）CK61450 為例的超重型臥式數控機床主軸動態性能進行分析可知（zhī），超重型數控機床若想得到有（yǒu）效運行，各項工能均可有效（xiào）落實，數控機床（chuáng）設計人員（yuán）需從實際出發，結合超重型臥式數控機床主軸箱、數軸係統（tǒng）及其運行工況，探究（jiū）其優化設計方略，繼而達到提升超重型臥（wò）式機床主軸係統動態性能的目的。

2、超重型臥式車（chē）床主（zhǔ）軸結（jié）構（gòu）優化設（shè）計

2.1　優化（huà）設計原理（lǐ）

　　超重型臥式數（shù）控機床主要生產大型工件，一旦在該生產係統中出現主軸係統動態性能不穩定現（xiàn）象，將阻滯（zhì）數（shù）控係統生（shēng）產性能，伴隨我國科學（xué）技術不斷發展，數控機床主軸係統動態性（xìng）能（néng）若想得以（yǐ）提升，設計人（rén）員需秉持與時俱進精（jīng）神，做好結構優化設計，其設計原理需從實際出發，進行結構動靜態分析，找出組織係統性（xìng）能（néng）穩定提（tí）高的問題，結合超重型臥式數控機床產品製造需求，進行結（jié）構修整，在利用ANSYS 等軟件對（duì）主軸（zhóu）係統動態性能進行分析，探究優化設（shè）計方略是否（fǒu）滿足超重型臥式數控車床高效（xiào）生產需求，如若滿足（zú）結構修整需（xū）求，則落實結構優化操作[2]。

2.2　主軸係統優化設計方略

　　一是確定（dìng）軸承跨距，適當調整軸（zhóu）承跨距。最優跨距是確保主軸係統運行穩定、高效的主要因素，為此技術人員需在保持主（zhǔ）軸整體長（zhǎng）度不變情況下，靈活調整前端與後端軸承，在軸承跨距調整過程中，利（lì）用結構分析軟件對跨距動靜態（tài）性能進行分（fèn）析，繼而找出符合主軸係統運行的最優跨距；二是確定軸末端縮短距離（lí）。主軸係統性能受軸末端長度變化影響（xiǎng），為此技術人員需在超重型（xíng）臥式數控車（chē）床主軸係統基（jī）礎上，進行初始建（jiàn）模，以（yǐ）軸末端長度為變量，進行動態性能分析，研究不同軸末端長度對主軸（zhóu）係（xì）統動態性能的影響，找出最優（yōu）軸末端縮進距離；三是確定孔徑大（dà）小。在主軸係統中，孔徑變化會對（duì）其在超（chāo）重型臥式數控車床製造體係中產生影響，為此（cǐ）技術人（rén）員在優化設計主軸前端與後端縮進距離同時，需結合縮進（jìn）調整值，設置主軸孔徑擴大或縮小值（zhí），確保孔徑大小符合主（zhǔ）軸動態運行需求；四是優化設計（jì）結果對比。

為確（què）保主軸係統動態性能研究（jiū）更加科（kē）學有效，為優化（huà）設計主軸係統奠定基礎，確保主軸係統運行符合超重型臥式數控車床生（shēng）產需求，技（jì）術人員需在優（yōu）化方案製定（dìng）完（wán）備後，利用ANSYS 等軟件對主軸（zhóu）動態性能進（jìn）行係統分析，對其（qí）運行頻（pín）率（lǜ）、工作效率、體積、質量、變（biàn）形量、剛度等因素進行綜合衡量，確保優（yōu）化設計（jì）符合生產需求，達到提升生產成效的目的，繼而提（tí）升優化（huà）改造（zào）科學性，避免盲目改造造成生產成本浪費，達到（dào）提升生產企業經（jīng）濟收益的目的[3]。

3、結束語

　　綜（zōng）上所述（shù），我（wǒ）國作為（wéi）工業製造大國（guó），需要結合實際生產需（xū）求，對製造工藝、設備、體係等進行優化，為此超重型臥式車床作為生產大型工件的重要製（zhì）造體（tǐ）係，需通過分析主軸係統動態性能，得出係統優化設計方略，推動數控機（jī）床製造體係良性發展，為生（shēng）產企業獲取更高經濟收益奠定基礎。

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