一种应用于动横梁龙门机床上的W轴驱动装置设计

一种应用于动横梁龙门机床上的W轴驱动装置设计

苏文涛

（通用技术集团机床工程研究院有限公司沈阳分公司  辽宁 沈阳  110000）

引 言：龙门机床的横梁包括固定形式和移动形式两种。为了使工件加工高度范围更大，通常采用动横梁形式。目前传统横梁驱动即W轴驱动均采用丝杠结合减速机和电机来实现，丝杠长度通常约为W轴有效行程与横梁自身宽度之和，丝杠的一个支撑端即为减速机和电机的支撑端，此种布局方式特别是对于W轴行程比较大的大型龙门来说，丝杠长度过长，传动装置整体刚性欠佳，且造成一定的浪费。

关键词：龙门机床；W轴驱动；丝杠

一、装置机构设计简介

本装置是一种用于动横梁龙门机床的W轴驱动装置，该驱动装置的丝杠前端（连接减速机侧）通过固定在立柱上半段的轴承支撑座支撑，电机、减速机固定安装在立柱顶端，通过一根一定长度的过渡轴将丝杠和减速机输出轴连接，以此达到尽量减小丝杠长度，这样既增加了传动刚性，也降低了制造成本。

本装置包括电机和减速机、减速机支撑架、丝杠刹车装置、过渡连接轴、丝杠上端支撑座、丝杠和丝杠下端支撑座等组成。丝杠下端支撑座安装在立柱底部支撑台上，此端为完全约束，承受整个W轴移动部分重量。丝杠上端支撑座布置于立柱上半段，此端为径向约束、轴向可自由移动。W轴驱动电机和减速机通过一个刚性极佳的支座固定于立柱顶端。为保证W轴横梁移动的安全性，在立柱顶端安装刹车装置。在减速机输出端和丝杠的输入端，配置一根过渡传动轴，轴两端都采用渐开线花键联结，保证传动的精确性以及易装配性。装置结构简图如图1.所示。考虑加工工艺性，过渡轴采用三段小轴组合而成，如图2.所示，通过冷装方式三段轴过盈配合安装。在过渡轴上端安装刹车盘，配合刹车装置实现横梁定位刹车。优点：1）该W轴驱动装置的丝杠长度在满足使用的前提下，作到了最短，使得整个传动系统刚性最佳；2）丝杠长度最优化降低了装置成本；3）W轴驱动系统刚性提高进一步提升了传动精度，增加了产品竞争力。  

图1.装置机构简图

图2.过渡轴

二、工作原理

丝杠支撑座17通过定位支座26固定于立柱下部支撑台上，此端为完全约束，承受整个W轴移动部分重量：丝杠13通过定位台与支撑块14同轴连接，支撑块14下方为重载推力滚柱轴承15；衬套23、卡圈18、卡圈20、滚针轴承19组成径向定位套件。推力圆柱滚子轴承22、隔垫24、锁紧螺母25承载整个W轴的倾覆力矩。

丝杠上端支撑座6布置于立柱上半段，此端为径向约束、轴向可自由移动：一对滚针轴承9通过隔套10、11以及轴用挡圈8、孔用挡圈7隔套12分别将滚针轴承的内圈和外圈固定，由于滚针轴承具有径向定位和轴向游动特点，所以丝杠上端可不受热伸长影响而轴向浮动。丝杠传动输入端采用渐开线花键与过渡轴5联结。

整个动力源支撑装置布置于立柱顶面。W轴驱动系统的减速机1采用大扭矩精密斜齿轮变速箱。支撑座3通过高强度螺钉固定在立柱顶面，中间定位块2与支撑座3通过定位止口联结固定，减速机1固定于中间定位块2上。过渡轴5将丝杠输入端和减速机输出轴连接，以此达到尽量减小丝杠长度，这样既增加了传动刚性，也降低了系统成本。减速机1输出端以及丝杠输入端为渐开线外花键，过渡轴5两端均为渐开线内花键。在过渡轴上端安装刹车盘4，配合刹车装置实现横梁定位刹车。考虑加工工艺性，过渡轴5采用三段小轴组合而成，通过冷装方式三段轴过盈配合安装。

三、结语

文中所述W轴驱动装置的丝杠长度在满足使用的前提下，作到了最短，使得整个传动系统刚性最佳；而丝杠长度最优化降低10%的装置成本。由于W轴驱动系统刚性的提高进一步提升了传动精度，增加了产品竞争力。本装置在动梁龙门机床上的应用，为用户更好的接受和使用国产数控机床增强信心。采用该项技术的项目生产后，可获得显著的经济和社会效益。可解决军工、模具、工程机械、船舶等重点行业和部门对此类机床的迫切需求，为国家重点建设项目和国防工业提供强有力的技术支持。在促进装备制造业发展，替代数控装备进口方面可做出较大的贡献。

参考文献：

[1] 濮良贵.机械设计［M］.第五版.北京：高等教育出版社，1994.

[2]夏庆观. 数控机床故障诊断与维修[M] . 北京：高等教育出版社,2006.