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銑床所指的是針對工件實(shí)行銑削加工的地點(diǎn)，銑床中可開展多項加工工作，包括螺旋形表面和分齒零件、溝槽和平面等等。同時，銑床還可對回轉(zhuǎn)體表面以及內(nèi)孔實(shí)行切斷與加工。由于數(shù)控龍門銑床有較高的生產(chǎn)效率，因此，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域。

1 機(jī)床概述

即 FG32040MA 數(shù)控三坐標(biāo)龍門銑床，其為移動式固定龍門工作臺的總體結(jié)構(gòu)，三軸聯(lián)動，其中有自動交換附件頭的配置，可實(shí)行五面加工，以下即幾大重要參數(shù)：最大坐標(biāo)移動速度為 15m/min；主軸最高轉(zhuǎn)速為 4000r/min；工作臺尺寸為 4000mm×2000mm；主軸功率為 37kW（Sl）/45kW（S6）；主軸扭矩為 1300N·m（S1）/1900N·m（S6）。

針對于航空零件數(shù)控的加工特點(diǎn)而制造和設(shè)計的一種機(jī)床即 FG32040MA 數(shù)控三坐標(biāo)龍門銑床，這一銑床有較強(qiáng)的功能、較為緊湊的結(jié)構(gòu)，且剛性大。在一些黑色金屬航空零件數(shù)控加工中得到廣泛應(yīng)用，包括鑄鐵和強(qiáng)度高的結(jié)構(gòu)鋼以及鈦合金等等。

2 主傳動系統(tǒng)設(shè)計

以往主傳動系統(tǒng)所采用的為固定龍門滑枕式銑床，由傳動軸向主軸傳送齒輪箱內(nèi)動力，從而驅(qū)動刀具進(jìn)行切削運(yùn)動。一般而言，支撐長傳動軸的需幾組軸承，為了確保更高主軸轉(zhuǎn)速和一定裝配精度，對滑枕內(nèi)部軸度以及軸承座孔提出了較高要求，而這不僅會增加滑枕加工難度，還難以保障精度。要想讓長傳動軸傳遞大切削扭矩，就應(yīng)確保夠大的截面直徑，而一旦增大截面直徑，就會增加轉(zhuǎn)動關(guān)聯(lián)，從而對主軸動態(tài)性能起到較大制約作用。此外，由于難以確保裝配的長傳動軸精度，再加上長傳動軸自身有一定撓度，很難確保傳動系動平衡，無法實(shí)現(xiàn)主軸高轉(zhuǎn)速[1]。

2.1 更改設(shè)計要想確保高轉(zhuǎn)速和大扭矩以及大功率，在設(shè)計主傳動系統(tǒng)時，應(yīng)解決以往設(shè)計過程中存在的問題，首先需做的即更改和設(shè)計長傳動軸。在設(shè)計 FG32040MA 數(shù)控三坐標(biāo)龍門銑床主傳動系統(tǒng)時，應(yīng)用的是插入式的獨(dú)立傳動箱安裝方法，利用空心傳動軸向主軸傳遞動力，可大大縮短傳動軸長度。經(jīng)過系統(tǒng)動平衡試驗之后，無須采用滑枕內(nèi)部的軸承來支撐，在節(jié)省成本的同時降低難度。并且作為一種獨(dú)立部件，傳動箱對潤滑冷卻設(shè)計極為有利，便于散熱處理以及熱防護(hù)。主傳動系統(tǒng)在高速運(yùn)作過程中出現(xiàn)的熱變形即大扭矩和大功率，在整機(jī)誤差當(dāng)中不可獲缺，只有減小熱變形誤差，才可確保機(jī)床加工的精度。主動機(jī)熱源重點(diǎn)分布于局部軸承所在區(qū)域和減速器、主軸電動機(jī)和減速器下方的傳動齒輪，要想控制熱變形所帶來的影響，可通過三種方式來達(dá)到目的：第一，熱源隔離；第二，強(qiáng)化散熱；第三，減少熱源發(fā)熱量。由于主傳動系統(tǒng)設(shè)計安裝的是插入式的獨(dú)立傳動箱，因此，需在正面滑枕設(shè)計相應(yīng)安裝窗口，而這必然會降低滑枕結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，當(dāng)其高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，大功率的機(jī)械主軸會產(chǎn)生熱量，從而致使滑枕出現(xiàn)變形和彎曲，難以保障工件加工精度[2]。為了解決這一問題，在設(shè)計主傳動系統(tǒng)時，應(yīng)確保緊湊結(jié)構(gòu)，確保插入的軸向尺寸較小，這樣引起的滑枕變形會相應(yīng)減小。

2.2 材料選擇

在選擇材料時，需考慮載荷部位危險性，確保材料有一定的抗斷裂性能和抗疲勞性能以及重量比值。

2.3 確定過渡曲線

可對過渡曲線實(shí)行有限元分析，核對分析內(nèi)容，防止傳統(tǒng)軸間過渡從而出現(xiàn)集中圓角應(yīng)力情況。在實(shí)際分析過程中，可采用點(diǎn)線面體的建模形式，同時可構(gòu)建二維面積網(wǎng)絡(luò)，借助旋轉(zhuǎn)所獲得的有限元模型即為三維映射網(wǎng)絡(luò)。雖然這一方法構(gòu)建流程極其繁瑣，卻對計算速率的提升極為有利，同時能夠確保計算數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度。大型數(shù)控龍門銑床主軸若星傳動系統(tǒng)的過渡可采用樣條曲線，通過連接兩側(cè)軸承以及過渡段，除了可集中應(yīng)力，還能延長使用年限。

3 傳動軸結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 確定傳動系統(tǒng)的模型元件

傳動系統(tǒng)模型元件有兩方面的內(nèi)容。第一，慣性元件。所指的是卡盤和齒輪以及皮帶輪等零部件每一軸旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量。傳動系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)時，這一部分零部件動力學(xué)的原理重點(diǎn)在轉(zhuǎn)動的慣量中有所體現(xiàn)。一般情況下，軸中慣性元件可向軸兩側(cè)集中部分慣量，忽略扭轉(zhuǎn)變形以及等效圓盤情況，可視作剛性圓盤應(yīng)用，以下為轉(zhuǎn)動慣量公式：I=mp2（1）在等效圓盤中，p 為等效直徑，m 為等效圓盤質(zhì)量，I為轉(zhuǎn)動慣量。

第二，彈性原件。兩大等效圓盤間軸段即彈性原件。其作用于傳動系統(tǒng)時在自身扭轉(zhuǎn)剛度上有所體現(xiàn)。通過利用軸段之間轉(zhuǎn)動的慣量，可重疊在鋼性圓盤中，從而控制軸扭轉(zhuǎn)剛度精準(zhǔn)程度。

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結(jié) 語

航空發(fā)動機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)中有許多零部件，技術(shù)相對比較復(fù)雜，在設(shè)計過程中可能會出現(xiàn)很多問題。所以，相關(guān)人員一定要從細(xì)節(jié)出發(fā)，通過數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，更好地對航空發(fā)動機(jī)進(jìn)行分析和研究。另外，要做好國際合作，在航空發(fā)動機(jī)機(jī)械專業(yè)研究領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步技術(shù)交流。

數(shù)控龍門銑床主傳動系統(tǒng)設(shè)計分析

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