可任意变速换向的机械滑台传动装置
2019-11-11 来源： 山东鲁南机床有限公司 作者： 陈增哲
【摘要】: 为解决传统机械滑台传动装置结构复杂、成本较高的问题。利用蜗杆蜗轮副的自锁特性，设计了开放式机械滑台传动装置。本设计方案中，不约束机械滑台工进与快进运行的时间与方向。工作中既可任意改变滑台的运行速度，也可任意改变滑台的运行方向。
1.机械滑台的结构特点
动力滑台是组合机床上用来实现进给运动的通用部件，动力滑台一般包括工作台、滑座、传动及控制装置等部分。根据传动及控制装置的不同，动力滑台主要分为液压滑台、机械滑台和电动滑台等类型。
图1 HJ 系列机械滑台
机械滑台主要由滑台部分和传动装置部分组成（见图1），传动装置提供动力，驱动传动丝杠带动工作台在滑座上作快进- 工作进给- 快退- 原位停止等工作循环运动。在机械滑台上装夹被加工工件后，能使工件进行进给运动，像普通铣床、镗床的工作台一样使用。也可在机械滑台上安装多轴箱、铣削和镗削动力头等，使加工刀具进行进给运动，满足铣、镗和钻等工序的需要。机械滑台主要用于大型或重型负载的加工，其具有抗冲击能力强、速度稳定性好以及易于维护等特点。
2.机械滑台传动装置典型结构
（1）HJ 系列机械滑台传动装置结构。HJ 系列机械滑台的自动工作循环是由安装在滑座后面的双电动机传动装置驱动的（见图2）。滑台工作进给时，启动工进电动机，经过交换齿轮、蜗杆蜗轮副，使安装在蜗轮上的行星齿轮轴随着蜗轮公转，同时又自转，通过输出轴传动丝杠，实现滑台的工作进给。滑台工作进给仅由工进电动机驱动，此时快速电动机靠其主轴后端的电磁制动器制动。当滑台快速进给时，制动器通电松开快进电动机轴，启动快速电动机，行星齿轮自转，通过安装在蜗轮上的输出轴传动丝杠，实现滑台的快速进给。
图2 HJ 系列机械滑台传动装置传动路线图
1. 行星齿轮 2. 快进电动机 3. 制动器 4. 工进电动机 5. 过扭
矩保护开关 6. 输出轴 7.交换齿轮
（2）SCHJ-50B 机械滑台传动装置结构。
SCHJ-50B 机械滑台传动装置变速箱传动装置（见图3）采用电磁离合器控制结构，当滑台工作进给时，电磁离合器通电工作，工进液压电动机的动力经多级齿轮传动驱动丝杠转动，实现滑台工进运行。当滑台需要快速进给时，电磁离合器断电不工作，工进液压电动机的动力被脱开，滑台工进传动路线被切断。快速进给电动机动力经一级齿轮传动，直接驱动丝杠转动，实现滑台的快速进给。
图3 SCHJ-50B 机械滑台传动装置传动路线图
以上两种机械滑台传动装置均为独立变速箱体结构，采用多级齿轮传动，传动链较长，结构比较复杂。当机械滑台工作进给与快速进给转换时，需要设置机械电气联锁机构，制造成本较高.
3.可任意变速换向的传动装置结构
为解决HJ 系列及SCHJ-50B 机械滑台传动装置结构复杂、制造成本较高等问题，如图4 所示，特设计一种工作进给与快速进给可任意变速换向的机械滑台，主要应用在车、镗及铣加工组合生产线中。
（1）滑台主要结构。传动丝杠9 通过两端轴承轴向定位于前后轴承座中，前后轴承座固定在滑座1上，工进变频电动机11固定在后轴承座上，由联轴器与传动丝杠9 相连接，直接驱动传动丝杠9 旋转。
螺母支座8 固定于工作台2 底面，螺母6 通过圆锥滚子轴承5 轴向定位于螺母支座8 中，蜗轮7 则通过平键、圆螺母固定在螺母6 外圆面，螺母6 与传动丝杠9 构成螺纹传动副。
传动蜗杆4 通过圆锥滚子轴承3 轴向定位于螺母支座8 中，与蜗轮7 相啮合，构成蜗轮蜗杆传动副。快进电动机10 固定在工作台2 上，由联轴器与传动蜗杆4 相连接，直接驱动传动蜗杆4 旋转。
（2）变速与换向原理。传动蜗杆4 是螺旋角较小的单线蜗杆，具有自锁特性，不能反转。由于蜗轮7 与螺母6 连为一体，因此在传动关系上，只能由传动蜗杆4 驱动螺母6 旋转，而不能由螺母6 反向驱动传动蜗杆4 旋转。
滑台工进运行时，工进变频电机11 通电工作，驱动传动丝杠9 旋转。此时快进电动机10不通电，传动蜗杆4 处于制动状态，螺母6 被完全约束固定在螺母支座8 上。工进动力由传动丝杠9- 螺母6- 螺母支座8 传递至工作台使之工进运行。当需要改变滑台的工进速度及方向时，改变工进变频电机11 的转速及旋转方向即可。
图4 可任意变速换向传动装置结构
1. 滑座 2. 工作台 3. 圆锥滚子轴承 4. 传动蜗杆 5. 圆锥
滚子轴承 6. 螺母 7. 蜗轮 8. 螺母支座 9. 传动丝杠
10. 快进电动机 11. 工进变频电动机
滑台快速进给时，快进电动机10 通电，驱动传动蜗杆4 旋转。此时工进变频电动机11 不通电，传动丝杠9 处于制动状态。快进动力由传动蜗杆4- 蜗轮7- 螺母6- 螺母支座8 传递至工作台使之快进运行。当需要改变滑台的快进方向时，改变快进电动机10 的旋转方向即可。
以上两种情况， 为滑台工作进给与快速进给单独运行的状态。除此之外，工进变频电动机11 与快进电动机10 也可同时通电工作，并且不必考虑两电动机的旋转方向问题。滑台快速进给时，工作进给电动机可以正、反向工作，也可以不工作。同样，滑台工作进给时，快速进给电动机可以正、反向工作，也可以不工作。当快进电动机与工进电动机同时同向工作时，滑台的进给方向由快进电动机的旋转方向决定，滑台的进给速度为原来的快进速度加上一个工进速度。当快进电动机与工进电动机同时反向工作时，滑台的进给方向也由快进电动机的旋转方向决定，滑台的进给速度为原来的快进速度减去一个工进速度。
相对于HJ 系列及SCHJ-50B 机械滑台传动装置，本设计方案打破了传统机械滑台传动装置的结构形式。滑台的工作进给与快速进给动作既可单独运行，也可以复合运行，不约束机械滑台工进与快进运行的时间与方向。工作中既可任意改变滑台的运行速度，也可任意改变滑台的运行方向，且不需要设置任何机械或电气联锁机构，因而达到机械滑台任意变速换向的目的。本传动装置既能完全满足HJ 系列及SCHJ-50B 机械滑台的传动要求，又在其基础上拓展了更多的功能。
4.结语
该传动装置变速换向灵活方便，能实现机械滑台差动、可逆增减速的效果。具有结构紧凑、制造成本低、电气控制简单和维护方便等优点。利于简化机床结构、提高组合生产线的加工效率。
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