超重型臥式車床主軸系統動態性能研究
2019-3-19 來源： 齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司 作者：關志偉
摘 要：隨著我國機械制造技術不斷發展，數控加工系統內功能運行穩定性逐漸提升，為提高產品綜合質量奠定堅實基礎。本文通過對超重型臥式車床主軸系統動態性能進行研究，以期為推動我國數控機床制造產業良性發展，提供行之有效的理論參考依據。
關鍵詞：超重型臥式車床；主軸系統；動態性能
主軸系統在超重型臥式數控機床運行系統中較為重要，作為生產大型工件的數控制造系統，該系統運行穩定性、精準性，關乎數控機床加工生產總體成效，一旦主軸系統動態性能無法得到保障，將直接影響產品綜合質量。基于此，為了使當前超重型臥式車床生產加工成效得以提升，數控系統生產質量得到保障，研究主軸系統動態性能顯得尤為重要。
1 、超重型臥式車床主軸系統動態性能分析
ANSYS 軟件研究可知，超重型臥式車床主軸系統動態性能分析，可從以下幾個方面著手：一是主軸箱。在主軸箱中有五根采用齒輪傳動的傳動軸，具有傳動精準、穩定性高、傳動軸使用壽命長、傳動效率高、承載扭矩能力強、適用范圍廣等優勢，繼而提升主軸箱布局科學性，在緊湊合理的齒輪傳動過程中，確保超重型臥式機床按照生產目標高效完成制造任務。CK61450 超重型數控臥式車床圓周速度為300m/s，傳遞功率為數萬千瓦；二是主軸系統。
將斜齒圓柱齒輪裝配在主軸中部位置，在斜齒圓柱齒輪前端安置卡盤，卡盤為裝夾工件，圓柱滾子軸承為主軸前后支撐體系，主軸系統為確保動態性能運行穩定可靠，將兩組圓柱滾子推力軸承安置在齒輪前部，在提主軸軸向運行剛度基礎上，可抵消主軸系統動態運行過程中，產生的軸向分力，確保主軸系統動態性能更加穩定，為提升超重型臥式車床生產能力奠定基礎；三是工況分析。相較于一般數控臥式機床，超重型臥式數控機床工況差異性較為明顯，以CK61450 型超重臥式數控機床為例，其加工生產工件平均重量在70t 左右，這就造成主軸系統在生產制造過程中，需承受極大扭矩且運動速度較慢，平均主軸轉速在0.5-69.4r/min 范圍內。這種有別于常的機床加工狀態，需要主軸系統運行極為穩定，使其動靜態特性均在超重型數控機床生產加工要求范圍內，達到滿足主軸系統動態運行工況的目的 。
通過利用ANSYS 軟件對以CK61450 為例的超重型臥式數控機床主軸動態性能進行分析可知，超重型數控機床若想得到有效運行，各項工能均可有效落實，數控機床設計人員需從實際出發，結合超重型臥式數控機床主軸箱、數軸系統及其運行工況，探究其優化設計方略，繼而達到提升超重型臥式機床主軸系統動態性能的目的。
2、超重型臥式車床主軸結構優化設計
2.1 優化設計原理
超重型臥式數控機床主要生產大型工件，一旦在該生產系統中出現主軸系統動態性能不穩定現象，將阻滯數控系統生產性能，伴隨我國科學技術不斷發展，數控機床主軸系統動態性能若想得以提升，設計人員需秉持與時俱進精神，做好結構優化設計，其設計原理需從實際出發，進行結構動靜態分析，找出組織系統性能穩定提高的問題，結合超重型臥式數控機床產品制造需求，進行結構修整，在利用ANSYS 等軟件對主軸系統動態性能進行分析，探究優化設計方略是否滿足超重型臥式數控車床高效生產需求，如若滿足結構修整需求，則落實結構優化操作[2]。
2.2 主軸系統優化設計方略
一是確定軸承跨距，適當調整軸承跨距。最優跨距是確保主軸系統運行穩定、高效的主要因素，為此技術人員需在保持主軸整體長度不變情況下，靈活調整前端與后端軸承，在軸承跨距調整過程中，利用結構分析軟件對跨距動靜態性能進行分析，繼而找出符合主軸系統運行的最優跨距；二是確定軸末端縮短距離。主軸系統性能受軸末端長度變化影響，為此技術人員需在超重型臥式數控車床主軸系統基礎上，進行初始建模，以軸末端長度為變量，進行動態性能分析，研究不同軸末端長度對主軸系統動態性能的影響，找出最優軸末端縮進距離；三是確定孔徑大小。在主軸系統中，孔徑變化會對其在超重型臥式數控車床制造體系中產生影響，為此技術人員在優化設計主軸前端與后端縮進距離同時，需結合縮進調整值，設置主軸孔徑擴大或縮小值，確保孔徑大小符合主軸動態運行需求；四是優化設計結果對比。
為確保主軸系統動態性能研究更加科學有效，為優化設計主軸系統奠定基礎，確保主軸系統運行符合超重型臥式數控車床生產需求，技術人員需在優化方案制定完備后，利用ANSYS 等軟件對主軸動態性能進行系統分析，對其運行頻率、工作效率、體積、質量、變形量、剛度等因素進行綜合衡量，確保優化設計符合生產需求，達到提升生產成效的目的，繼而提升優化改造科學性，避免盲目改造造成生產成本浪費，達到提升生產企業經濟收益的目的[3]。
3、結束語
綜上所述，我國作為工業制造大國，需要結合實際生產需求，對制造工藝、設備、體系等進行優化，為此超重型臥式車床作為生產大型工件的重要制造體系，需通過分析主軸系統動態性能，得出系統優化設計方略，推動數控機床制造體系良性發展，為生產企業獲取更高經濟收益奠定基礎。
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