基于加工大型工件龙门刨床的改造

摘 要：龙门移动式镗床因其占地面积小，加工效率高，加工精度好，特别适用于大型复杂零件的加工，因此被广泛应用于对重型零件的加工。但是，国内对此种机床的开发甚少，且价格相对较高。本着有效合理利用资源的原则，对某厂的现有的龙门刨床（B2012）进行部分的改造。本文介绍了对龙门刨床（B2012）龙门系统的改造，把固定龙门系统通过采用齿轮齿条传动改造成移动龙门系统，通过改造可使此机床更方便加工大型工件，在加工精度和效率上都有较大提高。

关键词：龙门移动式镗床，伺服电动机，齿轮齿条传动，龙门刨床

1 改造背景

改造是根据某厂厂方现场生产工艺的特殊要求（在一个大型工件进行镗孔和铣平面的操作），其整体结构是一个长、宽、高分别为（6500×3200×350 重75T左右）的立方体。本加工的零件为某厂生产的起重设备的主体零件，它的精度直接影响到起重机工作时的定位精度，而本次所加工孔的精度是影响起重设备工作精度的直接原因。为了适应此种超大型零件的加工的要求，本次对某厂的现有龙门刨床（B2012）龙门系统进行改造 ，把固定龙门改造成移动式龙门。

2 传动方案的提出

方案一：双直线电动机驱动龙门移动

直线电动机作为一种新颖的直接驱动方式已显示出其强大的生命力。近年来，随着其价格的下降，性能的提高，已经成为数控上的一种理想的高精度、高速加工驱动方式。

在龙门移动式镗床的同步伺服中，两个伺服系统按同一速度给定信号运动，定义其中一个伺服系统为主动轴，另一个为从动轴，就构成了独立的主-从驱动方式。通过对直线电动机进行推力控制，使两个轴保持同步。

方案二：双电机、滚珠丝杠的驱动方式

双电机、滚珠丝杠的驱动方式，是在龙门的两条导轨侧面各安装一条精密光橱尺，两读数头读出的位置测量数据分别进行放大后，再反馈到数控系统，两轴都可被定义为主动轴，主从轴定义后两轴构成同步轴对。其结构示意图见上图。在这种情况下每台电机都带有自己的位置检测系统，当这两个机械上剐性耦合的轴在进给时，两套驱动装置必须保持绝对的同步，以防止因机械元件的扭曲而导致的机器损坏。在一般情况下，机床上电后主动轴和从动轴彼此之间不可能在理想的位置上（如一侧龙门柱的偏移），为保证两龙门柱的同步，两个轴必须首先进行归零操作。当龙门柱两轴都进行了归零操作后，它们都必须与已经确定的参考位置保持同步，从动轴的实际位置应首先与主动轴所确定的参考位置进行比较。在机床同步进给过程中，下一步的操作取决于主从轴实际位置之间的计算误差。若误差低于龙门同步误差报警限，则龙门柱继续进行同步进给。若误差超过了报警限，则进行报警输出并中断同步进给运动。

3 方案比较和确定

所以选用双边齿轮齿条驱动方式。

4 移动龙门传动改造方案的实施

4.1电动机的选择

1、电动机类型的选择： 根据动力源和工作条件，选用NYS系列交流伺服电动机。

4.2 传动比的分配

4.3 传动装置的运动和动力参数计算）

4.4 齿轮的齿数选择

选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数

1、选定齿轮类型：按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。

2、选定齿轮精度等级：龙门刨为特种加工机械，速度不高，但对精度要求较高，故选用7级精度。

4.5 轴的设计

作回转运动的传动零件，一般都安装在轴上进行运动，即传递动力。因此轴的功用是支承回转零件及传递运动和动力。

主轴的分布尽管有各种各样的类型，但通常采用的经济而又有效的转动是：用一根传动轴带动多根主轴。本设计采用此种设计，具体方案如下：在设计传动系统时，首先把所有主轴分成一组同心圆，然后在同心圆上放置一根传动轴，来带动一组主轴。接着再用此转动轴与动力部件驱动轴联结起来。这就是通常的传动布置次序，即由主轴处布置起，最后再引到动力部件的驱动轴上。本设计选用刚性主轴。

5 导轨的选择

对于中、小型龙门镗床，多采用在动导轨上贴塑料软带的滑动导轨和自动调节的气压卸荷导轨；或采用直线滚动导轨副的滚动导轨。对于大、重型的龙门镗床，多采用卸荷和静压滑动导轨；或采用滚动导轨块的滚动导轨。导轨和机床基础支承件紧密相连，起到运动部件的支承和精确引导的作用。为减少磨损，提高导向精度，本机床导轨选用南京工艺设备制造厂生产的GGB-（四方向等载荷型）直线运动导轨，其特点是滚珠与圆弧沟槽相接触，许用载荷和刚度较大，由于导轨副的安装基面精度和质量要求不高，只要求精铣或精镗，可以简化设计、制造和装配工作。

6 改造结论分析

这套传动方案的设计， 基本达到了总体技术改造的要求，既能刨削加工，又能铣削加工，拓宽机床的加工范围，增加了设备的使用功能，并提高了加工的生产效率。

采用交流伺服电动机拖动，与原来的交流电动机相比，具有定位更精确，操作更简单的优点。

运用龙门移动的改造方案，减少了工作台的移动空间，龙门移动更提高了工作效率，有效的控制了零件的加工成本。

选用双边齿轮齿条传动，具有结构简单，价格低廉，改造技术难度不大的特点，使改造具有很好的经济性。

参考文献

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