龙门铣床主传动系统设计分析

卜雪君

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

传动系统主要的作用是将动力和工作过程中产生的力，通过动力源的传递形式，有效地传输给其他机床执行部件，主要目的是能够更好的保证传输过程中，传输系统能够具有良好的动态特性，结合传统的工作形式来看，传动系统经常会受到激振力距和激振力所造成的影响，从而造成传动系统中的轴组件发生弯曲。不利于机床的稳定运行。在铣床的应用过程中，主轴箱的齿轮需要保持长时间的高荷载和高速运行，如果主系统的设计出现问题，就会直接影响到机床加工的整体精度，传动齿轮在进行切削工作开展的过程中，也会因为高速运转或者重载等问题对施工现场造成巨大的噪音和震动，从而导致主传动系统部件遭到破坏，严重影响机床切削的质量和精准度，这就需要做好数控铣床的主传动系统设计优化。

1 数控龙门铣床主传动系统调速

在进行龙门铣床主传动系统的设计安装过程中，需要采用不同的配送方式来全面提高龙门铣床的加工速率，就需要在主传动系统设计的过程中选用无级变速系统，目的是为了保证在原有的调速范围内，通过科学化的主轴切削处理来提高切削速度。主轴无级传动系统，主要分为高低挡两端变速传动、直接升速或减速传动、高、中、低档三段变速传动、直接一对一传动等形式。

在进行齿轮两档变速机构的选择过程中，需要相对于经济的额定转速来搭配无极调速电机，在得到转速速度提高的同时，还能够拓展恒功率所覆盖的范围，改善传统的低速扭距，这种应用方式，在较大切削加工区域较为常用。

直接升速和减速的传动方式，一般会选用同步带传动方式，总体结构上较为简化，在进行升速传动时，可以全面提高转速，但是所具有的恒功率范围却较小，低速扭距也会适当的减少，在进行减速传动的过程中恒功率的范围和主轴的扭距将会得到显著提升，但是其扩展的程度却有一定的限制，所调节的最高转速将会受到一定制约。

选用齿轮三档变速机构的应用，可以与转速无机掉速电机进行综合性使用，全面提高转速，并且能够最大程度的扩展恒功率覆盖范围，全面提升低速扭距，在一些大型的切削量加工区域较为常用，主要目的是抑制电机所具有的机械性能，保证齿轮的变速效果处于标准状态下，但这一形式的应用具有一定的困难性，必须将齿轮的多级化传动方式来作为发展和设计的基础，不利于最高转速的有效调节。

一对一传送的形式主要是通过同步带的应用来将电机和主轴之间所具有的组件进行有效连接，构成的结构比较简单，能够全面提高转速，但是低速扭矩较小，只适用于轻切削区域，传动形式的多样化发展，使其拥有不同的适用范围，并且存在着优缺点。因此在实际应用过程中，需要结合加工的具体需求和加工的实际情况，来选择具有一定标准的传动方式。

2 龙门铣床主传动系统设计分析

（1）开停和制动装置。开停装置的设计安装目的是为了更好地控制主轴的启动和停止，一般情况下，我们所选择的开停方式有直接开停电动机和离合器开停两种，我们在选择的过程中，需要结合实际应用情况，当电动机的功率较小，就可以采用开停电动机的方式来进行主轴的启动和停止，当电动机的功率较大，就可以采用离合器的应用方式来进行主轴的启停控制。同时在装卸工具和加工面测量的过程中，维修人员通常会希望机床能够主动地执行快速停止运动，以此来进行刀具的更换，调整机床的位置，调速较为便利，具有自动化和自动转向等优势，因此在磨床的工作台驱动安装过程中，液压传动的应用更为广泛，除了工作台的纵向往返运动之外，还有齿轮的快速进退运动，通过液压传动形式来保证监定套筒的及时缩回，除了以上几种形式，其余的都是由机械运动来进行传动的。

（2）传动系统惯性元件和弹性元件。为了保证轴上的旋转质量，需要在不同的轴安装好惯性元件，一旦在实际应用过程中，机床的传动系统发生振动，就需要通过齿轮、皮带轮等轴上盘类零件进行控制和调节，他们能够通过动力学来反映出转动的惯量。因此，我们将这些元件称之为惯性元件，我们在进行轴上惯性元件安装的过程中，可以将这些质量运用到等效圆盘的创建过程中，将不同的质量集中到轴的两端，以减少扭转变形问题的发生，弹性元件大多数都被应用到等效圆盘之间的轴段上，在实际机床的运行过程中，很容易发生刚度扭转，转动惯量叠加到刚性圆盘，因此我们需要适当地计算出轴的扭转刚度。

（3）传动系统模型的设计。在进行龙门铣床主传动系统设计分析的过程中，我们需要通过传递矩阵法建模的理论，将轴上的齿轮设计为只有惯性，但是却不具备弹性的惯性元件，并将其转换到轴的两端，这样做的目的是将不同轴段之间所产生的转动惯量叠加到轴的惯性原件上，让两个惯性元价处于平均分配惯量的状态。这时所造成轴的扭转刚度，将会直接变成弹性的轴的扭转刚度，在这一问题的解决过程中，我们可以制造出单量圆盘系统力学转变模型，主要操作流程是将轴上的弹性轴段与持有刚性扭转的圆盘转移到同一轴线上，由传统的多项轴线变成了单一轴线，在实际安装应用的过程中，齿轮的齿合处会逐渐减小自身的弹性。因此，工作人员可以将齿轮合并成惯性元件，并结合实际加工情况将所得到的模型参数转化到现有的输出轴上，避免电机的运行对传动系统造成不利影响。

（4）传动系统的动态设计。结合模型和软件的设计结果来进行参数的转换，轴上所具有的转动惯量转移到输出轴上，让输出轴进行扭转刚度，通过验证和研究所得到的动力学模型参数来建立起传动系统的数学模型，改变元件的刚度和质量。从建模所得的计算成果来看，传动轴刚度之所以会发生改变，主要是因为本身设计过程中的刚度不符合相应的设计标准，轴承的刚度和不同轴承之间跨度不规范等问题，和轴质量没有联系。因此，想要全面提高中间轴刚度，就需要减少轴承的跨距，为了减少轴的质量和齿轮的质量，还可以将轴缩短减小直径。

3 总结

铣床的主传动设计系统的应用和质量控制，能够直接影响到数控龙门铣床的运转精度和可靠性，因此工作人员需要对主传动系统设计要点和关键部分进行优化，传动系统在日常工作中主要的内容就是扭转振动，通过适当的模型构建，来全面提高计算机的容量，满足工程加工的需求，运用能量平衡的理论对传动系统的模态柔度进行分析，制定出相应的动态设计目标。本文主要分析了数控龙门铣床主传动系统的调速，通过开停和制动装置的应用，传动系统惯性元件和弹性元件的改变，以及传动系统基本模型的建立，做好传动系统的动态化设计。