刨銑同梁橫向進給系統的設計研究

符愛紅

（江蘇工程職業技術學院，江蘇 南通 226007）

0 引言

在龍門刨床的橫梁上加裝立銑頭，或在龍門銑床的橫梁上加裝刨刀架就可成為刨銑同梁的龍門刨銑床。加工零件時，對大平面及長寬都較大的導軌面選用銑削加工，對狹長型導軌面、溝槽、切割等采用刨削加工，工序較為集中，是如今眾多機械加工企業的普遍需求。然而這兩功能部件的橫向進給技術參數過于懸殊，且進給運動方式亦不同，銑削為連續進給，刨削為間歇性周期進給。為解決這一技術難題，滿足眾多機械生產企業的需要，新設計了該刨銑同梁的橫向進給變速系統，經企業批量性生產驗證，具有顯著的社會經濟效益。

1 技術調研

硬質合金及涂層硬質合金刀具的切削速度、切削深度和進給量較高，而形狀復雜的成型刀具及小規格的高速鋼刀具的切削參數則較低。通過查閱手冊［1］，并經有豐富實踐經驗的刨、銑操作工人實地切削試驗，分析歸納典型切削工藝參數如下。

1.1 刨削的橫向進給量ap、垂向進給量f

1）平面刨加工。高速鋼刀具切削鋼類工件ap=2.5~4.5 mm，f=0.5~1.5 mm/dst，切削灰鑄鐵 ap=4~6.5 mm，f=1~2.5 mm/dst。硬質合金刀具切削鋼類工件ap=3~6 mm，f=0.8~2.0 mm/dst，切削灰鑄鐵 ap=4~9 mm，f=1~2.5 mm/dst。

2）鑄鐵導軌面的加工。高速鋼刀具粗加工ap≤15mm，f=1~2 mm/dst，半精加工 ap≤2 mm，f=0.5~1 mm/dst。硬質合金刀具粗加工ap≤20 mm，f=1.5~3 mm/dst；半精加工ap≤3 mm，f=0.5~1 mm/dst；寬刀刃刀具精加工ap=0.1~0.3 mm，f=10~20 mm/dst。

3）垂向進給刨槽及切斷進給量。高速鋼刀具切削鋼類工件f=0.1~0.75 mm/dst，切削灰鑄鐵f=0.1~0.9 mm/dst。硬質合金刀具切削鋼類工件f=0.1~1.5 mm/dst，切削灰鑄鐵f=0.1~2.0 mm/dst。結論：刨削的橫向進給量ap應在0.5~20 mm之間，垂向進給量f應在0.1~2 mm/dst之間。

1.2 銑削的橫向進給量vf

1）涂層硬質合金端銑刀d=250 mm，z=12齒。銑削鋼件 n=250 r/min，ap=4 mm，af=0.3 mm/z，vf=900 mm/min。銑削鑄鐵件 n=150 r/min，ap=8 mm，af=0.4 mm/z，vf=720 mm/min。

2）硬質合金圓柱銑刀d=100 mm，z=10。銑削鋼件n=500 r/min，af=0.2 mm/z，vf=1000 mm/min。銑削鑄鐵件 n=300 r/min，af=0.4 mm/z，vf=1200 mm/min。

3）高速鋼鍵槽銑刀d=10mm，z=2。銑削鋼件n=800 r/min，af=0.04 mm/z，vf=64 mm/min。歸納：銑削的橫向進給量范圍vf=60~1200 mm/min為宜。

2 共用進給系統的方案設計

根據調研分析歸納可見：刨削橫向進給量大小之比為40倍，垂向進給量大小之比為20倍，銑削橫向最大進給量與最小進給量之比為20倍，而且刨削和銑削進給方式是不一樣的，純機械變速要達到如此大的傳動比是很困難的。經多種方案比較，擬定采用變頻調速電機驅動機械變速系統。

2.1 動力體的選取

考慮到中小企業現狀，兼顧其技術經濟效益，棄傳統的額定功率和轉速的三相異步電動機，暫不選用數控伺服電機，而選用交流變頻調速電機［2］，其變頻范圍為2~200 Hz，即其輸出的高低轉速之比達100倍之多，即58~5800 r/min，且是無級的，與變頻器的良好匹配可實現零轉速全轉矩，低頻大力矩與高精度轉速、位置及快速動態響應控制，強勁風力冷卻，確保高低速長期穩定運行，低噪聲，寬額節能。

2.2 傳動系統的擬定

如圖1所示，變頻電機M直聯蝸桿1驅動蝸輪2，使與蝸輪2同軸的齒輪3帶動齒輪4空轉。當離合器5合上時，絲桿6轉動，使緊固于銑頭座上的螺母7移動——銑頭機動橫向進給運動。齒輪3也帶動齒輪8空轉，當離合器9合上時，光桿10轉動，驅使在其上滑移的齒輪11轉動，繼而使與齒輪11嚙合的兩端有離合器的齒輪12轉動。圖示位置為空轉。當其向右接合時帶動螺母13轉動并沿靜止的絲桿14移動——刨刀架的機動橫向進給運動。當齒輪11向左接合時，經圓錐齒輪15、16，帶動絲桿17旋轉，使刨刀架上的垂向滑板（刀夾）18垂向移動——刨刀機動垂向進給。當齒輪11處于圖示位置時，操作者可用手推合常開離合器19并轉動手柄20，經圓錐齒輪21、22，帶動絲桿17旋轉——手動刨刀垂向進給運動。手搖轉動絲桿6、光桿10，可分別實現銑頭和刨刀架的手動橫向進給，且其兩端皆可手搖轉動，操作極其方便。制。

圖1

圖2 傳動路線參數計算過程

3 技術設計

1）安全防護。電磁離合器5和9是分別控制銑頭和刨刀架獨自機動進給的，電氣設計是互鎖的，且均有過載保護作用。兩移動部件皆設有原位和極限行程開關，安全防護亦然。

凡是手柄處均設有常開手動離合器，一方面機動進給時，手柄不會轉動，避免誤傷操作者，另一方面，當操作者合上離合器時，手柄上的撞塊壓下電氣常閉點開關，確保電機不會啟動，手動是安全的。

2）進給量值的控制。設定變頻器頻率→電機輸出相應轉速→移動部件所需進給量，從顯示屏上可清晰地看到實際進給量值。變頻器的頻率設定轉換采用PLC控

3）刨刀架間歇周期進給量的控制。除了上述頻率控制外，刨刀架的進給還需與工作臺的移動聯鎖，且通過時間繼電器起作用：即工作臺快速退回原位后，發信號給刨刀架進給，進給的時間根據進給量值換算而得，調定時間繼電器。只有當刨刀架停止進給后，工作臺方可工作進給。

4）進給方向的改變均由變頻調速電機M的正反轉來實現。

4 參數計算和切削驗證

傳動路線的參數計算過程如圖2所示。經企業采用多種刀具對多種工件進行批量性刨削和銑削加工，工件的表面質量、尺寸精度、生產效率、操作便捷和安全防護等方面均達到設計目的。

5 結語

采用PLC控制變頻調速電機驅動的本傳動系統，實現刨刀架的橫向進給、垂向進給，以及銑頭的橫向進給。能滿足兩功能部件用不同刀具對不同材質工件的刨削和銑削進給量的需要，且量值精確、清晰直觀。快速進給量不僅縮短輔助時間，也為刀具科技向高速切削發展留有相當廣闊的空間。

［1］ 楊叔子.機械加工工藝師手冊［M］.2版，北京：機械工業出版社，2011.

［2］ 上海森力瑪傳動技術有限公司.上海森力瑪傳動技術有限公司綜合型錄：電機篇［Z］.2014.