重型燃汽轮机叶轮专用钻铣床设计
—钻床部分
三 研究内容
加工叶轮专用钻铣床有多种机床运动,其中钻轴运动及刀架的运动是主要研究内容。
(1)钻轴旋转运动；
(2)钻轴进给运动
(3)刀架水平运动
(4)刀架横向运动
(5)刀架垂直运动。
3.1 钻轴运动参数
根据加工需求不同，设定钻轴转速(转/分钟)：n=122，183，384，576；钻轴 进给行程100毫米/分钟。
3.2 刀架水平、横向、垂直运动参数
刀架水平走刀速度（毫米/分钟）： 10~400
刀架横向走刀速度（毫米/分钟）： 10~400
刀架垂直走刀速度（毫米/分钟）： 10~250
刀架水平行程（左右）（毫米）： 800
刀架横向行程（前后）（毫米）： 1000
刀架垂直行程（上下）（毫米）： 1200
分度转台台面直径（毫米）： 3000
分度转台回转速度（转/分钟）： 0~12
分度转台铣削过程中工作台回转： 360°
右立柱倾角：15°
四 研究方案
根据研究内容及设计参数要求，可以确定钻轴转速共四级变速。
4.1钻轴旋转方案比较确定
方案一：钻轴旋转采用三相单速异步电动机及两个双联直齿轮控制；
三相异步单速交流电动机的优点：
(1)体积小，运行可靠，重量轻，价格便宜；
(2)控制简单，转矩响应快。
(3)磁极对数固定，接线容易简单
图1 单速电机传动方案
由于要使钻轴有4个不同的钻速，采用单速电机，为了是结构紧凑电机轴必须使用双联齿轮，与电机轴齿轮相互啮合的另外齿轮也必须是双联齿轮。
该控制方案结构简单，可靠性高，在低速区域电压调整比较困难，不可能得到较大的调速范围和较高的调速精度，适用于中、小功率，速度平滑、短时低速运行的生产机械，基本能够满足钻床主轴转速需要。
方案二：钻轴旋转采用三相双速异步电动机及单个双联直齿轮控制；
三相双速异步电动机的优点：
(1)可以提供不同的转速，扭矩可变；
(2)效率比较高，节能优秀。
图2 双速电机传动方案
由于要使钻轴有4个不同的钻速，可以采用双速电机和单个双联齿轮。
该控制方案具有良好的稳定性，可以实现快速和慢速控制，较适用于精度要求高的叶轮加工。
综上两种方案，考虑到钻轴运动参数已经设定和加工精度，采用方案二三相双速异步电动机及一个双联直齿轮控制。
4.2刀架水平、横向、垂直运动方案比较确定
方案一：刀架水平、横向、垂直运动用三相异步电机，蜗杆蜗轮及齿轮齿条控制；
由于刀架运动传动比大、传动功率不大、间歇工作可以用蜗杆蜗轮控制。
蜗杆蜗轮的优点及缺点：
(1) 传递两交错轴之间的运动和动力；
(2) 可以得到很大的传动比，承载能力高于交错轴斜齿轮机构；
(3) 多齿啮合传动，传动平稳、噪音很小；
(4) 具有自锁功能，反向自锁性可起安全保护作用；
(5) 传动效率较低、磨损严重、轴向力大。
齿轮齿条的优点及缺点：
(1) 可将旋转运动转变为直线运动，适合大距离的传递；
(2) 齿轮齿条机构不能自锁，需要外加锁紧装置。
该控制方案传动结构简单，其位置精度一般，对于加工精度要求高的场合不太合适。而刀架位置精度对加工叶轮十分关键，电机停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题，以更好的控制刀架的运动。
方案二：刀架水平、横向垂直运动用三相异步电机，蜗杆蜗轮及丝杠控制；
丝杠的优点：
(1) 可将旋转运动转变为直线运动
(2) 摩擦阻力很小，能保证高精度，启动力矩极小，实现精确的微进给；
(3) 无侧隙、刚性高；
(4) 运动效率高、发热小、可实现高速进给。
该控制方案传动精度高，结构稳定，效率高。具备自锁功能，可以防止自动脱档和自动换挡。控制性能更可靠，还具有加速性能较好的特点，可用于要求快速启停的控制场合。该控制方案适合加工精度要求高的零件。
综上两种方案，为更好的控制刀架的运动精度，保证加工质量，方案二比较适合设计需求。
刀架水平、横向、垂直运动，其运动传动可以暂时设计为电动机—蜗杆蜗轮—丝杠—螺母。
图3 刀架传动方案
4.3钻轴进给方案比较确定
由于钻轴进给运动传动链与刀架水平、横向、垂直运动传动链相同，通过对刀架水平、横向、垂直运动两种方案的比对，同样选择三相异步电机，蜗杆蜗轮及丝杠机构控制。
4.4机床结构设计
机床结构设计主要包括机床底座、床身、立柱、钻轴箱、滑台等。为满足机床加工精度及运动平稳性，采用三相异步单速电机及丝杠和线轨来控制滑台移动，滑台移动是水平直线运动。
