數控龍門銑床主傳動系統設計分析

銑床所指的是針對工件實行銑削加工的地點，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，銑床還可對回轉體表面以及內孔實行切斷與加工。由于數控龍門銑床有較高的生產效率，因此，被廣泛應用于機械制造領域。

即 FG32040MA 數控三坐標龍門銑床，其為移動式固定龍門工作臺的總體結構，三軸聯動，其中有自動交換附件頭的配置，可實行五面加工，以下即幾大重要參數：最大坐標移動速度為 15m/min；主軸最高轉速為 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）。

針對于航空零件數控的加工特點而制造和設計的一種機床即 FG32040MA 數控三坐標龍門銑床，這一銑床有較強的功能、較為緊湊的結構，且剛性大。在一些黑色金屬航空零件數控加工中得到廣泛應用，包括鑄鐵和強度高的結構鋼以及鈦合金等等。

2 主傳動系統設計

以往主傳動系統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動力，從而驅動刀具進行切削運動。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速和一定裝配精度，對滑枕內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，就應確保夠大的截面直徑，而一旦增大截面直徑，就會增加轉動關聯，從而對主軸動態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，無法實現主軸高轉速[1]。

2.1 更改設計要想確保高轉速和大扭矩以及大功率，在設計主傳動系統時，應解決以往設計過程中存在的問題，首先需做的即更改和設計長傳動軸。在設計 FG32040MA 數控三坐標龍門銑床主傳動系統時，應用的是插入式的獨立傳動箱安裝方法，利用空心傳動軸向主軸傳遞動力，可大大縮短傳動軸長度。經過系統動平衡試驗之后，無須采用滑枕內部的軸承來支撐，在節省成本的同時降低難度。并且作為一種獨立部件，傳動箱對潤滑冷卻設計極為有利，便于散熱處理以及熱防護。主傳動系統在高速運作過程中出現的熱變形即大扭矩和大功率，在整機誤差當中不可獲缺，只有減小熱變形誤差，才可確保機床加工的精度。主動機熱源重點分布于局部軸承所在區域和減速器、主軸電動機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到目的：第一，熱源隔離；第二，強化散熱；第三，減少熱源發熱量。由于主傳動系統設計安裝的是插入式的獨立傳動箱，因此，需在正面滑枕設計相應安裝窗口，而這必然會降低滑枕結構強度，當其高速運轉時，大功率的機械主軸會產生熱量，從而致使滑枕出現變形和彎曲，難以保障工件加工精度[2]。為了解決這一問題，在設計主傳動系統時，應確保緊湊結構，確保插入的軸向尺寸較小，這樣引起的滑枕變形會相應減小。

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

可對過渡曲線實行有限元分析，核對分析內容，防止傳統軸間過渡從而出現集中圓角應力情況。在實際分析過程中，可采用點線面體的建模形式，同時可構建二維面積網絡，借助旋轉所獲得的有限元模型即為三維映射網絡。雖然這一方法構建流程極其繁瑣，卻對計算速率的提升極為有利，同時能夠確保計算數據精準度。大型數控龍門銑床主軸若星傳動系統的過渡可采用樣條曲線，通過連接兩側軸承以及過渡段，除了可集中應力，還能延長使用年限。

3 傳動軸結構設計

3.1 確定傳動系統的模型元件

傳動系統模型元件有兩方面的內容。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的質量。傳動系統在運轉時，這一部分零部件動力學的原理重點在轉動的慣量中有所體現。一般情況下，軸中慣性元件可向軸兩側集中部分慣量，忽略扭轉變形以及等效圓盤情況，可視作剛性圓盤應用，以下為轉動慣量公式：I=mp2（1）在等效圓盤中，p 為等效直徑，m 為等效圓盤質量，I為轉動慣量。

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

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結語

航空發動機的機械系統中有許多零部件，技術相對比較復雜，在設計過程中可能會出現很多問題。所以，相關人員一定要從細節出發，通過數據進行驗證，更好地對航空發動機進行分析和研究。另外，要做好國際合作，在航空發動機機械專業研究領域進行進一步技術交流。

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