摘要：傳動係統是機床運（yùn）行的核心部件，以ZQ3080×20型搖臂鑽床為例，闡述了搖（yáo）臂（bì）鑽床機（jī）械傳動係統和液壓（yā）控製係統的工作原理，分析了機床在運行中常見的轉速丟失和混亂、轉矩不足的故障現象，為使用者更好的維護機（jī）床，快速進（jìn）行故障診斷提供參考。

  
      0、引言

   
     搖臂鑽床是（shì）一種廣泛應用於孔加工的機床。目前，機加工分廠使用的鑽床主要有ZQ3080×25型、ZQ3080×20型，主要用於鑽孔、擴孔、攻螺紋等工作[1]。

     1、機械傳動係統原理

     搖（yáo）臂鑽床機械傳動係統複雜，變速級數多，變速範圍大，以ZQ3080×20型搖臂鑽床為（wéi）例，主軸（zhóu）變速傳動機構安裝在主軸箱上（shàng）部，主軸傳動係統如圖1所示。

                                          圖1 主軸傳動係統圖    

   5、6. 二聯滑移齒輪9、10. 二聯滑移齒輪16、17. 內外齒滑移齒輪21、22. 二聯滑移（yí）齒輪其餘. 齒輪注：（圖中數字（zì）為（wéi）齒輪齒（chǐ）數）。
                                     

      主傳動上設有8根傳動軸Ⅰ-Ⅷ，在第Ⅱ軸上設有主軸正反轉摩擦離合器，它可使主軸平穩無衝擊的變換旋轉方向，並可防止電機過（guò）載。在Ⅵ軸上設有扭矩保險離合器，當主軸負荷超過允許最（zuì）大扭矩的25%時，離合器（qì）打滑，防止（zhǐ）損壞傳動係統的其他環節（jiē）。在Ⅶ軸上安設的滑移齒輪，可實現主軸空檔。主軸的變（biàn）速通過Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ四根軸上的二聯滑移齒（chǐ）輪，與固定齒輪（lún）間的不同齧合，使主軸可以獲得2×2×2×2=16個轉速（sù）級數（shù），轉速範圍由20 r/min～1 600 r/min，它的變速（sù）範圍及傳動路線表達式[2]如下：

      由上述表達式及（jí）不同狀態下各（gè）齒輪副齧合的傳動比繪製的轉速（sù）圖（tú）如圖2所示。

                                          圖2 主軸轉速圖

     IX-XIV 為主軸進給量傳動機構，其結構（gòu）型式，安設位置，結構上（shàng）的安排均與主軸變速傳動機構相似，如（rú）圖1所示。

      在日常的加工中，工人一般使用的速度有100 r/min、125 r/min、200 r/min 及250 r/min。以（yǐ）125 r/min為例，由圖1及（jí）圖2可知（zhī），此時主軸上的（de）4個二聯齒輪動作，Ⅲ軸上的滑移齒輪6與Ⅳ軸固定齒輪8齧（niè）合，Ⅳ軸上的滑移齒輪21與Ⅴ軸的固定齒輪20齧合，Ⅴ軸的滑移齒輪10與（yǔ）Ⅵ軸的（de）齒輪12齧（niè）合，Ⅶ軸的滑移齒輪內外齒輪分離，內齒16與Ⅵ軸的12齧合，形成如下的傳（chuán）動過程，輸出轉速為125 r/min。
 

        2、液壓控製係統原理

      滑移齒輪的移動換位（wèi）是由液壓係（xì）統控製的，操縱機構液壓係統安裝在主軸箱上，用以實（shí）現主軸（zhóu）正反轉、停車（製動）、空擋，預（yù）選（xuǎn）及變速（包括“緩速”），潤滑主軸變速和主軸進給變速傳動係統的各零部件等，操縱機構液壓（yā）原理圖如圖3所示。

     2.1主軸停車

     主軸（zhóu）停車（chē），如圖3所（suǒ）示為125 r/min主軸停車（chē）狀態，此時（shí）主電機帶動齒輪泵旋轉，整個液壓係統處於低壓狀態，從齒輪泵（bèng）輸出的油液，其中大量的油液經管路②流入操縱閥2的a孔，經操縱閥油路轉換後由閥1的中心孔，再到C-C截麵的橫向孔（kǒng）和管路③流入分流器，經分流器（qì）分流後到各個潤滑處，最後回到安放在主軸箱上的油池。另一部分油液（yè）經B-B截麵的管路⑧到製（zhì）動軸的（de）油缸9內（nèi），由於液壓係統內的油為低壓油，製動摩擦離合器11在彈簧10的作用下被壓緊，使製動軸上的齒輪不能轉動，主軸立即停（tíng）車。

     2.2主軸（zhóu）正轉

     主軸正轉，將操縱手柄19轉至主軸正轉的位置時，閥1相對於閥（fá）2順時針旋轉45°，參見正轉E-E截麵，管路（lù）③的油源被切斷，使液壓係統形成壓力油，從齒輪泵輸出的壓力油到達閥（fá）2的a孔，其（qí）中的一股壓（yā）力油（yóu）經操縱閥轉換後，經由管路⑧流入製動軸的油（yóu）缸（gāng）9，推動活（huó）塞向下運動壓縮（suō）彈簧10，鬆開製動（dòng）摩擦離合器11，為主軸旋轉（zhuǎn）創造條件。另一股壓力油經操縱閥油路變換後，由閥（fá）1的中心孔流（liú）入E-E界麵的c孔，再到（dào）A-A截麵的管路⑤流入油缸18，向上推動活塞（sāi）17和撥叉13，壓緊主軸正轉摩擦離合器（qì）14，接通了主電機到（dào）主軸的傳動鏈，使主（zhǔ）軸正轉。油缸（gāng）15中的油液經（jīng）管路⑥流進A-A截麵的b孔（kǒng），再經E-E截麵流（liú）入閥1 的橫向槽和經D-D 截麵的環形槽及d孔，流入（rù）C-C 截麵的管路（lù）③，經分流器回到（dào）油池（chí）。上述過程，在轉動手柄19到正轉的位置的瞬間即可完成。主電機帶動齒輪泵繼續（xù）旋（xuán）轉，油泵輸出的油液除保持液壓係統處於鎖定壓力狀態外，大部分油液經溢流閥（fá）和分油器，潤滑（huá）主（zhǔ）軸（zhóu）變速和主軸進給傳動（dòng）係統的諸部件，最後（hòu）回到油（yóu）池。

     2.3主軸反轉

     主軸反轉，主軸反轉與主軸正（zhèng）轉相似，將操縱手柄19轉到反轉位置，閥1相對閥2逆時針旋轉45°，參見反轉E-E截麵。液壓泵來油（yóu）經油管（guǎn）②流入C-C截麵（miàn）的a孔（kǒng），經操縱閥轉換後，壓力（lì）油由E-E截（jié）麵的b孔，流到A-A截麵的管路⑥進入油缸15，向下推動（dòng）活塞16和撥叉13，壓（yā）緊主軸反轉（zhuǎn）摩擦離合器12，使主軸反轉，油缸18中的油液由油管（guǎn）⑤流入A-A截（jié）麵的c孔，經操縱閥轉換後（hòu）經C-C截麵的d孔流入油管③，最後流（liú）回（huí）油池。在主軸正傳或反轉的過程中（zhōng），也可以旋轉旋鈕3和4，預（yù）選主軸轉速或進給量。當工作完成時，將手柄19轉回停車位置，主軸停車，油路分配如前述—主軸停車。

      2.4 主軸變速（sù）

     主軸變速與緩速，主軸停車、正轉（zhuǎn）、反（fǎn）轉是在水平方向轉動（dòng）操縱手柄19，而主軸變速與空檔則是在垂直（zhí）方向轉動操縱（zòng）手柄，如圖3所示。當將手柄19搬至變速位置時，閥1相對於（yú）閥（fá）2向上移動（dòng）一個位置，即（jí）圖3中閥1 中A-A截麵至E-E截麵相對於閥2 上移一個位置，A-A截麵閥（fá）1的截麵應為B-B截麵閥1的截麵形狀，B-B截麵閥1的截麵應（yīng）為C-C 截麵閥（fá）1 的截麵形狀，依此類推。從（cóng）油（yóu）泵輸出的壓力（lì）油（yóu）從油管②流入C-C截麵的閥2的a孔（kǒng），再經操縱閥（fá）油路變換後，流到D-D截麵的管（guǎn）路④，參見（jiàn）變速D-D截麵，進入主軸轉速預選閥21 和主軸進給量預選（xuǎn）閥22，如圖3 所示，每個預選閥控製著（zhe）4個液壓缸，實現16級速度變換。其中一股壓力油直接流進各變速油缸的下腔，另（lìng）一股壓力（lì）油經預選閥21、22的油（yóu）路變換後流進各變速油缸的上腔（qiāng），由帕斯卡原理，油缸的上（shàng）下兩（liǎng）腔的（de）壓強相等，但由於上腔麵積大於裝有活塞杆的下腔麵積，由公式[3]F=P×S 知（zhī），上腔壓力大於下腔壓力，形成壓力差（chà），當（dāng）壓力（lì）油從上腔流進（jìn），將推動活（huó）塞杆向下移動，帶動傳動軸上的滑移齒輪脫開或齧合，實（shí）現變速。當油缸的（de）上腔液壓油與21、22的回油口接通，壓力油流回油池，活塞在下腔的壓力油的作用下向上移動，帶動傳動軸上的滑移齒輪做（zuò）反方向移動，重新調整滑移齒輪的位置，實現變速。具體哪（nǎ）個油缸上腔進油或回油，決定於預選閥（fá）21和22的所選定的（de）主軸速度和進（jìn）給量。

                                                        圖（tú）3 操縱機構液壓原理圖

        1. 操縱閥閥1 2. 操（cāo）縱閥閥2 3. 主軸轉速預選（xuǎn）旋鈕4. 主軸進給量預選旋鈕5、6、7. 三位液壓缸活（huó）塞8. 限位卡圈9. 製動液壓缸10. 彈簧11. 製動摩擦離合器12. 反轉摩擦離合器（qì）13. 撥叉14. 正轉摩擦擦離合器（qì）15. 反轉液壓缸16. 反轉液（yè）壓缸活塞17. 正轉液壓缸活塞18. 正轉液壓缸19. 操縱手柄20. 彈簧21. 主軸轉（zhuǎn）速預選閥22. 主（zhǔ）軸進（jìn）給量預選閥

      圖3所示為轉速125 r/min，進給量為0.4 mm/min的活塞（sāi）杆在變速油（yóu）缸（gāng）內（nèi）的位置（zhì）。與壓力油流進（jìn）D-D截麵的管路④的同時，從閥（fá）1的（de）中心孔和十字孔流進E-E截麵閥2的b孔和c孔，參見變速E-E截（jié）麵，再經A-A截麵的管路⑥和⑤，流入油缸15和18，因活塞17比活塞16的直徑大，產生壓力差，活塞（sāi）17帶動撥叉13向（xiàng）上緩慢移動，逐漸（jiàn）壓緊主軸正傳摩擦（cā）離（lí）合器14，接通主電機到主軸的傳動鏈，使主軸緩（huǎn）慢轉動，稱之為“緩速”。緩速的目的在於使滑移齒輪能比較順（shùn）利地進入齧合位置，而避免齒頂齒現象發生。

      如（rú）果將手柄19向下（xià）搬（bān）到變速位置時（shí），主（zhǔ）軸（zhóu）已開始轉動（dòng），表明各變速油缸（gāng）內的活塞移（yí）動完畢，滑移齒輪已移動到新（xīn）的位置進入齧合狀態，變速已（yǐ）經完成。此時，鬆開手柄19，在閥1杆上彈簧20作用下，自動複位到主軸停車（chē）位置，接著便（biàn）可以開車（正轉或反轉） 進行工作。由於閥（fá）1和閥2恢複（fù）到主軸正轉或反轉的位置，切斷了通往預選閥21、22和各變速油缸上下腔的油路，各滑移（yí）齒輪在（zài）各（gè）自的（de）彈簧定位下進行工作。

      2.5主軸空檔

     主軸空檔，將手柄19 向上搬（bān）到主（zhǔ）軸空檔（dàng）位置（zhì），閥1相對於閥2向下位移一（yī）個（gè）位置，即圖3中閥1 中A-A截麵至E-E截麵相對於閥2 下移一個位置，B-B截麵閥（fá）1的截麵（miàn）形狀應為A-A截麵（miàn）閥1的截麵形狀，C-C截麵閥1的截麵應為B-B截麵閥1的截麵形（xíng）狀，依此類推。從油泵輸出的壓力油，經管路（lù）②流（liú）到C-C截（jié）麵閥2的a孔，再經操縱閥油路變換後，最（zuì）終流入（rù）D-D截麵的管路⑦，參看主軸空擋D-D截麵，同時流進三位油缸（gāng）的上下腔，上腔的（de）活塞7向下頂活（huó）塞6直到活塞7被卡圈（quān）8限位為止，下腔活塞5向上（shàng）移動與活塞6相遇，因活塞5麵積小於活塞7的麵（miàn）積而（ér）不能頂回活塞6。此時（shí），Ⅶ軸上的滑移齒輪處於中間脫開的位置（zhì），這樣可以輕便的旋轉主（zhǔ）軸，這時，g腔的（de）油液經管路④流入到D-D截麵閥1的軸向槽和環形槽，與閥2 的d孔共同經C-C截麵閥2橫（héng）向（xiàng）孔和（hé）管路③，經分流器去潤滑，最後（hòu）流回油池。若活塞6處於下（xià）位置向中間（jiān）位置（zhì）移（yí）動（dòng）時，f腔的油液經油管和預選閥21流回油池。當主軸正在進行變速、正（zhèng）轉、反轉時，或處於空檔狀態（tài）時（shí），液壓係統除保持原狀（zhuàng）態用油（yóu）外，大部（bù）分油液經溢流閥和主軸操縱（zòng）閥潤滑主軸變速和進給變速傳動係統各零部件。

     3、故障分析

     機床常見的故障（zhàng）原（yuán）因有齒輪打齒，齒輪軸彎曲變形或（huò）折斷，滑移齒輪定位彈簧卡子失效等，這些機械故障會造（zào）成齒輪齧合不到位，出現“丟（diū）轉”和轉速混亂現象。同時，液（yè）壓係統（tǒng）供油（yóu）壓（yā）力（lì）不足或是係統漏油、混入（rù）空氣，會影響控製滑移（yí）齒輪換位的液壓缸活塞行程，也會造（zào）成主軸（zhóu）“丟轉（zhuǎn）” 和混亂。當油缸15、18內的彈簧折斷造成撥叉行程不足或是摩擦片過熱（rè）咬合縮短間隙，增大撥叉行（háng）程等，都會使撥叉壓不緊摩擦（cā）片，會造成（chéng）機床正反轉啟動慢，輸出扭矩不足。而出現在（zài）油缸9處，則會造成刹車失靈。此外還有軸承、密封件、液壓閥、油液的清潔（jié）度等。