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[摘要] 本文介紹了德國(guó)產(chǎn)BFT125/5鏜銑床在加工大型機(jī)械零件時(shí)，需要經(jīng)常變換速度來(lái)達(dá)到加工要求，但在長(zhǎng)期頻繁換檔變速進(jìn)行加工時(shí)，導(dǎo)致工作臺(tái)進(jìn)給與主軸箱進(jìn)給速度部分缺失，影響了設(shè)備的正常使用。為使設(shè)備能夠在不大修情況下，發(fā)揮其重要作用，因此對(duì)該設(shè)備傳動(dòng)進(jìn)給進(jìn)行改造。

關(guān)鍵詞  傳動(dòng)鏈   進(jìn)給速度   變速箱改造   進(jìn)給量與電機(jī)轉(zhuǎn)速表

一、BFT125/5鏜銑床工作描述

BFT125/5鏜銑床是某廠重要大型機(jī)械加工設(shè)備之一，自該設(shè)備購(gòu)入至今，經(jīng)過(guò)幾十年的使用，機(jī)床各部位已經(jīng)有嚴(yán)重的磨損，在日常操作中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)故障而影響加工效率。隨著近幾年該廠的加工業(yè)務(wù)不斷拓展，該設(shè)備經(jīng)常處在長(zhǎng)期超負(fù)荷工作狀態(tài)下進(jìn)行日常的生產(chǎn)加工時(shí)，因故障而經(jīng)常維修；且有時(shí)因加工零件因設(shè)備進(jìn)給原因而影響到零件的加工精度要求，從而又得需要修復(fù)加工零件而影響交貨時(shí)間。為能夠正常使用該設(shè)備，用戶迫切需要對(duì)該設(shè)備電氣控制與機(jī)械傳動(dòng)部分進(jìn)行改造。

圖1  BFT125/5鏜銑床外形與加工零件圖

二、BFT125/5鏜銑床改造技術(shù)要求

由于該廠計(jì)劃任務(wù)緊張且該設(shè)備承擔(dān)加工任務(wù)量較多，無(wú)法較長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)進(jìn)行設(shè)備大修。故在目前設(shè)備狀態(tài)下，要求對(duì)該設(shè)備機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)部分進(jìn)行改造，保持原有進(jìn)給量0.5mm/min～1600mm/min之間范圍，并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速；主軸箱內(nèi)實(shí)施項(xiàng)修改，恢復(fù)傳動(dòng)精度要求；電氣部分更換電控柜及其落后的控制方式，改用PLC做為主控制器，結(jié)合590⁺全數(shù)字直流調(diào)速裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制模式。該設(shè)備工作臺(tái)進(jìn)給傳動(dòng)與主軸箱進(jìn)給傳動(dòng)相同，因此本文主要從工作臺(tái)進(jìn)給傳動(dòng)改造方案的確定與現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)施進(jìn)行論述。

三、BFT125/5鏜銑床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)描述

工作臺(tái)進(jìn)給傳動(dòng)鏈為：    雙速電機(jī)-→皮帶-→變速箱-→電磁離合器-→齒輪減速器-→工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)

    -→橫向電磁離合器--→經(jīng)蝸輪蝸桿減速器--→齒輪齒條進(jìn)給--→工作臺(tái)橫向移動(dòng)

方式選擇----→縱向電磁離合器--→雙頭螺桿旋轉(zhuǎn)--→工作臺(tái)縱向移動(dòng)

-→旋轉(zhuǎn)電磁離合器--→花鍵軸旋轉(zhuǎn)--→工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

變速箱內(nèi)共有八個(gè)電磁離合器，其中變速箱輸入軸上有三個(gè)小型電磁離合器，第二個(gè)軸上有兩個(gè)電磁離合器，輸出軸上有三個(gè)電磁離合器。當(dāng)同時(shí)吸合三個(gè)軸上的不同電磁離合器時(shí)，可變換出36種速度，從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)進(jìn)給與旋轉(zhuǎn)。工作臺(tái)進(jìn)給量分別是0.5、0.63、0.8、1.0～1000、1250和1600mm/min。工作臺(tái)剎車制動(dòng)是通過(guò)改變變速箱內(nèi)另外兩個(gè)電磁離合器吸合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

四、改造方案的確定論述

根據(jù)該公司提供的機(jī)械圖紙資料，并參照用戶技術(shù)要求，工作臺(tái)進(jìn)給初步改造方案如下：

1、取消變速箱，將后續(xù)選型的電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)接到輸出軸端；

2、加裝聯(lián)軸器及電機(jī)支撐座，并固定在工作臺(tái)上，隨工作臺(tái)橫向一起移動(dòng)；

3、拆卸工作臺(tái)防護(hù)罩，改造防護(hù)罩支撐架與工作臺(tái)的聯(lián)接；

根據(jù)原傳動(dòng)方式，在拆除變速箱后工作臺(tái)進(jìn)給傳動(dòng)各軸所需轉(zhuǎn)速可以滿足進(jìn)給量要求，且可以利用電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性來(lái)控制；將原傳動(dòng)路線上各傳動(dòng)力矩進(jìn)行計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)每個(gè)速度所使用的力矩都比較大，不能采用直接聯(lián)接方式達(dá)到力矩要求，還必須使用變速箱變速傳動(dòng)來(lái)達(dá)到各力矩要求。

通過(guò)使用變速箱傳動(dòng)來(lái)增大傳動(dòng)力矩，即可滿足要求，但變速箱內(nèi)電磁離合器經(jīng)常出現(xiàn)故障，必須要在傳動(dòng)中不用或減少使用電磁離合器吸合次數(shù)，減少磨損。又分析若使用變速箱內(nèi)傳動(dòng)各軸，采用一種固定傳動(dòng)路線來(lái)增大力矩可以滿足加工力矩的要求，但是不能滿足36種速度，只有增加到兩種傳動(dòng)路線，通過(guò)電磁離合器來(lái)?yè)Q速，可滿足力矩與速度要求。故在變速箱傳動(dòng)路線中分析出兩條傳動(dòng)路線，第一種傳動(dòng)路線為電機(jī)經(jīng)皮帶傳動(dòng)至變速箱輸入軸，將輸入軸與第二軸上電磁離合器固定，使用輸出軸上兩個(gè)電磁離合器分別吸合進(jìn)行變換傳動(dòng)比，來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的轉(zhuǎn)換，傳動(dòng)的力矩也可保證。經(jīng)分析傳動(dòng)鏈，可有1：1（高速檔）和1：64（低速檔）的傳動(dòng)比，經(jīng)這兩個(gè)傳動(dòng)比傳出力矩和速度可滿足要求；還有一種傳動(dòng)路線1：1（高速檔）和1：100（低速檔）也能夠滿足傳動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)速進(jìn)給要求，此種傳動(dòng)鏈所選型電機(jī)功率要比前一種小一些。

在現(xiàn)場(chǎng)了解到，經(jīng)常使用的進(jìn)給量在中間段31.5mm/min～630mm/min 之間，這段進(jìn)給量對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速變換是為滿足工件的不同部位加工；進(jìn)給量在10mm/min以下與1250mm/min以上很少使用但必須有此進(jìn)給量。經(jīng)拆卸變速箱發(fā)現(xiàn)，輸入軸上傳動(dòng)齒輪、離合器與第二軸上齒輪磨損較大，常用進(jìn)給量對(duì)應(yīng)電磁離合器摩擦片磨損嚴(yán)重，外表面燒黑。考慮為減緩或避免傳動(dòng)進(jìn)給時(shí)造成此現(xiàn)象，需要增加一個(gè)中速檔來(lái)滿足日常加工進(jìn)給量要求。再次分析變速箱內(nèi)傳動(dòng)路線，發(fā)現(xiàn)輸出軸上中間電磁離合器能夠滿足中速檔的要求，其傳動(dòng)比1：4；通過(guò)使用此傳動(dòng)鏈，一則可以在經(jīng)常加工工件時(shí)，只改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變進(jìn)給量；二則可以減少電磁離合器的吸合次數(shù)；三則可以針對(duì)中速檔(常用進(jìn)給量范圍)加工力矩要求，最終確定出直流電機(jī)功率。這樣在變速箱內(nèi)可將其中兩軸更改為固定傳動(dòng)比傳動(dòng)，與輸出軸相鄰的傳動(dòng)軸進(jìn)行改造，改變內(nèi)部傳動(dòng)路線，通過(guò)分別吸合三個(gè)電磁離合器得到三種傳動(dòng)路線，及高速檔1：1、中速檔1：4和低速檔1：64。

另外一種改造方式雖然可使選用電機(jī)功率再選小一些，但是其在變速箱內(nèi)改造時(shí)，輸入軸上要使用到電磁離合器進(jìn)行吸合，且高速檔1：1與中速檔1：6、低速檔1：100的傳動(dòng)路線不一樣，故從減少使用電磁離合器和傳動(dòng)路線一致上考慮不使用此種傳動(dòng)比進(jìn)行改造。

通過(guò)利用原先輸出變速箱軸的最大需用扭矩進(jìn)行電機(jī)功率的初步計(jì)算，在結(jié)合目前加工零件超出工作臺(tái)承載能力的40～50%，確定出電機(jī)功率與轉(zhuǎn)速。此次改造未選用交流電機(jī)，是因?yàn)樵诘皖l率時(shí)，其輸出扭矩特性不如直流電機(jī)，若選擇在低頻率下滿足扭矩要求則選型功率會(huì)更大，且不經(jīng)濟(jì)；故此次改造是以直流電機(jī)做為工作臺(tái)與主軸箱進(jìn)給改造的動(dòng)力源。 變速箱內(nèi)部改造與原先傳動(dòng)鏈如下圖。

圖2   變速箱內(nèi)布局圖與傳動(dòng)鏈圖

五、變速箱改造傳動(dòng)鏈對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍

高速檔傳動(dòng)鏈：＝1：1            輸出變速箱轉(zhuǎn)速：20～2500r/min

中速檔傳動(dòng)鏈：＝1：4             輸出變速箱轉(zhuǎn)速：5～625r/min

低速檔傳動(dòng)鏈：＝1：64    輸出變速箱轉(zhuǎn)速：0.3～35r/min

六、改造后的使用效果

    通過(guò)采用上述確定的工作臺(tái)進(jìn)給與主軸箱進(jìn)給傳動(dòng)改造實(shí)施方案，并配合電氣控制改造，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)空車調(diào)試與帶載調(diào)試，均滿足設(shè)備加工要求。經(jīng)設(shè)備一周滿負(fù)荷操作，并為滿足零件加工要求，不斷變換直流電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)測(cè)試加工性能，均符合改造要求。該設(shè)備從改造使用至今，已使用六年多時(shí)間，均未出現(xiàn)傳動(dòng)故障。

七、改造總結(jié)

1、通過(guò)此次鏜銑床進(jìn)給改造，熟悉了德國(guó)進(jìn)口BFT125/5鏜銑床的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握了各個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的具體功能與使用方法；該設(shè)備在增大加工能力上有很大的拓展空間，完全經(jīng)過(guò)局部功能的增加可擴(kuò)充更大的加工范圍；

2、通過(guò)此次鏜銑床進(jìn)給改造，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備傳動(dòng)設(shè)計(jì)非常精巧，結(jié)構(gòu)緊湊；各傳動(dòng)操作獨(dú)立；維修操作時(shí)需要有很好的規(guī)劃性，特別是改造中需根據(jù)其部位具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和安裝布局，否則在安裝時(shí)會(huì)帶來(lái)很大困難；例如：將進(jìn)口電磁離合器更換為國(guó)產(chǎn)電磁離合器時(shí)，由于型號(hào)與外形不一樣，要想使用就必須對(duì)整個(gè)傳動(dòng)位置與布局進(jìn)行合理設(shè)計(jì)與安裝布局，受傳動(dòng)軸位置的影響其它傳動(dòng)件必須也相應(yīng)進(jìn)行改造，盡可能在緊湊的布局中安排出合理的位置來(lái)進(jìn)行改造；

3、通過(guò)此次鏜銑床進(jìn)給改造，從中體會(huì)到改造的重要思路與根本的改造方法；并且得出結(jié)論：在設(shè)備改造時(shí)必須要以原傳動(dòng)路線為依據(jù)，滿足工作進(jìn)給速度的同時(shí)，還必須滿足各種加工能力的要求，否則不滿這兩個(gè)條件將會(huì)在改造中失去理論依據(jù)； 

4、通過(guò)此次鏜銑床進(jìn)給改造，感覺(jué)相關(guān)改造經(jīng)驗(yàn)相當(dāng)不夠，在安排傳動(dòng)路線過(guò)程中不能完全考慮到操作使用方面的因素，導(dǎo)致到現(xiàn)場(chǎng)了解后才能做出完善的改造方案；

5、改造方案中所設(shè)計(jì)的零件必須要求加工精度準(zhǔn)確，減少在改造中的修改；現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，需現(xiàn)場(chǎng)加工和安裝的零件、工作盡量安排出確切的加工時(shí)間與先后順序，減少等待時(shí)間，節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間；

6、以下是變速箱與工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)新舊安裝改造、新懸掛箱圖。

圖3   工作臺(tái)進(jìn)給改造前、后傳動(dòng)方式對(duì)比       

      圖4   變速箱改造后傳動(dòng)鏈                               圖5    懸掛箱改造前、后對(duì)比 

八、改造實(shí)施原則與注意事項(xiàng)

1、  無(wú)論采用哪種改造方案必須滿足每檔速度之間均有交叉；原先所有進(jìn)給速度再改造后均需實(shí)現(xiàn)， 不能缺失。 

2、  通過(guò)計(jì)算每檔傳動(dòng)速度中均會(huì)有力矩不能滿足的情況，考慮經(jīng)常所使用轉(zhuǎn)速的力矩均能達(dá)到要求，故將不能達(dá)到力矩的各速度做為調(diào)整設(shè)備時(shí)使用；且每種進(jìn)給量對(duì)應(yīng)力矩均有增大，小部分進(jìn)行調(diào)整時(shí)使用。

3、  工作臺(tái)進(jìn)給改造電機(jī)、傳動(dòng)與支撐架安裝和主軸箱進(jìn)給改造電機(jī)、傳動(dòng)安裝與支撐架安裝現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地進(jìn)行，各變速箱中齒輪傳動(dòng)改造與加工零件現(xiàn)場(chǎng)全部拆解后進(jìn)行。

4、改造后的工作臺(tái)進(jìn)給量對(duì)應(yīng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速表內(nèi)容略。