風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座鏜削專用機(jī)床的設(shè)計(jì)

潘毅

（常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇常熟 215500）

風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座鏜削專用機(jī)床的設(shè)計(jì)

潘毅

（常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇常熟 215500）

根據(jù)某風(fēng)力發(fā)電機(jī)座的孔徑加工要求，結(jié)合其孔徑及孔深特點(diǎn)，提出了設(shè)計(jì)專用鏜削機(jī)床以實(shí)現(xiàn)該類大型零部件的鏜孔加工.實(shí)踐證明該方案在裝備投入以及在實(shí)現(xiàn)大型動(dòng)力裝備零部件高效率、高質(zhì)量的鏜孔加工方面具備優(yōu)勢(shì).

風(fēng)力發(fā)電機(jī)；鏜削；專用機(jī)床

大型動(dòng)力裝備在制造過程中經(jīng)常涉及大型零部件內(nèi)孔的鏜孔加工，如汽輪發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)座及大型汽輪機(jī)汽缸內(nèi)徑的加工等，這些零部件的內(nèi)徑具有直徑和長(zhǎng)度尺寸均大的特點(diǎn)，若采用大型的通用鏜削設(shè)備加工，則其裝備的投入一般在幾百萬元以上，并且加工過程也并不能完全保證高效率和高質(zhì)量.本文結(jié)合某風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座內(nèi)孔鏜削加工要求，設(shè)計(jì)鏜孔專用機(jī)床以實(shí)現(xiàn)該類工件內(nèi)孔的高效、優(yōu)質(zhì)及低耗的鏜削加工.

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座的加工分析及專機(jī)總體方案的形成

根據(jù)該工件的特點(diǎn)，從工藝方案看，可以通過精加工后的機(jī)座底面做定位基準(zhǔn)，采用工件進(jìn)給，刀具旋轉(zhuǎn)的鏜孔方式加工出各處的孔徑尺寸.為此考慮采用圖2所示的鏜孔專機(jī)方案[2].該方案的要點(diǎn)是，機(jī)床為類似臥式車床結(jié)構(gòu)，采用車床的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系統(tǒng).按照鏜削原理，由機(jī)床主軸電機(jī)帶動(dòng)位于主軸端部的X向拖板上的刀具旋轉(zhuǎn)；大質(zhì)量工件放置于工作臺(tái)，隨工作臺(tái)做Z向進(jìn)給運(yùn)動(dòng).其中Z向采用伺服電機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)構(gòu)成Z向進(jìn)給傳動(dòng)；而刀具被安裝于X向拖板隨其上的刀架內(nèi)作X向傳動(dòng)，X向拖板則由X向電機(jī)通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑塊作直線運(yùn)動(dòng)以形成X向進(jìn)給運(yùn)動(dòng).

圖1 某風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座的三維造型

2 鏜孔專機(jī)傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)

如圖2所示的鏜孔專機(jī)傳動(dòng)分為主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)兩部分.主傳動(dòng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于結(jié)合車床的鏜孔原理及該類工件孔深大的特征，需要把主軸作為刀桿考慮，因此主軸伸長(zhǎng)量應(yīng)大于最大孔深量.然后按照機(jī)床設(shè)計(jì)規(guī)范，從所切削工件的材料特性和毛坯留量，結(jié)合切削用量確定所需的最大切削力、轉(zhuǎn)速范圍及最大轉(zhuǎn)矩，從而確定主軸的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù).經(jīng)過上述設(shè)計(jì)計(jì)算，確定相應(yīng)的主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及主軸特性如圖3所示[3].

進(jìn)給傳動(dòng)的設(shè)計(jì)需考慮X、Z兩個(gè)方向.其中Z向傳動(dòng)參數(shù)的考慮，依據(jù)工作臺(tái)的受力分析和工件在主軸長(zhǎng)度方向的尺寸精度要求，采用了數(shù)控半閉環(huán)的傳動(dòng)方式.即Z伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠做Z向進(jìn)給傳動(dòng)，其工作速度可以在驅(qū)動(dòng)器中設(shè)定.在考慮工件重量、長(zhǎng)度及軸向切削分力等因素后，設(shè)計(jì)定制的滾珠絲杠直徑與長(zhǎng)度分別為?63 mm和3650 mm.

X方向的傳動(dòng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)是傳動(dòng)鏈很長(zhǎng)，這是由于X向拖板被置于主軸端部.而主軸的伸長(zhǎng)達(dá)2200 mm，這就使得X向在由獨(dú)立電機(jī)傳動(dòng)時(shí)需考慮有通過主軸伸長(zhǎng)部分的超長(zhǎng)傳動(dòng)鏈以及主軸內(nèi)孔徑的尺寸限制等具體問題，因此在X向刀具進(jìn)退運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)中需考慮拖動(dòng)電機(jī)的安裝位置、傳動(dòng)方式和間隙消除等問題.圖4的X向傳動(dòng)從主軸尾部的X向電機(jī)開始，通過鏈傳動(dòng)（因中心距較大）進(jìn)入間隙消除機(jī)構(gòu)，再進(jìn)入速度變換部分（采用行星輪系降速），然后經(jīng)通過主軸內(nèi)孔的X傳動(dòng)軸端上的錐齒輪帶動(dòng)X向絲杠實(shí)現(xiàn)刀架的運(yùn)動(dòng).

圖2 鏜削專用機(jī)床設(shè)計(jì)方案示意圖

圖3 主軸結(jié)構(gòu)及輸出特性

圖4 X向的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意

3 鏜孔專機(jī)控制部分的設(shè)計(jì)

由機(jī)械設(shè)計(jì)獲得的結(jié)構(gòu)要求分析，鏜孔專機(jī)的控制部分主要圍繞主傳動(dòng)部分的主軸電機(jī)、進(jìn)給傳動(dòng)部分的Z軸電機(jī)和X軸電機(jī)的不同控制要求來設(shè)計(jì)（如圖5所示）.主軸電機(jī)要求滿足切削功率與轉(zhuǎn)矩要求，并有一定的調(diào)速范圍.本設(shè)計(jì)采用了YCT系列電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，其主體由Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和測(cè)速發(fā)電機(jī)組成，通常與JD系列、TKZ系列控制器組成具有測(cè)速負(fù)反饋系統(tǒng)的交流無級(jí)調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置，能在比較寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行平滑的無級(jí)調(diào)速.進(jìn)給部分的電機(jī)根據(jù)Z軸、X軸進(jìn)給的不同要求采用了交流伺服電機(jī)和YDS-100超低速電機(jī).其中Z軸交流伺服電機(jī)配以驅(qū)動(dòng)器，可實(shí)現(xiàn)數(shù)控半閉環(huán)傳動(dòng)，能滿足在孔深方向上的尺寸精度要求；而X軸傳動(dòng)精度直接與孔徑所要求的精度相關(guān)，因此考慮在X向配有光柵，以實(shí)現(xiàn)刀具調(diào)整時(shí)的準(zhǔn)確進(jìn)給.從X軸所要求的進(jìn)給速度看，配置轉(zhuǎn)速低，扭矩大，體積小、重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的YDS-100超低速電機(jī)，結(jié)合光柵信號(hào)進(jìn)行變頻調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)了安裝于X軸上刀具的可控進(jìn)給運(yùn)動(dòng).

圖5 鏜孔專機(jī)電氣控制原理圖

4 結(jié)論

對(duì)于大型裝備中長(zhǎng)徑尺寸較大的零部件內(nèi)孔的鏜削加工，設(shè)計(jì)鏜孔專用機(jī)床是一種較為經(jīng)濟(jì)的加工方案，當(dāng)然該方案應(yīng)該建立在零部件具有一定批量和具備一定產(chǎn)品系列的基礎(chǔ)上.由此分析鏜孔所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)徑參數(shù)，使得專用機(jī)床的設(shè)計(jì)具有一定的產(chǎn)品覆蓋范圍，更好地提升其整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能.本例中的鏜孔專機(jī)考慮了鏜孔范圍在1200 mm，工件重量范圍不大于2000 Kg大型零部件的加工，其設(shè)計(jì)思路也可以在更大容量的發(fā)電機(jī)機(jī)座的鏜削加工上獲得推廣應(yīng)用.在本專用機(jī)床上的實(shí)際加工結(jié)果表明，該專用機(jī)床具有工件安裝調(diào)整方便，鏜削加工效率高、質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)，在大型零部件的內(nèi)孔鏜削上體現(xiàn)了一定優(yōu)勢(shì).

[1]潘毅.CAXA模具設(shè)計(jì)與制造指導(dǎo)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004：104-144.

[2]機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：1128-1186.

[3]王文斌.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三卷）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：127-164.

A Design of the Special Boring Machine for the Wind Generator Frame

Pan Yi
(School of Mechanical Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China)

According to the aperture processing requirements of a certain type wind generator frame,and in com?bination with ts characteristics of the diameter and depth of the hole,this paper designs a special boring ma?chine to achieve the boring processing of the kind of large parts.The practice has proved that this scheme has the advantage in the realization of large-scale power equipment parts with high efficiency,and high quality of the boring processing.

wind generator;boring;specialmachine

TH122

B

1008-2794（2012）08-0066-03

2012-05-16

潘毅（1955—），男，江蘇常熟人，研究員級(jí)高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)械工程領(lǐng)域數(shù)控專用裝備的設(shè)計(jì)與制造、透平葉片的數(shù)字化制造技術(shù)等.