变频技术在摇臂钻床上的应用

徐菁

【摘要】本文主要介绍了变频技术在摇臂钻床上的应用，并通过典型产品的设计举例，对该技术的特点进行了详细的阐述。

【关键词】变频技术；摇臂钻床

目前我国普通摇臂钻床类产品主传动和进给传动主要采用普通电机驱动，液压预选变速结构。该种类型传动机构主轴箱结构复杂，且需要比较复杂的液压转阀及閥体。对于已经成型的大批量生产的流量型产品，较为适用，但对于小批量产品来讲存在加工周期长，装配复杂等缺点。因此，主要针对于小批量型产品，我们采用了目前成熟的变频控制技术，简化主运动和进给运动，通过程序控制电磁换向阀的方法，取代了原有结构复杂的预选阀和操纵阀，大大简化主轴箱结构，并使主轴箱零部件相对同类型产品减少30%。

针对于上述优点，我们主要在小批量型产品FRD5018、FRD6325和FRD16050这三款产品上使用该项技术。其中FRD6325为最先应用的产品类型，下面以此产品为例进行详细阐述。

一、主传动及进给传动设计

该机床采用主传动和进给传动分离控制，转速和进给量可实现无级调速，任意匹配，通过触摸式控制面板来输入转速和进给数值。这样既扩大机床调速范围，同时又减轻劳动强度。

在主传动方面，整机切削参数参照原有Z3063X20普通摇臂钻床，主轴最大扭矩980NM。主电机采用变频电机，电机功率为5.5KW，合理采用传动比，尽量减少传动轴及滑移齿轮的数量，我们通过合理分配变速区域，来实现主电机低速大扭矩和高速恒功率切削，整个住传动系统照比原有普通型产品所需零件数量大量减少。该主传动系统转速主要分为低、中、高三个区域：

1、0——63r/min为低速区，主电机处于恒扭矩输出状态（降速比为23.13）。2、64——283r/min为中速区，主电机出于恒扭矩输出状态（降速比为5.14）。3、284——1743r/min为高速区，主电机处于恒功率输出状态（降速比为0.835）。

主传动轴由原有的6根减少为4根，传动齿轮减少5种。进给传动系统同样沿用主传动的设计思路，采用变频电机作为动力源，因考虑其使用范围，整个传动链采用定比传动来获得较大的扭矩。传动轴由原有5根减少为2根，传动齿轮由原有12种，减少为3种。通过以上设计，使摇臂钻床主轴箱部分加工难度大大降低，传动类零件大幅度减少。该机床试制完成后，我们采用与Z3063验收要求一致的切削参数进行切削，该机床完全能够满足切削要求。

二、液压变速系统设计

FRD6325液压预选变速系统相对于传统摇臂钻床进行了较大的改进，取消原有的操纵阀和预选阀，改用电磁换向阀进行控制，使整个液压变速系统大大简化。

如图1所示，原有Z3063液压预选变速系统原理图，该系统通过预选转阀预选主轴的转速和进给量，通过操纵阀手把的5个位置进行主轴正转、反转、停车、空档4个动作的控制。

图2为FRD6325液压原理图，变速泵自带溢流阀控制整个系统压力，通过电磁换向阀来控制两个变速轴变速档位，主轴正转、反转、停车、空档由控制面板上相关按钮实现。因取消原有“缓速”机构，为避免滑移齿轮变速时出现打齿现象，我们通过程序控制，在主轴变速时，主电机先进行3-5秒的缓慢转动，保证变速齿轮顺利啮合。样机试制完成后，我们通过实践变速证明该程序能够顺利保证齿轮啮合，变速过程中无打齿现象。

通过以上改进，液压预选系统零件减少80%以上，而且结构简单，利于故障排除及产品维修。

三、结语

变频类摇臂钻床的产品能够对产品在机械结构上进行大量的简化，缩短了产品的制造周期，利于产品的安装调试及日常维护，尤其适合小批量且无专用加工工装类产品类型的加工制造。且样机经实际切削实验，完全能够达到设计要求。