[摘要] 本文介绍了德国产BFT125/5镗铣床在加工大型机械零件时，需要经常变换速度来达到加工要求，但在长期频繁换档变速进行加工时，导致工作台进给与主轴箱进给速度部分缺失，影响了设备的正常使用。为使设备能够在不大修情况下，发挥其重要作用，因此对该设备传动进给进行改造。

关键词  传动链   进给速度   变速箱改造   进给量与电机转速表

一、BFT125/5镗铣床工作描述

BFT125/5镗铣床是某厂重要大型机械加工设备之一，自该设备购入至今，经过几十年的使用，机床各部位已经有严重的磨损，在日常操作中会经常出现故障而影响加工效率。随着近几年该厂的加工业务不断拓展，该设备经常处在长期超负荷工作状态下进行日常的生产加工时，因故障而经常维修；且有时因加工零件因设备进给原因而影响到零件的加工精度要求，从而又得需要修复加工零件而影响交货时间。为能够正常使用该设备，用户迫切需要对该设备电气控制与机械传动部分进行改造。

图1  BFT125/5镗铣床外形与加工零件图

二、BFT125/5镗铣床改造技术要求

由于该厂计划任务紧张且该设备承担加工任务量较多，无法较长时间停机进行设备大修。故在目前设备状态下，要求对该设备机械进给传动部分进行改造，保持原有进给量0.5mm/min～1600mm/min之间范围，并实现无级变速；主轴箱内实施项修改，恢复传动精度要求；电气部分更换电控柜及其落后的控制方式，改用PLC做为主控制器，结合590⁺全数字直流调速装置来实现自动化控制模式。该设备工作台进给传动与主轴箱进给传动相同，因此本文主要从工作台进给传动改造方案的确定与现场安装实施进行论述。

三、BFT125/5镗铣床的进给运动描述

工作台进给传动链为：    双速电机-→皮带-→变速箱-→电磁离合器-→齿轮减速器-→工作台运动

    -→横向电磁离合器--→经蜗轮蜗杆减速器--→齿轮齿条进给--→工作台横向移动

方式选择----→纵向电磁离合器--→双头螺杆旋转--→工作台纵向移动

-→旋转电磁离合器--→花键轴旋转--→工作台旋转运动

变速箱内共有八个电磁离合器，其中变速箱输入轴上有三个小型电磁离合器，第二个轴上有两个电磁离合器，输出轴上有三个电磁离合器。当同时吸合三个轴上的不同电磁离合器时，可变换出36种速度，从而实现工作台进给与旋转。工作台进给量分别是0.5、0.63、0.8、1.0～1000、1250和1600mm/min。工作台刹车制动是通过改变变速箱内另外两个电磁离合器吸合来实现。

四、改造方案的确定论述

根据该公司提供的机械图纸资料，并参照用户技术要求，工作台进给初步改造方案如下：

1、取消变速箱，将后续选型的电机通过联轴器联接到输出轴端；

2、加装联轴器及电机支撑座，并固定在工作台上，随工作台横向一起移动；

3、拆卸工作台防护罩，改造防护罩支撑架与工作台的联接；

根据原传动方式，在拆除变速箱后工作台进给传动各轴所需转速可以满足进给量要求，且可以利用电机的转速特性来控制；将原传动路线上各传动力矩进行计算后，发现每个速度所使用的力矩都比较大，不能采用直接联接方式达到力矩要求，还必须使用变速箱变速传动来达到各力矩要求。

通过使用变速箱传动来增大传动力矩，即可满足要求，但变速箱内电磁离合器经常出现故障，必须要在传动中不用或减少使用电磁离合器吸合次数，减少磨损。又分析若使用变速箱内传动各轴，采用一种固定传动路线来增大力矩可以满足加工力矩的要求，但是不能满足36种速度，只有增加到两种传动路线，通过电磁离合器来换速，可满足力矩与速度要求。故在变速箱传动路线中分析出两条传动路线，第一种传动路线为电机经皮带传动至变速箱输入轴，将输入轴与第二轴上电磁离合器固定，使用输出轴上两个电磁离合器分别吸合进行变换传动比，来实现速度的转换，传动的力矩也可保证。经分析传动链，可有1：1（高速档）和1：64（低速档）的传动比，经这两个传动比传出力矩和速度可满足要求；还有一种传动路线1：1（高速档）和1：100（低速档）也能够满足传动力矩与转速进给要求，此种传动链所选型电机功率要比前一种小一些。

在现场了解到，经常使用的进给量在中间段31.5mm/min～630mm/min 之间，这段进给量对应转速变换是为满足工件的不同部位加工；进给量在10mm/min以下与1250mm/min以上很少使用但必须有此进给量。经拆卸变速箱发现，输入轴上传动齿轮、离合器与第二轴上齿轮磨损较大，常用进给量对应电磁离合器摩擦片磨损严重，外表面烧黑。考虑为减缓或避免传动进给时造成此现象，需要增加一个中速档来满足日常加工进给量要求。再次分析变速箱内传动路线，发现输出轴上中间电磁离合器能够满足中速档的要求，其传动比1：4；通过使用此传动链，一则可以在经常加工工件时，只改变电机转速来改变进给量；二则可以减少电磁离合器的吸合次数；三则可以针对中速档(常用进给量范围)加工力矩要求，最终确定出直流电机功率。这样在变速箱内可将其中两轴更改为固定传动比传动，与输出轴相邻的传动轴进行改造，改变内部传动路线，通过分别吸合三个电磁离合器得到三种传动路线，及高速档1：1、中速档1：4和低速档1：64。

另外一种改造方式虽然可使选用电机功率再选小一些，但是其在变速箱内改造时，输入轴上要使用到电磁离合器进行吸合，且高速档1：1与中速档1：6、低速档1：100的传动路线不一样，故从减少使用电磁离合器和传动路线一致上考虑不使用此种传动比进行改造。

通过利用原先输出变速箱轴的最大需用扭矩进行电机功率的初步计算，在结合目前加工零件超出工作台承载能力的40～50%，确定出电机功率与转速。此次改造未选用交流电机，是因为在低频率时，其输出扭矩特性不如直流电机，若选择在低频率下满足扭矩要求则选型功率会更大，且不经济；故此次改造是以直流电机做为工作台与主轴箱进给改造的动力源。 变速箱内部改造与原先传动链如下图。

图2   变速箱内布局图与传动链图

五、变速箱改造传动链对应电机转速范围

高速档传动链：＝1：1            输出变速箱转速：20～2500r/min

中速档传动链：＝1：4             输出变速箱转速：5～625r/min

低速档传动链：＝1：64    输出变速箱转速：0.3～35r/min

六、改造后的使用效果

    通过采用上述确定的工作台进给与主轴箱进给传动改造实施方案，并配合电气控制改造，经现场空车调试与带载调试，均满足设备加工要求。经设备一周满负荷操作，并为满足零件加工要求，不断变换直流电机转速来测试加工性能，均符合改造要求。该设备从改造使用至今，已使用六年多时间，均未出现传动故障。

七、改造总结

1、通过此次镗铣床进给改造，熟悉了德国进口BFT125/5镗铣床的内部结构，掌握了各个传动机构的具体功能与使用方法；该设备在增大加工能力上有很大的拓展空间，完全经过局部功能的增加可扩充更大的加工范围；

2、通过此次镗铣床进给改造，发现该设备传动设计非常精巧，结构紧凑；各传动操作独立；维修操作时需要有很好的规划性，特别是改造中需根据其部位具体结构进行合理设计和安装布局，否则在安装时会带来很大困难；例如：将进口电磁离合器更换为国产电磁离合器时，由于型号与外形不一样，要想使用就必须对整个传动位置与布局进行合理设计与安装布局，受传动轴位置的影响其它传动件必须也相应进行改造，尽可能在紧凑的布局中安排出合理的位置来进行改造；

3、通过此次镗铣床进给改造，从中体会到改造的重要思路与根本的改造方法；并且得出结论：在设备改造时必须要以原传动路线为依据，满足工作进给速度的同时，还必须满足各种加工能力的要求，否则不满这两个条件将会在改造中失去理论依据； 

4、通过此次镗铣床进给改造，感觉相关改造经验相当不够，在安排传动路线过程中不能完全考虑到操作使用方面的因素，导致到现场了解后才能做出完善的改造方案；

5、改造方案中所设计的零件必须要求加工精度准确，减少在改造中的修改；现场施工过程中，需现场加工和安装的零件、工作尽量安排出确切的加工时间与先后顺序，减少等待时间，节约现场安装时间；

6、以下是变速箱与工作台进给电机新旧安装改造、新悬挂箱图。

图3   工作台进给改造前、后传动方式对比       

      图4   变速箱改造后传动链                               图5    悬挂箱改造前、后对比 

八、改造实施原则与注意事项

1、  无论采用哪种改造方案必须满足每档速度之间均有交叉；原先所有进给速度再改造后均需实现， 不能缺失。 

2、  通过计算每档传动速度中均会有力矩不能满足的情况，考虑经常所使用转速的力矩均能达到要求，故将不能达到力矩的各速度做为调整设备时使用；且每种进给量对应力矩均有增大，小部分进行调整时使用。

3、  工作台进给改造电机、传动与支撑架安装和主轴箱进给改造电机、传动安装与支撑架安装现场实地进行，各变速箱中齿轮传动改造与加工零件现场全部拆解后进行。

4、改造后的工作台进给量对应直流电机转速表内容略。