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定梁龍門（mén）移動式數控龍門鏜銑床總體（tǐ）方案設（shè）計

2016-10-17 來源：沈機集團昆明（míng）機床股份有限公司作者：彭梁鋒，王元倫，張文坤，李紹萍

摘要：從工藝方案設計、運動和傳動方案設計、主要技術參數的確定（dìng）、整機（jī）布局設計4個方麵完成了某型數控龍門鏜銑床的總體方案（àn）設計，構建了一套切實可行的機（jī）床總體方案設計流程，為該機床下（xià）一步設（shè）計製造的順利完成鋪平了道路。

關鍵詞：數控龍門鏜銑床；總體方案；設計流程

機床的（de）總體方案設計（jì）是機床設計中的重要部分．對機床的技術性能和經濟（jì）適應性有著決定性的影響。某（mǒu）型數控龍門（mén）鏜銑床是一型大型（xíng）定梁動龍門數（shù）控龍門鏜銑床，其總體（tǐ）方案設計（jì）的主要內容‘卜21如圖1所示。

圖1總體方案設計的主要內容

該型數控龍門鏜銑床（chuáng）是（shì）一種通用機床（chuáng），工藝適用（yòng）範（fàn）圍廣，主要加工基礎（chǔ）大件、板件、盤類件、殼體（tǐ）件等多種類型的零件。對於通用機床，常（cháng）選用在該機床上用得最多的常用工序或（huò）極限工序和與此相應的切削用量，構成通用機床的典型加工條件。確定典型加工條件是計算機床運動參數和動力參（cān）數的前提。該數控龍門鏜銑床典（diǎn）型加工條件選擇如下：

(1)用硬質合金雙刃鏜刀鏜灰鑄鐵孔：刀具直徑d=1 000 mm，工件材料為蚴（yòu），切削速（sù）度（dù）穢=125m／min，進給速（sù）度廠=15 mm／min，切削深度口（kǒu）。=15 mm。

(2)用高速鋼鑽頭鑽削灰鑄鐵工件孑L：刀具直徑d=80 mm。工件材料（liào）為HT200，切削速度／3=10m／min，進（jìn）給量廠-40 mm／min。

(3)用硬質（zhì）合金端麵銑刀銑灰鑄鐵平麵：刀具直徑d=350 mm，刀（dāo）齒數為20，工件材料為H'1200，切削速度秒=137．4 m／min，進給量（liàng）廠=500 mm／min，切削深度口。=10 mln，切削寬度Ⅱ。=300 mm。

1 .機床運動和（hé）傳動方案設計

機床加工的實質在於通過（guò）加工刀具（jù）和工件（jiàn）之間的相對運動，使刀具刀刃對工件毛坯產生切削作用，把毛坯上多餘的金屬切掉，而使（shǐ）零件的加工表麵成型。該型數控龍門鏜銑床需要實（shí）現大重型零部件複雜型麵的加工，為（wéi）此需要（yào）實現x、y、z三軸聯動(加裝AC銑頭後可實（shí）現五軸聯動)，采用伺服控製保（bǎo）證傳動係統傳遞給定的扭矩和轉速。為（wéi）減輕移動部件的質量，提高加工精度，運動分配采用工件固（gù）定不（bú）動、刀具具有3個垂直方向的直線運動的方式。最終（zhōng）設計該型數控龍門鏜銑床的運動功能圖如圖2所示。

1．1主運動

該機（jī）床的主（zhǔ）運動C。為銑軸的回轉運動，機床主傳動係統采用交（jiāo）流伺服電機無級調速與機械變速（sù）箱有級調速相結合的方式，既實現了大（dà）的恒功率調速（sù）範圍，又兼顧了低速（sù）時的大扭矩。且主軸安裝了（le）位（wèi）置編碼器實現主軸的準停功能。主傳動係統簡圖如（rú）圖3所示。

圖3主傳動係統簡圖

1．2進給傳動（dòng）

機床（chuáng）x坐標軸（zhóu）(龍（lóng）門軸)為機床兩側立柱滑座相對（duì）於床身的水（shuǐ）平直線運動，x軸龍門單邊進給（gěi）機構采（cǎi）用雙伺服電機經行星減速器（qì）減速後驅動高精度（dù）齒輪齒條的傳動結（jié）構，導軌采用恒流式閉式靜壓導軌，檢測係統采（cǎi）用光柵閉環反（fǎn）饋。機床y坐標進給機構采用伺服（fú）電動機經同步齒形帶減速後帶（dài）動螺母旋轉的滾（gǔn）珠絲杠的傳動（dòng）結構，導軌采用耐磨貼塑材料與高（gāo）剛性滾動體配合的滾滑複合導軌。采用光柵閉環檢測反饋。機床z坐標進給（gěi）機構采（cǎi）用伺服電動機經同步齒形帶減速後帶動（dòng）絲杠旋轉的的（de）滾珠絲杠的傳動結構。伺服（fú）電（diàn）機帶抱閘控製；導軌采用2條高剛性直（zhí）線導軌，采用光柵閉環檢測反饋。該型數控龍門鏜銑床的傳動係統如圖4所示。

2.機床技術（shù）參數（shù）的確定

2．1 主（zhǔ）參數

機（jī）床主（zhǔ）參（cān）數（shù）是代表機床規格大小（xiǎo）及反映機床最（zuì）大加工能力的一種參數。龍門式（shì）鏜銑床的主參數是工作台麵寬度㈨，該型數控龍門鏜銑床的主參數（shù）為工作台麵寬度4 000 mm。

2．2尺寸（cùn）參數

在對用戶（hù）進行廣泛調研並參照國內外（wài）同類型產品的基礎上，確定此機床的（de）主要結構尺寸參數。將該（gāi）型數控龍門鏜銑床基（jī）型產品的工作台長度定為16 000rain，工作台載質量（liàng）定為25 t／m．能（néng）夠滿足大部分用戶的加工需求，同時將工（gōng）作台、床身（shēn）等（děng）組（zǔ）件按模塊化思想設計，可以根據用戶的需求訂製。此外為了兼顧頭（tóu）庫的安裝方式，將基型產品的石軸行程(龍門行程)定為16 500 mln。參照國內（nèi）外同類型產品，如將龍門過寬定（dìng）為5 100 mm。由於換刀等（děng）其他功能實現的需要，y軸行程略大於龍門（mén）過寬，確定為5 300nun。根據（jù）加工工藝（yì）調研（yán），確定工作台麵距主軸端麵的距離，如將主軸端麵距工作台（tái）麵最大距（jù）離定為2 500 mm，最小距離定（dìng）為1 000 mln，則（zé）z軸行程(滑枕行程（chéng）)為1 500 I／lln。最後確定（dìng）滑枕截麵與主軸錐孔規（guī）格（gé）。如將該機床（chuáng）將滑枕截（jié）麵（miàn）定為480 mmx580inlll．主軸錐孔定為IS060。

2．3運（yùn）動參數

2．3．1主運動參數

在對典型（xíng）工藝過程進行分析計算(計算過程（chéng）見第2．4節)並參照國內外同類型產品的基（jī）礎上，確定（dìng）主軸的轉速範圍為5～1 600 r／min，最（zuì）大扭矩5 000N·m。采用交流伺服電機無級調速與（yǔ）齒輪變速箱有級調速相結合的方式（shì）。主電機采用德國西門子1PH7．186型交流主軸電機．額（é）定轉速1 000 r／min，最高轉速3 500 r／min。機械變速箱采用兩（liǎng）擋（dǎng）滑移齒輪變（biàn）速機構，低速擋傳動比10．1，高（gāo）速檔傳動比2．15。圖5、圖6分（fèn）別為轉速圖及功率扭矩圖。

2．3．2進給運（yùn）動參數

(1)x軸進給運動

x軸進給傳（chuán）動係統采（cǎi）用伺（sì）服電動機（jī）經行星減速器減速後驅動齒輪齒條的傳動結構。伺服電機采用SIE．MENS 1FT6伺服電動機實現無級調速，可以實現x軸1～10 000 mm／min的進給速度。

第10期彭梁鋒等：定梁龍門移動式數（shù）控龍門鏜銑床總體方案設計-25·

(2)Y軸進給運動

y軸進給傳動係統采用伺服電（diàn）動機經（jīng）同步齒形帶減（jiǎn）速後驅動螺母旋轉的滾珠絲杠帶動溜板運動的傳動結（jié）構。伺服電（diàn）機采用SIEMENS 1FT6伺服電動機實現無（wú）級調速．可以實現y軸1～8 000 mm／min的（de）進給（gěi）速度。

(3)z軸進給運動

z軸進給傳動係統采用伺服電動機（jī）經同步齒形帶減速後帶動絲杠（gàng）旋轉（zhuǎn）的滾珠絲杠（gàng）來帶動滑枕上下運動的（de）傳動方式。伺服電（diàn）機采用SIEMENS 1bT6伺服電動機實現無級調速。可以實現z軸1～5 000 mm／min的進給速度。

2．4動力（lì）參數

機床的動力參數即是驅動機床的各種驅動裝（zhuāng）置(如電動機、液壓缸等)的功率、扭矩等參數。機床動力參數的確定是依據典型工況下（xià）機床切削載（zǎi）荷的計算。

2．4．1數控龍門鏜銑床鏜孔（kǒng）工況下的切削（xuē）載荷

2．4．2數控龍門鏜銑床鑽削工（gōng）況下的切（qiē）削載荷

2．4．3數控龍門鏜銑床銑削（xuē）工況下的切削載荷

采用硬質合金端銑刀銑削灰鑄鐵時主切（qiē）削力計算公（gōng）式如下：

切（qiē）削（xuē）扭矩（jǔ）和（hé）切削功率可分（fèn）別（bié）由式計算。

經（jīng）計算。該型（xíng）數控龍門鏜銑床加工過程中的最大（dà）扭矩由典型鏜削工藝工況(1)確定，所受最大扭矩為4 919 N·m：最大軸向抗力由典型鑽削工藝工況(2)確定，所受最大（dà）軸向抗力為49 870 N；最大功率由典型銑（xǐ）削工藝工況(3)確定，銑削最大（dà）功率為50．6 kW。該機床的動力參數需滿足以上3種典型加工工況的需要．為此（cǐ）將該型數控龍門（mén）鏜銑床的最大切削功率定為51 kW，最大扭矩定為5 000 N·in，最大軸向抗力定為50 000 N。

3.整機布局設計

該數控龍門銑鏜加工（gōng）中心采用模（mó）塊化設計的方法進行開發，根據用戶的不同需（xū）求，對（duì）各（gè）功能模塊進行選（xuǎn）擇和組合，構（gòu）成不同功能或不同規格的產品，加（jiā）速產品開發進程，縮（suō）短產品（pǐn）開發周期，實現產品的係列化和產（chǎn）業化。它主要由14個功能模塊組成：即床身部件功能模塊、滑座部件功能部件、工作（zuò）台部件（jiàn）功能部件、立柱部件功能（néng）模塊、橫梁部件功能模塊、主軸係（xì）統功能模塊、溜板功（gōng）能模（mó）塊、附（fù）件功能模塊、刀具自動交換功能模塊、安全防護（hù）及操縱係統功能模塊、靜壓係統功（gōng）能（néng）模塊、液壓係統功能模塊、潤滑冷卻係統功能模塊、電（diàn）氣控製係統功能模塊。該數（shù）控龍門銑鏜加工中心整機組成及功能模塊如圖7所示。

4.結（jié）論

先對該型數控（kòng）龍門鏜銑床做（zuò）了工藝分析．進而確定了機床的運動和傳動方案，通（tōng）過調（diào）研、分析以及典型工況的切削載荷（hé）計算確定了機床（chuáng）的主要技術參數，最後對機床做了整（zhěng）機布局設計。後續的詳細設計、分析及樣機的製造證明（míng）該方案是合理可行的。該方案的設計為機床（chuáng）性能指標的實現和（hé）製造（zào）的順利完成奠定了基礎，同時為其他同類型機床的方案設計提（tí）供了參考。

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