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超（chāo）重型臥式車床主軸（zhóu）係統（tǒng）動態性能研究

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

摘（zhāi）　要：隨著我國機械製造技術不斷發展，數控加工係統內（nèi）功能（néng）運（yùn）行穩定性逐漸提升，為（wéi）提高產品綜（zōng）合質量奠定堅實基礎。本文通過對（duì）超（chāo）重型臥式車床（chuáng）主（zhǔ）軸係統動態性能（néng）進行研究，以期為推動我國數（shù）控機床製（zhì）造產業良性（xìng）發展，提供行之有（yǒu）效的理論參考依（yī）據（jù）。

關鍵（jiàn）詞：超重型臥式車床；主軸係統；動態性能

　主軸係統在（zài）超重型（xíng）臥式數控機床（chuáng）運行係統中較為重（chóng）要，作（zuò）為生產（chǎn）大型工件（jiàn）的數控製造係統，該係統（tǒng）運行穩定性（xìng）、精準性，關乎（hū）數控機床加工生（shēng）產總（zǒng）體成效，一旦主軸係統動態性（xìng）能無（wú）法得到保障，將直接影響產品綜（zōng）合質量。基於此，為了使當前超重型臥（wò）式車床（chuáng）生產加工成（chéng）效得以（yǐ）提升，數控係統（tǒng）生（shēng）產質量得到保障，研究主軸（zhóu）係統動（dòng）態性（xìng）能顯得尤為（wéi）重（chóng）要。

1　、超重型臥式（shì）車床（chuáng）主軸係（xì）統動態性能分析（xī）

　　ANSYS 軟件研究可知，超重型臥式車床主軸係統動態性能分析（xī），可（kě）從以下幾個方麵著手：一是主軸箱（xiāng）。在主軸箱中有五根采用齒輪（lún）傳動的傳動軸，具有傳動精準、穩定性高、傳動軸使用壽命長、傳動效率高、承載扭矩能力強、適（shì）用（yòng）範圍廣等優勢，繼而提（tí）升主軸箱布局科學性，在緊湊（còu）合理的齒輪傳動過程中，確保超重型臥式機床按照生產目標高效完成製造任務。CK61450 超重（chóng）型數控臥式車床圓周速度為（wéi）300m/s，傳遞功率為數萬千瓦；二是主軸係統。

將斜齒圓柱齒輪裝配在主軸中部位置，在斜齒圓（yuán）柱齒輪前端安置（zhì）卡盤，卡盤為（wéi）裝夾（jiá）工件，圓（yuán）柱滾子軸承為主軸前後支撐體係，主軸（zhóu）係統為確（què）保動態（tài）性能運（yùn）行穩定可靠，將兩（liǎng）組圓柱滾子推力軸承安置在齒輪前部，在提主軸軸向運行剛度基礎上（shàng），可抵消主軸係統動態運行過程中，產生的軸向分力（lì），確保主軸係統動態性能更加穩定，為提升超重（chóng）型臥式車床生產能力奠定基礎；三是工況分析。相較於一般數控臥式機床，超（chāo）重型臥式數（shù）控（kòng）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（qí）加工生產工（gōng）件平均重量在70t 左右，這就（jiù）造成主（zhǔ）軸係統在生（shēng）產製造過程中，需承受（shòu）極大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（yú）常的機床加工狀態，需要主軸係統運行（háng）極為穩定，使其（qí）動靜態特（tè）性均在超重型數控機床（chuáng）生（shēng）產加工要求範（fàn）圍內，達（dá）到滿足（zú）主軸係統動態運行（háng）工況的目的。

　　通過利用ANSYS 軟件對以CK61450 為例的超重型臥式數控機床主軸動態性能進行分析可知，超重（chóng）型數控機床若想得到有效運行，各項（xiàng）工能均可有（yǒu）效落（luò）實，數控（kòng）機床設計人（rén）員需從實際出發，結合超重型臥式（shì）數控機床主軸箱、數軸係統及其（qí）運行（háng）工況，探究其優化設計方略，繼而達到提升超重型臥式機床主軸係統（tǒng）動態性能的目的。

2、超重型臥式車床主軸結構優化設計

2.1　優化（huà）設計原理

　　超重型臥式數控（kòng）機床主要生產大型工件，一旦在該生產係統（tǒng）中出（chū）現主（zhǔ）軸係統動態性能不穩定現象，將阻滯數控係統生產性能，伴隨（suí）我國科（kē）學（xué）技術不斷發展，數控機床主軸係統動（dòng）態性（xìng）能若想得以（yǐ）提升，設計（jì）人員需秉持與時（shí）俱進精神，做好（hǎo）結構（gòu）優化設計，其設計原理需從（cóng）實（shí）際出發，進（jìn）行結構（gòu）動靜態分析，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（zhì）造需求，進行結構修（xiū）整，在利用（yòng）ANSYS 等軟（ruǎn）件對主軸係統動態性能進行分析，探究優化設計方略是否滿（mǎn）足（zú）超重型臥式數控車床高效生產需求，如若滿足結構修整需求，則落實結構優化（huà）操作[2]。

2.2　主軸係統（tǒng）優（yōu）化設計（jì）方略（luè）

　　一是確定軸（zhóu）承跨距，適當調整（zhěng）軸承跨距。最優跨距是確保主軸係統運行穩定、高效的（de）主要因素，為此技術人員（yuán）需在保持主軸整體長度不變情況下，靈活調（diào）整前端與後端軸承（chéng），在軸承跨（kuà）距調整（zhěng）過程中，利用結構分析（xī）軟件對跨距動（dòng）靜態性能進行分析，繼而找出符合主軸係統運行的最優（yōu）跨距（jù）；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化影響，為（wéi）此技術人（rén）員需（xū）在超重型臥式數控車（chē）床主軸係統基礎上，進行初始建模，以軸（zhóu）末端長度為變量，進行動（dòng）態性能分（fèn）析，研究不（bú）同軸末端長（zhǎng）度對主軸（zhóu）係（xì）統動（dòng）態性（xìng）能的影（yǐng）響，找出最優軸（zhóu）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（shì）數控車（chē）床製造體係中產生影響（xiǎng），為此技術人員在（zài）優化設計主軸前端與後端縮進距離同時（shí），需（xū）結合縮（suō）進調整值，設置（zhì）主軸孔徑擴大或縮小值（zhí），確保孔徑大小符合主軸動（dòng）態運行需求；四是優化設計結果對比。

為確保主（zhǔ）軸係統（tǒng）動（dòng）態性能（néng）研究更加科學有（yǒu）效，為優化設計主軸係統奠定基礎，確保主軸係統運（yùn）行符合超重型臥式數控車床生產需求，技術（shù）人員需（xū）在優化方案製定完備後，利用ANSYS 等軟件對主軸動態性能進行係統分析，對其運（yùn）行頻率、工作效率、體積、質量、變形量、剛度等因素進行（háng）綜合衡量（liàng），確保優化設計符合生產需求，達到提升生產成效的目的（de），繼而提升優化（huà）改（gǎi）造科學性，避免盲目改造造成生產成本浪費，達到提升生產（chǎn）企業經濟收益的目的[3]。

3、結束語

　　綜上所述，我國（guó）作為工業製造大國，需要結合實際生產（chǎn）需求，對製造工藝（yì）、設備、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製造體係，需通過分析主軸係統（tǒng）動態性能，得出係統優（yōu）化設（shè）計方略，推動數控機床製造體係良性發（fā）展（zhǎn），為生產企業獲取（qǔ）更高經濟（jì）收益奠定基礎。

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