基于加工大型工件龍門刨床的改造

郭娟

摘 要：龍門移動式鏜床因其占地面積小，加工效率高，加工精度好，特別適用于大型復雜零件的加工，因此被廣泛應用于對重型零件的加工。但是，國內對此種機床的開發甚少，且價格相對較高。本著有效合理利用資源的原則，對某廠的現有的龍門刨床（B2012）進行部分的改造。本文介紹了對龍門刨床（B2012）龍門系統的改造，把固定龍門系統通過采用齒輪齒條傳動改造成移動龍門系統，通過改造可使此機床更方便加工大型工件，在加工精度和效率上都有較大提高。

關鍵詞：龍門移動式鏜床，伺服電動機，齒輪齒條傳動，龍門刨床

1 改造背景

改造是根據某廠廠方現場生產工藝的特殊要求（在一個大型工件進行鏜孔和銑平面的操作），其整體結構是一個長、寬、高分別為（6500×3200×350 重75T左右）的立方體。本加工的零件為某廠生產的起重設備的主體零件，它的精度直接影響到起重機工作時的定位精度，而本次所加工孔的精度是影響起重設備工作精度的直接原因。為了適應此種超大型零件的加工的要求，本次對某廠的現有龍門刨床（B2012）龍門系統進行改造 ，把固定龍門改造成移動式龍門。

2 傳動方案的提出

方案一：雙直線電動機驅動龍門移動

直線電動機作為一種新穎的直接驅動方式已顯示出其強大的生命力。近年來，隨著其價格的下降，性能的提高，已經成為數控上的一種理想的高精度、高速加工驅動方式。

在龍門移動式鏜床的同步伺服中，兩個伺服系統按同一速度給定信號運動，定義其中一個伺服系統為主動軸，另一個為從動軸，就構成了獨立的主-從驅動方式。通過對直線電動機進行推力控制，使兩個軸保持同步。

方案二：雙電機、滾珠絲杠的驅動方式

雙電機、滾珠絲杠的驅動方式，是在龍門的兩條導軌側面各安裝一條精密光櫥尺，兩讀數頭讀出的位置測量數據分別進行放大后，再反饋到數控系統，兩軸都可被定義為主動軸，主從軸定義后兩軸構成同步軸對。其結構示意圖見上圖。在這種情況下每臺電機都帶有自己的位置檢測系統，當這兩個機械上剮性耦合的軸在進給時，兩套驅動裝置必須保持絕對的同步，以防止因機械元件的扭曲而導致的機器損壞。在一般情況下，機床上電后主動軸和從動軸彼此之間不可能在理想的位置上（如一側龍門柱的偏移），為保證兩龍門柱的同步，兩個軸必須首先進行歸零操作。當龍門柱兩軸都進行了歸零操作后，它們都必須與已經確定的參考位置保持同步，從動軸的實際位置應首先與主動軸所確定的參考位置進行比較。在機床同步進給過程中，下一步的操作取決于主從軸實際位置之間的計算誤差。若誤差低于龍門同步誤差報警限，則龍門柱繼續進行同步進給。若誤差超過了報警限，則進行報警輸出并中斷同步進給運動。

3 方案比較和確定

所以選用雙邊齒輪齒條驅動方式。

4 移動龍門傳動改造方案的實施

4.1電動機的選擇

1、電動機類型的選擇： 根據動力源和工作條件，選用NYS系列交流伺服電動機。

4.2 傳動比的分配

4.3 傳動裝置的運動和動力參數計算）

4.4 齒輪的齒數選擇

選定高速級齒輪類型、精度等級、材料及齒數

1、選定齒輪類型：按傳動方案選用斜齒圓柱齒輪傳動。

2、選定齒輪精度等級：龍門刨為特種加工機械，速度不高，但對精度要求較高，故選用7級精度。

4.5 軸的設計

作回轉運動的傳動零件，一般都安裝在軸上進行運動，即傳遞動力。因此軸的功用是支承回轉零件及傳遞運動和動力。

主軸的分布盡管有各種各樣的類型，但通常采用的經濟而又有效的轉動是：用一根傳動軸帶動多根主軸。本設計采用此種設計，具體方案如下：在設計傳動系統時，首先把所有主軸分成一組同心圓，然后在同心圓上放置一根傳動軸，來帶動一組主軸。接著再用此轉動軸與動力部件驅動軸聯結起來。這就是通常的傳動布置次序，即由主軸處布置起，最后再引到動力部件的驅動軸上。本設計選用剛性主軸。

5 導軌的選擇

對于中、小型龍門鏜床，多采用在動導軌上貼塑料軟帶的滑動導軌和自動調節的氣壓卸荷導軌；或采用直線滾動導軌副的滾動導軌。對于大、重型的龍門鏜床，多采用卸荷和靜壓滑動導軌；或采用滾動導軌塊的滾動導軌。導軌和機床基礎支承件緊密相連，起到運動部件的支承和精確引導的作用。為減少磨損，提高導向精度，本機床導軌選用南京工藝設備制造廠生產的GGB-（四方向等載荷型）直線運動導軌，其特點是滾珠與圓弧溝槽相接觸，許用載荷和剛度較大，由于導軌副的安裝基面精度和質量要求不高，只要求精銑或精鏜，可以簡化設計、制造和裝配工作。

6 改造結論分析

這套傳動方案的設計， 基本達到了總體技術改造的要求，既能刨削加工，又能銑削加工，拓寬機床的加工范圍，增加了設備的使用功能，并提高了加工的生產效率。

采用交流伺服電動機拖動，與原來的交流電動機相比，具有定位更精確，操作更簡單的優點。

運用龍門移動的改造方案，減少了工作臺的移動空間，龍門移動更提高了工作效率，有效的控制了零件的加工成本。

選用雙邊齒輪齒條傳動，具有結構簡單，價格低廉，改造技術難度不大的特點，使改造具有很好的經濟性。

參考文獻

[1] 濮良貴.紀明剛主編.機械設計.第七版.北京：高等教育出版社，2001

[2] 吳宗澤.勝國主編.機械設計課程設計手冊.第二版.北京：高等教育出版社，1998.12

[3] 龔湘義.羅勝國，李平林編. 機械設計課程設計指導書.第二版.北京：高等教育出版，1990.4

[4] 郭慶鼎.直線伺服雙位置環動態精密同步進給理論和實現方法研究[R].國家自然科學基金申請報告，2000