《WBF32镗进给传动系统改造》科技创新论文

WBF32镗传动系统改造作者姓名：张义华陈虹先王威单位：重机厂-1-目录摘要……………………………………………………………………………-2-Abstract………………………………………………………………………-3-一.引言………………………………………………………………………-4-二.320镗原传动系统1.工作原理分析………………………………………………………-5-2.故障现象分析………………………………………………………-5-三.机械改造方案的确定及相关理论计算1.改造方案的确定……………………………………………………-6-2.相关理论的计算……………………………………………………-6-四.机械改造方案的具体实施步骤…………………………………………-7-五.其他辅助改造……………………………………………………………-8-六.电气控制方案1.PLC的选择……………………………………………………………-9-2.主轴控制………………………………………………………………-9-3.进给控制部分………………………………………………………-10-七.PLC程序设计……………………………………………………………-10-八.实施与调试………………………………………………………………-10-九.创新点和实用性…………………………………………………………-11-十.总结………………………………………………………………………-11-参考文献………………………………………………………………………-12-附图1PLC程序………………………………………………………………-13--2-摘要WBF32镗床进给传动系统改造主要基于其进给机构中的换向结合子总是容易打坏所引发一系列故障导致机床可能报废的原因。此次改造是对该机床进给系统的结构进行分析并结合现代科学技术后，最终通过对进给机构的改进，由斜齿轮减速机（带电机）传动速度和扭矩，并由“过渡齿轮箱”将整个进给传动系统有机结合在一起的方式替代了原换向机构及传动链来实现机床的有效进给及相关功能动作；由原来的老式手动控制方式，改成现在的电气按钮控制，增加了PLC控制；并增加了润滑点、修复X轴导轨重新加装了V型不锈钢护罩。充分体现了现代数控设备机电液一体化的特征。关键词：故障进给传动系统斜齿轮减速机PLC控制机电液一体化-3-AbstractTransformationoffeedingtransmissionsystemofboringmachineWBF32basedmainlyonitsfeedingmechanismofreversingthecombinationisalwayseasytobrokencausedaseriesoffaultcausesthemachinemaybescrapped.Thetransformationofthemachinefeedingsystemstructureisanalyzedandcombinedwithmodernscienceandtechnology,theimprovementoffeedmechanism,bythehelicalgearreducer(withmotor)drivespeedandtorque,andtheeffectivefeedandrelatedfunctiontomovethewholefeeddrivesystemorganiccombinationtogetherinsteadoftheoriginalreversingmechanismandthechainoftransmissiontoachievemachinebytransitiongearbox;bytheold-fashionedmanualcontrolmodeoftheoriginal,convertedintoelectricbuttoncontrolnow,increasedPLCcontrol;andtoincreasethelubricationpoints,repairofXaxisguiderailtotheinstallationoftheVtypestainlesssteelshield.FullyembodiesthecharacteristicsofmodernCNCequipment,electromechanicalintegration.Keywords:FaultFeeddrivesystemHelicalgearreducerPLCcontrolMechatronics.-4-一.引言WBF32镗床，俗称320镗，设备固定资产号100026T0013；该设备是重装事业部重机厂一台重要的粗加工设备。320镗是源自德国上世纪30年代的设备，自其投产使用以来，承担了许多大型机架、牌坊等零部件的粗加工任务，为集团公司出色地完成了大量的机加任务，在整个设备生产线上占有举足轻重的地位。320镗在长期的使用中，由于设计及使用等各种原因，其进给机构中的换向结合子总是容易打坏，加之多处相关机械零部件的磨损；机床拖链内的控制电缆多数已断或破皮，电气元件老化严重，柜内的线号都已经看不清，不但维修频繁，而且工作量极大。因此，造成机床有效利用率下降，不能完全发挥其强大的粗加工能力。特别是近年来生产任务重，机床负荷加大，往往一个月中有一半的时间是在停机维修。综上所述，通过对320镗传动结构的分析并结合现有先进技术，越过原换向机构并重新配备动力源单独供给传动系统的方式，实现了320镗的有效进给，并补充修复了各润滑点的润滑功能，从而提高了机床的使用性能和机床的有效利用率。-5-二.320镗原传动系统1.工作原理分析图1320镗改造前传动链图机床主电机（75Kw）在实现镗杆主轴旋转的前提下，通过如图一所示的几个齿轮将动力传给进给机构，包括：光杆带动立柱运动（X轴进给），立装大丝杠带动床头箱运动（Y轴进给），卧装小丝杠带动镗杆运动（Z轴进给）。各个运动方向的传动进给，通过床头箱上的手动把手的切换，拨动拨叉带动几组不同的结合子的结合来实现。由于主轴旋向不能变，所以主电机的旋向也是一定的，因此，要实现传动进给方向的不同，也需要通过手柄变换结合子（168-2-28）的位置。2.故障现象分析320镗在2011年8月份进给机构齿轮打坏后，通过采购部订购了备件，安装后还未动刀在机床试车时又出现齿轮打坏并发生床头箱开裂的故障。通过外协招标的铸铁焊接专家对裂开部份进行补焊，焊后箱体有少许变形。安装后试车时再次发生箱体开裂，齿轮打坏的故障。这个时候要使箱体补焊还原的可能性几乎不太可能，机床面临着报废的危险。为了修复机床，使它能够起死回生，同时也解决该机床长期存在的进给机构换向结合子（168-2-28）使用周期短，电器元件老化等维修工作量大且维修频繁的问题。通过对320镗传动结构的分析并结合现有先进技术，越过原换向机构并重新配备动力源单独供给传动系统的方式，从而达到提高机床性能，降低维修率的目的。-6-三.机械改造方案的确定及相关理论计算1.改造方案的确定通过多次论证，最终确认的改造方案是：a.如图1所示，取消原进给系统传动链，由“主电机”到“三级齿轮传动”到“换向结合子168-2-28”到“过载保护装置”到“长轴320-G-Z01”的传动链；b.改成如图2所示，由独立的电机（自带减速机机构）替换上面所述的那一部分传动链；为此，需要选型电机及减速机，需根据床头箱上方的有限空间位置加装过渡齿轮箱，需加工与过渡齿轮箱相匹配的相关零部件等；图2320镗改造后传动链图2.相关的理论计算2.1独立电机及其减速机的选型320镗原传动链，由“主电机”到“三级齿轮传动”到“换向结合子168-2-28”到“过载保护装置”到“长轴320-G-Z01”的传动比：43126252353300.1681267851533037传动比为1:61500rpm12.7mm15000.168=3200/minmm主电机最高转速为，且床头箱进给丝杠螺距为；床头箱进给最大速度为12.7通过检查找该机床的技术资料和实际测量可知道以下机床数据1．机床总重量70T2．立柱与床身结合面材料：钢---黄铜，有油润滑时摩擦系数为0.03。3．立柱上齿轮直径D=450mm，m=16-7-4．立柱快速：2m/min5．立柱运动阻力：f=70×0.03=2.1T=21000N;进给抗力取80000N,总运动阻力为101000N6．齿轮转速：3.14×0.45=1.413；2/1.413=1.415r/min7．转矩：T=101000×0.45/2=22725Nm;8．据公式T=9550p/n9．P=22725×1.415/9550=3.37kw;（p为终端输出功率）10．传动链过程中的功率传动效率：齿轮传动0.97;蜗杆传动0.4;减速器0.9811．η=0.98×0.97×0.97×0.97×0.4=0.35712．所以电机功率为：3.37/0.357=9.43kw通过以上计算可以看出在机床润滑良好的情况下，用于机床运动的电机功率在大于10kw时可以满足使用要求，但考虑到一些不可测因素和减速器的标准我们选电机功率为18.5kw电机。选定独立电机功率为18.5Kw，则转矩19550=18.5=117.81550TNm；2.2上式计算传动比为机床快速时的传动比，速度较快，考虑机床进给及标准减速机的尺寸型号等因素，选取减速机速比为1：19.38，这还可保证机床的微小进给，满足生产的需要。-8-四.机械改造方案的具体实施步骤首先，如上文所述，取消原进给系统传动链，由“主电机”到“三级齿轮传动”到“换向结合子168-2-28”到“过载保护装置”到“长轴320-G-Z01”的传动链之后，改造方案首先根据理论计算结合供方市场，我们最终选型某国产斜齿轮减速机（带电机，功率18.5Kw），型号GRF137-Y18.5-4P-19.38-M1，其止口1=350Dmm，与过渡齿轮箱相配；原标准型号轴长=170Lmm，由于空间位置的限制，重新定制为轴长为=130Lmm。通过选型的减速机替代原传动链传递到此阶段的速度和力矩。第二步，如图3所示，我们需要设计这样一个“过渡齿轮箱”来连接“新选用的减速机”和“床头箱中的进给传动链末端”。减速机（带电机）立装在“过渡齿轮箱”上，减速机（带电机）的安装定位由其止口1=350Dmm与“过渡齿轮箱”的“上层定位盖板320-G-B01”的止口沉孔相配装来实现；“过渡齿轮箱”与床头箱的连接由“过渡齿轮箱”的“盖板底座320-G-B03”与床头箱用螺栓固定。图3320镗过渡齿轮箱剖视图第三步，根据理论数据和实际的空间位置，重新设计了“过渡齿轮箱”中，需要起到传递动力的各个齿轮和长轴，分别是：“Ⅰ齿：320-G-C01”、“Ⅱ齿：320-G-C02”、“长轴：320-G-Z01”；同时设计出与之配对的定位机构（压盖01320-G-G01；压盖02320-G-G02；定位环03320-G-G03；及相应的轴承）。重新测绘加工了丝杠和光杠传动机构的铜瓦（铜套01320-G-T01；铜套02320-G-T02；并为之开出油槽，以便之后设计的润滑油路能充分润滑到该点）。第四步，出图“上层定位盖板320-G-B01”、“中层定位盖板320-G-B02”、“盖板底座320-G-B03”以便在加工出“过渡齿轮箱”所需要的各个孔系的正确尺寸（孔的大小、深度以及定位尺寸），如图4所示。第五步，“过渡齿轮箱”的装配：“上层定位盖板320-G-B01”和“中层定位盖板320-G-B02”是用螺栓和销子定位和固定的；“盖板底座320-G-B03”与床头箱之间也是用螺栓和销子定位和固定的，但是它与“过渡齿轮箱”的其它部分之间是通过焊接的方式连接的。首先将厚为30mm的“盖板底座320-G-B03”放-9-在床头箱上号画出它与床头箱相连接所需的螺钉孔和销子孔；然后，在“盖板底座320-G-B03”的中间开出一个轮廓线与“