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超重型臥式車床主軸係統動態性能（néng）研究

2019-3-19 來源：齊齊哈爾二機床（集團（tuán））有限責任公司作者：關誌偉

摘　要：隨著我（wǒ）國機（jī）械製造技（jì）術不斷發（fā）展，數（shù）控加工係統內功能運行穩定（dìng）性逐漸提升，為提高產品綜合質量奠定堅（jiān）實基礎。本（běn）文通過對超重型臥式車床主軸係統動態性能進行研究，以期為推動我國數控機床製造產業良性發展，提供行之有效（xiào）的理論參考依據。

關鍵詞：超重型臥式車床；主軸（zhóu）係統（tǒng）；動態性能（néng）

　主軸係統在超重（chóng）型臥（wò）式數控機床運行係統中較為重要，作為生產大型工件的數控製造係統（tǒng），該係統運（yùn）行穩定性、精準性，關乎數（shù）控機（jī）床加工生產總體成效（xiào），一旦主軸係統動態（tài）性（xìng）能無法得（dé）到保障，將（jiāng）直接影響產品綜合質（zhì）量。基於此，為了使當（dāng）前（qián）超重型臥（wò）式車床生產加工成（chéng）效得以提升，數控係統（tǒng）生產質量得到保（bǎo）障，研（yán）究主軸係統動（dòng）態性能顯得尤為重要。

1　、超重型臥式車床主軸係統動態性能分析

　　ANSYS 軟件研究可知，超重型臥式車床主軸（zhóu）係統動態性能分析，可從以下幾個方麵著手：一是主軸箱。在主軸箱（xiāng）中有五根采用齒輪傳動的傳動軸，具有傳（chuán）動精準、穩定性高、傳動軸使用壽（shòu）命長、傳動效率高、承載扭矩能力強、適用範圍廣等優（yōu）勢，繼而提升主軸（zhóu）箱布（bù）局科學性（xìng），在緊湊合理的齒輪傳動過程中（zhōng），確保超重型臥式機床按照生產目標高效完成製造任務（wù）。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；二是主軸係統。

將斜（xié）齒圓柱齒輪裝配在（zài）主軸中部（bù）位（wèi）置，在斜（xié）齒圓柱齒輪前端安置（zhì）卡（kǎ）盤，卡盤為裝夾工件，圓柱滾（gǔn）子軸承為主軸前後支撐（chēng）體係（xì），主軸係統為確（què）保動（dòng）態性能運行穩定（dìng）可靠，將（jiāng）兩組圓柱滾子推力軸承（chéng）安置在齒輪前部，在提主軸軸向運行剛度基礎上（shàng），可抵消主軸係統動（dòng）態運行過程中，產生的軸向分力，確保主軸係統動態性能更加穩定，為提升超（chāo）重型臥式車床生（shēng）產能力奠定基礎；三是工況（kuàng）分析（xī）。相較於（yú）一般數控臥式機床，超重型（xíng）臥式（shì）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（jiā）工生（shēng）產（chǎn）工件平均重量在70t 左右，這就造成主（zhǔ）軸係統在生（shēng）產製造過程中，需承受極大（dà）扭矩且運動速度較慢，平均主軸轉速在0.5-69.4r/min 範圍內。這種有別於常的機床加工狀態，需要（yào）主軸（zhóu）係統運行極為穩定（dìng），使其動靜態特性均在超重型數控機（jī）床生產加工（gōng）要求範圍內，達到滿足主軸係（xì）統動態運行工況的目（mù）的。

　　通過利用ANSYS 軟件對以CK61450 為例的超重型臥（wò）式（shì）數控機床主軸動態性能進行（háng）分析可知，超（chāo）重型數控機床（chuáng）若想（xiǎng）得（dé）到有效運行，各（gè）項工能均可（kě）有效落實，數（shù）控機床設（shè）計人員需從實際出發，結合超（chāo）重型臥式（shì）數控機床主（zhǔ）軸箱、數軸（zhóu）係統及其運行工況，探（tàn）究其優化設計方略，繼而達到提（tí）升超重（chóng）型臥式機床主軸係統動態性能的目的（de）。

2、超（chāo）重型臥式車（chē）床主軸結構（gòu）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，一旦在該生產係統中（zhōng）出現主軸（zhóu）係統動態性能不穩定現象，將阻滯數（shù）控係統（tǒng）生產性能，伴隨我國科學技術不斷發展，數控機床主軸係統動態性能若想得以提（tí）升，設計人員需秉持與時（shí）俱（jù）進精神，做好結（jié）構優化設計，其設計原理需從實際出（chū）發，進行結構動靜態分析（xī），找出組織係統性能穩定提高的問題，結合超重型臥式數控機床產品製造需求，進行結構修整（zhěng），在利用ANSYS 等軟件對主軸係統動態性能進行分析，探究優化設計方略是否（fǒu）滿足超重型臥（wò）式數控車床高效生產需求（qiú），如若（ruò）滿（mǎn）足結構修整需求，則落實結構優化操作[2]。

2.2　主軸係統優化設計方略

　　一（yī）是確定軸承跨距，適當調（diào）整軸承跨距（jù）。最（zuì）優跨距（jù）是確（què）保主軸（zhóu）係（xì）統運行穩定、高效的主要因素（sù），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（zhěng）前端與後端軸（zhóu）承，在軸承跨距調整過程中，利用結構分析軟件對跨距動（dòng）靜態（tài）性能進行分析，繼而找出符合主軸係統運行的（de）最優跨距；二是確定（dìng）軸末端縮短（duǎn）距離。主軸係統性能受軸末端長度變（biàn）化影響，為此技（jì）術人員需在超重型臥式數控車（chē）床（chuáng）主軸（zhóu）係統（tǒng）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（tóng）軸末端長度對主（zhǔ）軸係統動態性能的影（yǐng）響，找出最（zuì）優軸末端縮進距離；三是確定孔徑大小。在主軸係統中，孔徑變化會對其在（zài）超重型臥式數控（kòng）車床製造體係中產生影響，為此技術人員在優化設計主軸前端與後端（duān）縮（suō）進距（jù）離同時，需（xū）結合（hé）縮進調整值，設（shè）置主軸孔徑擴大或縮小值，確保孔徑大小符合（hé）主軸動態運行需求；四是優化設（shè）計結果（guǒ）對比。

為確保主軸係統動態性能研（yán）究（jiū）更加科學有效，為優化設計主軸係統奠定基礎，確保主軸係統運行（háng）符合超重型臥式數控車床生（shēng）產需求，技術人員需在優化方案製定完備後，利用ANSYS 等軟件對主軸（zhóu）動態性能進行係統分析，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（bǎo）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（chéng）生產成本浪費，達到提升生產（chǎn）企（qǐ）業（yè）經濟收益的目的[3]。

3、結束語

　　綜上所述，我國作為工業製造大（dà）國，需要結合實際生產需求，對製造工藝、設備（bèi）、體係等進行優化，為此超重型臥式車床作為生產大型工件的重要（yào）製造體係，需通過分析主軸係統動（dòng）態性能，得出係（xì）統優化設計方略，推動數控機床（chuáng）製造體係良性發展，為生產企業（yè）獲取更高經濟收益奠定基礎。

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