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老機(jī)床新改造,省錢(qián)又好用

發(fā)布日期:2021-11-26 14:02:17  點(diǎn)擊次數(shù):4393

C1563立式車(chē)床已使用60余年,主體結(jié)構(gòu)件穩(wěn)定,傳動(dòng)系統(tǒng)老化,對(duì)機(jī)床X軸、Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì),確定合理的改造方案,對(duì)機(jī)床再制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。


1  序言


C1563立式車(chē)床于1959年引進(jìn),已使用60余年,機(jī)床在使用過(guò)程中只進(jìn)行過(guò)常規(guī)大修,機(jī)床主體結(jié)構(gòu)件性能穩(wěn)定,但X軸(滑座橫向移動(dòng))和Z軸(滑枕縱向移動(dòng))傳動(dòng)系統(tǒng)老化,齒輪磨損嚴(yán)重,精度差,噪聲大,備件無(wú)法采購(gòu)。為恢復(fù)機(jī)床的正常使用性能,決定對(duì)其傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造,重新設(shè)計(jì)X軸及Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)。


2  原傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)述


C1563立式車(chē)床原傳動(dòng)系統(tǒng)較為復(fù)雜,如圖1所示。

1.jpg

圖1 C1563立式車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng)示意

1、12—進(jìn)給電動(dòng)機(jī) 2、9—橫梁夾緊電動(dòng)機(jī) 3、8—滑枕夾緊電動(dòng)機(jī) 4、10—快速電動(dòng) 5、7—滑座夾緊電動(dòng)機(jī) 6—橫梁升降電動(dòng)機(jī) 11—主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)


從圖1中可以看出,在原傳動(dòng)系統(tǒng)中刀架滑座橫向運(yùn)動(dòng)(X軸)和刀架滑枕縱向運(yùn)動(dòng)(Z軸)由于都是通過(guò)共同的快速電動(dòng)機(jī)(7kW,1335r/min)和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)(6.6kW,27~2700r/min)經(jīng)由共同的齒輪箱,實(shí)現(xiàn)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng),所以X軸和Z軸直線運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給速度范圍和最大速度參數(shù)相同。具體如下:X/Z軸進(jìn)給傳動(dòng)速度為0.0282~275mm/min,X/Z軸快速傳動(dòng)最大速度為2400mm/min。


根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)描述和實(shí)際測(cè)繪,現(xiàn)X軸傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)如下:右刀架質(zhì)量m1=6100kg,右滑板質(zhì)量m2=3700kg,X軸絲杠長(zhǎng)度LB=4982mm,X軸絲杠直徑DB=100mm,X軸絲杠導(dǎo)程PB=10mm,X軸絲杠質(zhì)量MB=168kg,絲杠材質(zhì)密度ρ=7.9×103 kg/m3。


現(xiàn)Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)如下:滑枕質(zhì)量m3≈2000kg,Z軸絲杠長(zhǎng)度LB1=3720mm,Z軸絲杠直徑DB=100mm,Z軸絲杠導(dǎo)程PB=10mm,Z軸絲杠質(zhì)量MB1=126kg,絲杠材質(zhì)密度ρ=7.9×103 kg/m3。


3  X軸傳動(dòng)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)


X軸傳動(dòng)系統(tǒng)擬改造為伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速箱直接驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)絲杠,通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快速運(yùn)動(dòng)。


X軸絲杠擬選用原參數(shù),則相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下:X軸快速進(jìn)給速度V=2400mm/min,切削力FA=50000N,X軸絲杠傾斜角θ=0°,梯形絲杠效率η=0.3,加減速時(shí)間t=0.2s,螺母摩擦因數(shù)μ=0.3。則減速箱輸出軸速度N=V/PB=2400/10=240(r/min)。


X軸改造擬選用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n為2000r/min,則轉(zhuǎn)速比為


根據(jù)計(jì)算結(jié)果,考慮到適當(dāng)放大轉(zhuǎn)矩,故選擇減速比i=10,將X軸快速進(jìn)給速度V由2400mm/min修正為2000mm/min。


X軸運(yùn)行負(fù)載力為


絲杠預(yù)負(fù)載為


負(fù)載轉(zhuǎn)矩為


絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為


負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為



加速轉(zhuǎn)矩為


式中,NM是輸出軸轉(zhuǎn)速,NM =n/i;J0為選定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,計(jì)算中忽略。


可知必要轉(zhuǎn)矩為


式中,Sf是安全系數(shù),取值為2。


則電動(dòng)機(jī)需要轉(zhuǎn)矩為


式中,ηG是損耗系數(shù)。


4  X軸改造方案確定


根據(jù)計(jì)算,電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩已超過(guò)100N·m,電動(dòng)機(jī)選型過(guò)大,減速箱傳動(dòng)比為10不能滿足設(shè)計(jì)要求。原設(shè)計(jì)傳動(dòng)比為25,按照此數(shù)值重新計(jì)算,所需電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩為45N·m,選用轉(zhuǎn)矩50N·m電動(dòng)機(jī)即可實(shí)現(xiàn)。


若將原絲杠更換為導(dǎo)程為20mm的滾珠絲杠,與傳動(dòng)比為25的行星減速器配合使用,可以滿足轉(zhuǎn)矩要求。絲杠導(dǎo)程增加雖然增大了轉(zhuǎn)矩,但是滾珠絲杠工作效率η=0.9,比原梯形絲杠高出3倍,實(shí)際上電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速箱后所需轉(zhuǎn)矩會(huì)大大降低,滿足使用要求。既然X軸傳動(dòng)系統(tǒng)選用滾珠絲杠,那么決定對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造,雖然增加改造成本,但會(huì)極大地提高機(jī)床的精度和效率。


根據(jù)以上分析和計(jì)算,確定了X軸傳動(dòng)系統(tǒng)改造方式,即通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行星減速器帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)刀架滑座橫向直線運(yùn)動(dòng),通過(guò)參照?qǐng)D樣及實(shí)際空間測(cè)繪,最后確定的主要部件選型見(jiàn)表1。


表1 C1563立式車(chē)床X軸傳動(dòng)系統(tǒng)改造主要部件選型


5  Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)及方案確定


Z軸(滑枕縱向移動(dòng))傳動(dòng)系統(tǒng)與X軸是通過(guò)共同的快速電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給電動(dòng)機(jī),并經(jīng)由共同的齒輪箱實(shí)現(xiàn)直線傳動(dòng)的,由于Z軸絲杠與X軸絲杠直徑和導(dǎo)程參數(shù)完全一致,所以Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以參考X軸,將此傳動(dòng)系統(tǒng)擬改造為伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速箱(電動(dòng)機(jī)與減速箱放置在刀架上部)直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠,通過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快速運(yùn)動(dòng)。


Z軸絲杠選用參數(shù)同樣參照X軸,根據(jù)X軸計(jì)算結(jié)果,將Z軸絲杠選用滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算,軸擬選用參數(shù)如下:Z軸快速進(jìn)給速度V=2000mm/min,外力(切削力)FA=50000N,Z軸絲杠導(dǎo)程PB=20mm,Z軸絲杠直徑DB=100mm,Z軸絲杠傾斜角θ=90°,滾珠絲杠效率η=0.9,減速箱減速比i=25,加減速時(shí)間t=0.2s,螺母摩擦因數(shù)μ=0.01。


通過(guò)計(jì)算,Z軸電動(dòng)機(jī)需要轉(zhuǎn)矩為T(mén)M =55.99N·m。


根據(jù)計(jì)算結(jié)果,Z軸(滑枕縱向移動(dòng))傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控化改造后主要部件主要參數(shù)基本可以確定,即伺服電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩需大于55N·m;減速箱減速比為25;滾珠絲杠直徑100mm,導(dǎo)程為20mm。通過(guò)參照?qǐng)D樣及實(shí)際空間位置測(cè)繪,最后確定具體選型見(jiàn)表2。


表2 C1563立式車(chē)床Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)改造主要部件選型


6  結(jié)束語(yǔ)


實(shí)踐證明,C1563立式車(chē)床采用此方案改造后,X軸和Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)恢復(fù)正常使用功能,運(yùn)行平穩(wěn)可靠,加工精度和加工效率都得到大幅提升,60年的老舊機(jī)床通過(guò)再制造變成了全新的設(shè)備,此次改造獲得了成功。


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