铣床进给变速箱的优化设计和实施.pdf

51一序言近年来，随着我国的机床工业的迅速发展，人们开始越来越广泛地重视机床的工作效率，加工精度，并要求机床设计合理、结构简单、性能可靠、操作简单，调整维修方便。目前机械行业大部分设备仍然是六、七十年代的设计制造水平，受多种因素的制约，提高企业的装备水平，不可能靠简单的再投入来实现。实践证明，进行技术改造是一条投资省、见效快的有效途径。本文通过对X62W等型号的铣床结构性能及在使用过程中暴露出的问题进行详细分析研究，运用优化设计的理论和方法，提出铣床的进给变速箱主结构采用电磁离合器改造方案，实现了机床工作台的自动控制，提高了设备的稳定性和可靠性，降低了使用和维修成本，提高了加工效率。二结构形式铸造一厂铸模分厂承担着全厂所有生产设备(及自动线)的备件、修理件和铸造模具、夹具、辅具的制造生产任务。随着我厂生产规模的不断扩大，生产品种的不断增多，对铸模分厂现有生产设备的加工能力，设备的可利用率也有了更大、更高的要求。但是，由于铸模分厂的各种设备，大部分是我国六、七十年代生产的产品，其技术水平和制造水平已相对落后，加上设备的陈旧老化，造成设备日常故障率不断提高，维修量不断加大，维修费用居高不下，停工台时逐年增多，使现有设备的有效利用率受到很大约束。为了适应我厂不断发展的生产形势，我们一方面靠有限的资金购置了部分新设备。同时决定依靠技术进步，用新技术，新工艺改造现有的老设备。其中多台老式铣床全部是七十年代的产品，因陈旧老化，故障率高，开动率低的状况，使用至今已暴露结构、性能及使用维修的问题，本文运用优化设计的理论和方法，提出铣床的进给变速箱主结构改代方法。1原有结构及主要问题X62W铣床进给变速箱的任务是改变机床工作台纵向，横向和垂直三个方向的自动进给或使它们获得快速移动。它的主结构部分主要由传动齿轮，楔牙离合器，调节螺钉，调节螺母；滚珠，拨轮，离合器轴，结合子，接盘及电磁铁，杠杆轴等多个零件组成。它的工作原理：当工作台选用慢速运动时，其运动动力是经离合器轴10上的齿轮1输入。（见图1、2、3）然后传递给楔牙离合器3。楔牙离合器3带动离合器轴10，再经过轴上齿轮4将运动动力输出到工作台，使工作台得到慢速运动。当工作台选用快速运动时，其运动动力是经齿轮2输入，当我们按下操纵板上“快速”按钮后，就先接通升降台内的电磁铁，电磁铁吸动杠杆轴，将拨轮向右移动，拨轮带动楔牙离合器也向右移动，在移动中，楔牙离合器左端齿逐步脱开接合子11齿端，5MQ!9LSK/B!技术改造装备维修技术2005年第3期（总第117期）52使工作台的慢速运动停止，这时电磁铁继续吸动杠杆轴将拨轮右移，同时楔牙离合器也继续右移，最终压向右边的接盘12，压力经螺帽7将内、外磨擦片压紧。这时，由齿轮2输入的运动动力，经磨擦片离合器壳体传给磨擦片离合器内套，由于内套和齿轮4都是用键连接在轴10上，所以，运动动力就由齿轮4传至工作台，使工作台得到快速移动。在这种老式变速结构设计中，存在以下问题：（1）需要调整的部件多，如：a、摩擦离合器的调整；b、保险离合器的调整；c、电磁铁吸合高度的调整；d、转动杠杆轴的角度调整；e、拨轮位置的调整；f、摩擦离合器与楔牙离合器之间的距离调整等等，这样，其维修难度也相应增大，维修人员在设备维护中，技术水平要求很高。（2）原设计中是通过拨轮移动机构来实现运动动力传递，其组合件多，结构复杂。同时，当结构中任意一个调整部件调整不当或零件磨损，都将直接影响机床的动作准确性，稳定性。有时甚至因调整不当而发生设备事故。2新型结构的特点：通过对原设计存在问题的分析，可采用以下两种设计方案。（1）拨轮移动机构。拨轮移动机构是传统机床设计中用来实现机床工作台快、慢速运动变换的一种结构，这种结构在设计上很复杂，动作实现需多个零件配合。在使用中动作的准确性、可靠性差，设备的维护量大，因此在现代铣床进给变速箱一般不采用这种结构，故改造设计时采用电磁离合器等新器件替代。（2）采用了电磁离合器件实现工作台快、慢速换向动作：电磁离合器是一种新型传动件，它与机械式离合器相比，具有以下特点：能实现各种传动的远距离操作和集中控制，操作方便，调节容易。能适应高速动作和高频率操作，反应迅速，动作准确。对于同样的传递力矩来说，相对体积小得多，而且也不需要拨轮移动机构。能适应机床自动化和操作遥控技术的需求。构造简单，价格相对便宜，铣床工作台进给传动的X、Y、Z三个方向的快、慢速选择是一个很复杂的操作。动作要求高，为了提高铣床的生产效率和实现程序控制，必须力求使操作实现集中控制和自动化，电磁离合器有优异的控制性能，所以选用是合适的。三新型结构的性能分析改造后的进给变速箱主结构在操作性能上更方便、更迅速、更准确，并且实现了进给快、慢速变向的集中控制和远距离操作。改造后的进给变速箱主结构如图4。1工作原理在新设计的进给变速箱主结构中采用了两个BIDL型电磁离合器，用它们来实现机床工作台纵向、横向、垂向三个方向的快速移动和自动进给量。两个电磁离合器以外套式结构组技术改造图1图2图353装。（见图4）电磁离合器在轴向用卡簧固定，防止轴向移动。设计中，取消了拨轮移动机构，从而取消了旧结构中的楔牙离合器、保险离合器、调节螺钉、螺母、拨轮、电磁铁、杠杆轴等多个零件，使进给变速箱结构大大简化。控制快速、慢速的两个电磁离合器是互锁的，分别由电器线路控制，因此，不能形成同时接通现象。电磁离合器中的摩擦片间隙量调整为2-3mm。结构中采用的BIDL-型电磁离合可传递的静扭矩是20kgfm。新设计结构的工作原理：当机床工作台选用慢速运动时，运动动力经过轴3上的齿轮2输入。当左边的离合器1吸合时，齿轮2就带动轴3转动，从而将运动动力输至工作台，使工作台得到慢速运动。当工作台选用快速运动时，运动动力经空心轴5输入。当右边的电磁离合器4吸合时，运动动力经离合器4带动轴3转动，并将运动动力输至工作台，使工作台得到快速运动。电磁离合器的吸合原理：直流电通过电刷输送给电磁离合器的线圈，使线圈周围产生磁场，磁拉力将离合器中的内、外摩擦片压紧。结构中的电刷安装如图5：电刷座固定在进给变速箱上，打开进给变速箱上的盖板，通过窗口即可以装卸电刷座，座上的电刷芯靠弹簧压力压在电磁离合器的导环上。其电刷芯用铜丝布烧成。2优化设计与主要参数的分析及选择目前电磁离合器的结构型式甚多，应了解各种特性，才能有效地使用并充分获得预期的效果，不是简单确定型式和尺寸，因此选型和参数确定时，应充分考虑原铣床的工作特性及进给传动机构有关技术要求。根据实际情况的要求，综合多种因素分析，选用BIDC-型湿式多片滑环式类型电磁离合器符合实际情况，其有关额定动扭矩Md、发热量H、一次结合功E的参数值也符合需求。四结论改造后的设备操作维修方便，而且效率高。设备的故障率比改造前降低80%，设备的可利用率达到95%以上。节约设备维修费用开支40%，设备的维