變頻技術在搖臂鑽床上的應用
科技專論
作者：徐菁
【摘要】本文主要介紹了變頻技術在搖臂鑽床上的應用，並通過典型產品的設計舉例，對該技術的特點進行了詳細的闡述。
【關鍵詞】變頻技術；搖臂鑽床
目前我國普通搖臂鑽床類產品主傳動和進給傳動主要采用普通電機驅動，液壓預選變速結構。該種類型傳動機構主軸箱結構複雜，且需要比較複雜的液壓轉閥及閥體。對於已經成型的大批量生產的流量型產品，較為適用，但對於小批量產品來講存在加工周期長，裝配複雜等缺點。因此，主要針對於小批量型產品，我們采用了目前成熟的變頻控製技術，簡化主運動和進給運動，通過程序控製電磁換向閥的方法，取代了原有結構複雜的預選閥和操縱閥，大大簡化主軸箱結構，並使主軸箱零部件相對同類型產品減少30%。
針對於上述優點，我們主要在小批量型產品FRD5018、FRD6325和FRD16050這三款產品上使用該項技術。其中FRD6325為最先應用的產品類型，下麵以此產品為例進行詳細闡述。
一、主傳動及進給傳動設計
該機床采用主傳動和進給傳動分離控製，轉速和進給量可實現無級調速，任意匹配，通過觸摸式控製麵板來輸入轉速和進給數值。這樣既擴大機床調速範圍，同時又減輕勞動強度。
在主傳動方麵，整機切削參數參照原有Z3063X20普通搖臂鑽床，主軸最大扭矩980NM。主電機采用變頻電機，電機功率為5.5KW，合理采用傳動比，盡量減少傳動軸及滑移齒輪的數量，我們通過合理分配變速區域，來實現主電機低速大扭矩和高速恒功率切削，整個住傳動係統照比原有普通型產品所需零件數量大量減少。該主傳動係統轉速主要分為低、中、高三個區域：
1、0——63r/min為低速區，主電機處於恒扭矩輸出狀態（降速比為23.13）。2、64——283r/min為中速區，主電機出於恒扭矩輸出狀態（降速比為5.14）。3、284——1743r/min為高速區，主電機處於恒功率輸出狀態（降速比為0.835）。
主傳動軸由原有的6根減少為4根，傳動齒輪減少5種。進給傳動係統同樣沿用主傳動的設計思路，采用變頻電機作為動力源，因考慮其使用範圍，整個傳動鏈采用定比傳動來獲得較大的扭矩。傳動軸由原有5根減少為2根，傳動齒輪由原有12種，減少為3種。通過以上設計，使搖臂鑽床主軸箱部分加工難度大大降低，傳動類零件大幅度減少。該機床試製完成後，我們采用與Z3063驗收要求一致的切削參數進行切削，該機床完全能夠滿足切削要求。
二、液壓變速係統設計
FRD6325液壓預選變速係統相對於傳統搖臂鑽床進行了較大的改進，取消原有的操縱閥和預選閥，改用電磁換向閥進行控製，使整個液壓變速係統大大簡化。
原有Z3063液壓預選變速係統原理圖，該係統通過預選轉閥預選主軸的轉速和進給量，通過操縱閥手把的5個位置進行主軸正轉、反轉、停車、空檔4個動作的控製。
FRD6325液壓原理圖，變速泵自帶溢流閥控製整個係統壓力，通過電磁換向閥來控製兩個變速軸變速檔位，主軸正轉、反轉、停車、空檔由控製麵板上相關按鈕實現。因取消原有“緩速”機構，為避免滑移齒輪變速時出現打齒現象，我們通過程序控製，在主軸變速時，主電機先進行3-5秒的緩慢轉動，保證變速齒輪順利齧合。樣機試製完成後，我們通過實踐變速證明該程序能夠順利保證齒輪齧合，變速過程中無打齒現象。
通過以上改進，液壓預選係統零件減少80%以上，而且結構簡單，利於故障排除及產品維修。
三、結語
變頻類搖臂鑽床的產品能夠對產品在機械結構上進行大量的簡化，縮短了產品的製造周期，利於產品的安裝調試及日常維護，尤其適合小批量且無專用加工工裝類產品類型的加工製造。且樣機經實際切削實驗，完全能夠達到設計要求。