王玉玲

（太原工業(yè)學(xué)院，山西 太原 030008）

0 引言

在機(jī)械加工中，龍門刨床主要用來加工大平面，尤其是長(zhǎng)而窄的平面，也可以用來加工溝槽［1］；它與龍門銑床的外形相似，但對(duì)于大平面的加工，其效率遠(yuǎn)低于龍門銑床。隨著制造業(yè)市場(chǎng)的快速發(fā)展，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，加工企業(yè)對(duì)加工效率及產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高。某企業(yè)原有一臺(tái)長(zhǎng)4m的724龍門刨床，生產(chǎn)中故障率高、生產(chǎn)率低、加工質(zhì)量不高，工程技術(shù)人員通過對(duì)原刨床結(jié)構(gòu)和功能的分析，組織多方討論，決定對(duì)此龍門刨床進(jìn)行改造，以便更好地發(fā)揮該機(jī)床的加工能力。

1 機(jī)械部分總體改造方案

從降低改造成本和縮短工期的原則出發(fā)，在對(duì)龍門刨床進(jìn)行改造時(shí)，保留原刨床的側(cè)刀架，用以刨削工件的豎直平面；拆掉原刨床橫梁上兩個(gè)垂直刨刀架并新增兩個(gè)垂直銑頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)上平面的銑削加工。這樣，改造后的機(jī)床具備刨銑復(fù)合功能，大大提高了加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。

在龍門刨床上刨削上平面時(shí)，工作臺(tái)沿床身導(dǎo)軌的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)［2］，工進(jìn)速度快；而在龍門銑床上銑削上平面時(shí)，銑頭的旋轉(zhuǎn)是主運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，要求工進(jìn)速度慢。因此，對(duì)工作臺(tái)要實(shí)現(xiàn)減速改造，下面簡(jiǎn)述一下改造方案。

2 工作臺(tái)減速改造方案

原刨床工作臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示，電動(dòng)機(jī)軸與減速器的輸入軸通過聯(lián)軸器剛性聯(lián)接，減速器的輸出軸與執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過聯(lián)軸器剛性聯(lián)接，執(zhí)行機(jī)構(gòu)由齒輪、齒條和工作臺(tái)組成。工作時(shí)，運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)傳至減速器的輸入軸，經(jīng)過齒輪傳動(dòng)傳至輸出軸，輸出軸再將運(yùn)動(dòng)傳至執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的齒輪，通過齒輪齒條嚙合帶動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。

起初的減速改造方案是：保留原減速器，將原55 kW的直流電機(jī)改造為交流電機(jī)，通過變頻調(diào)速器實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，實(shí)際試生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)變頻器長(zhǎng)期在低效的低頻段（5Hz附近）工作，電氣系統(tǒng)發(fā)熱增多，并且經(jīng)常出現(xiàn)悶車、啃刀、跳閘等不良現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。

為此，考慮完善改造方案，由于更換減速器存在著成本高、工期長(zhǎng)等問題，通過咨詢及對(duì)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的分析，決定拆掉原刨床中電機(jī)與減速器之間的聯(lián)軸器，更換為V帶輪傳動(dòng)聯(lián)接，如圖2所示。

圖1 原刨床工作臺(tái) 傳動(dòng)系統(tǒng)

圖2 改造后刨床工作臺(tái) 傳動(dòng)系統(tǒng)

改造后的工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)與V帶傳動(dòng)的小帶輪聯(lián)接，大帶輪與減速器的輸入軸聯(lián)接。工作時(shí)，運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)V帶傳動(dòng)傳至減速器輸入軸，再由減速器輸出傳至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最后，經(jīng)過齒輪齒條嚙合帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。

3 V帶傳動(dòng)主要參數(shù)計(jì)算

3.1 確定小帶輪和大帶輪的直徑

小帶輪與原刨床的電機(jī)軸頭通過鍵聯(lián)接，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n＝132.5r／min～1 325r／min，功率為55kW，電機(jī)軸頭的直徑為Φ65mm，根據(jù)電機(jī)軸頭的尺寸，初步確定小帶輪的直徑為d1＝180mm。

大帶輪與原刨床的減速器輸入軸通過鍵聯(lián)接，根據(jù)帶傳動(dòng)比一般i≤7的要求，再考慮設(shè)備附近的空間大小，最后確定大帶輪的直徑為d2＝900mm。此時(shí)，傳動(dòng)比i＝900／180＝5＜7，滿足要求。

3.2 確定中心距、驗(yàn)算主動(dòng)輪包角

3.2.1 確定中心距a

參考文獻(xiàn)［3］，帶輪中心距應(yīng)滿足：

將相關(guān)參數(shù)代入式（1）計(jì)算得：756＜a＜2 160。最后，取中心距a＝950mm。

3.2.2 驗(yàn)算小帶輪包角α

包角α是帶傳動(dòng)很重要的一個(gè)參數(shù)，包角越大，帶與帶輪之間的摩擦力越大，帶傳動(dòng)能力就越高。根據(jù)文獻(xiàn)［3］帶輪包角α由下式計(jì)算：

將相關(guān)參數(shù)代入式（2）計(jì)算得：α＝136.6°＞120°，符合要求。

3.3 確定帶輪的材料、結(jié)構(gòu)及V帶的型號(hào)

兩個(gè)V帶輪的材料均選HT250的灰鑄鐵。小帶輪直徑較小，采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)；大帶輪直徑大于350 mm，采用輪輻式結(jié)構(gòu)。

由于此刨床負(fù)荷較大，且工作可靠性要求較高，故選四槽V型（15N）皮帶傳動(dòng)。

4 結(jié)論

經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，改造后的刨床工作過程平穩(wěn)可靠，加工過程中再?zèng)]有出現(xiàn)悶車、啃刀等現(xiàn)象，并且變頻器的工作頻率提高了5倍，很好地解決了過去經(jīng)常出現(xiàn)的跳閘以及電器元件發(fā)熱量大等問題。

這次改造只是將原刨床的直流發(fā)電機(jī)組改造為交流電機(jī)組，并將電機(jī)與減速器之間的聯(lián)軸器剛性聯(lián)接更換為V帶傳動(dòng)聯(lián)接，成本低、工期短，機(jī)床的加工能力明顯提升，同時(shí)，也提高了生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，改造效果良好，值得推廣。