許娜（nà）

（天津天鐵（tiě）軋二（èr）製鋼（gāng）有限公（gōng）司，天津 300400）

摘　要：傳動係（xì）統是機床（chuáng）運行的核心部件，以ZQ3080×20型搖臂鑽床為（wéi）例，闡述了搖臂鑽床機械傳動係統和液（yè）壓（yā）控製係統的工作原理，分析（xī）了機床在運行（háng）中常見（jiàn）的轉速（sù）丟失（shī）和混亂、轉矩不（bú）足的故障現象，為使用者更好（hǎo）的維護機床，快速（sù）進行故障診斷（duàn）提供參考。

0、引言

搖臂鑽床是一種廣泛應用於孔加（jiā）工的機床。目前，機加工分廠使用的鑽（zuàn）床主要有ZQ3080×25型、ZQ3080×20型，主要用於鑽孔、擴孔、攻（gōng）螺紋等（děng）工作[1]。

1、機械（xiè）傳動係統原理

搖臂鑽床機械（xiè）傳動係統複雜，變速級數多，變速範圍大，以ZQ3080×20型搖臂鑽床為例（lì），主（zhǔ）軸變（biàn）速傳動機構安裝（zhuāng）在主軸箱上（shàng）部，主軸傳動（dòng）係統（tǒng）如圖1所示。

圖1 主軸傳動係統（tǒng）圖

5、6：二聯滑移齒輪；9、10：二聯滑移齒輪；16、17：內外齒滑移齒輪（lún）；21、22：二聯（lián）滑移齒輪其（qí）餘。齒輪注：（圖中數字為齒（chǐ）輪齒數）。

主傳動上（shàng）設有8根傳動軸Ⅰ-Ⅷ，在第Ⅱ軸上設有主軸正反轉摩擦離合器，它可使主軸平穩無（wú）衝擊（jī）的變換旋轉方向，並可防止電機過（guò）載。在Ⅵ軸（zhóu）上設有扭矩保險離合器，當主軸負荷（hé）超過允許Z大扭矩（jǔ）的25%時，離合器打滑，防止損壞（huài）傳動係統的其他環節（jiē）。在（zài）Ⅶ軸上安設的滑移齒輪，可實（shí）現主軸空檔。主軸的變（biàn）速通過Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ四根軸上的二聯滑移齒輪，與固定齒輪間的不同齧合，使主（zhǔ）軸可以獲得2×2×2×2=16個轉速（sù）級數，轉速範圍由20 r/min～1 600 r/min，它的變速範圍及傳動（dòng）路線表達式[2]如下：

由上（shàng）述表達式及不同狀態（tài）下各齒輪副齧合的傳動比繪製的轉速圖如圖2所示。

圖2 主（zhǔ）軸轉速圖

IX-XIV 為主軸進給量傳動（dòng）機構，其結構型式（shì），安設位置，結構上的安排（pái）均與主軸變速傳（chuán）動機構相似，如圖1所示。

在日常的加工中，工人一般使用的速度有100 r/min、125 r/min、200 r/min 及250 r/min。以125 r/min為（wéi）例，由圖1及圖2可知，此時主（zhǔ）軸上的（de）4個二聯齒輪動作，Ⅲ軸上的滑移齒輪6與（yǔ）Ⅳ軸固定齒輪8齧合，Ⅳ軸上的滑移齒輪21與Ⅴ軸的固（gù）定齒輪20齧合，Ⅴ軸的滑移（yí）齒輪10與Ⅵ軸的齒輪12齧合，Ⅶ軸的滑（huá）移齒（chǐ）輪內外齒輪分離，內齒（chǐ）16與Ⅵ軸的12齧合，形成如下的傳動過程（chéng），輸（shū）出轉速為125 r/min。

2、液壓控製係統原理

滑移齒（chǐ）輪的移動換位是（shì）由液壓係統控製（zhì）的，操縱機構液（yè）壓係統安裝在主軸（zhóu）箱上，用以實（shí）現主軸正反轉、停車（製動）、空擋，預（yù）選（xuǎn）及變速（包括“緩速”），潤滑主軸變速和主軸（zhóu）進給變速（sù）傳動係統的各零部件等，操縱機構液壓原理圖如圖3所示。

2.1主軸停（tíng）車

主軸停車，如圖3所示為125 r/min主軸停車狀態，此時主電機（jī）帶動齒輪泵旋轉，整（zhěng）個液壓係統處於低壓狀（zhuàng）態，從齒（chǐ）輪泵輸出的油液，其中大量（liàng）的油液經管路②流入操縱閥2的a孔，經操縱閥（fá）油路（lù）轉（zhuǎn）換後由閥1的中（zhōng）心孔，再到（dào）C-C截麵的橫向孔和管路③流入（rù）分流器，經（jīng）分流器分（fèn）流後到各個潤滑（huá）處，Z後回（huí）到安放（fàng）在主（zhǔ）軸箱上的油池。另一部分油液經B-B截麵的管路⑧到製（zhì）動（dòng）軸的（de）油缸9內，由於液（yè）壓係統內的油為低壓油，製動摩（mó）擦離合器11在彈簧10的作（zuò）用下被壓（yā）緊，使製動軸上的齒輪不能（néng）轉動，主軸立即停車。

2.2主軸正轉

主軸正轉，將操（cāo）縱手柄（bǐng）19轉至主軸正轉的位置時，閥1相對於閥2順時針旋轉45°，參見正（zhèng）轉E-E截麵，管路③的油源被切斷（duàn），使液壓係統形成（chéng）壓力油，從齒輪泵（bèng）輸出的壓力油到達閥2的a孔，其中的一（yī）股壓力油經操縱閥轉（zhuǎn）換（huàn）後，經由管路⑧流入（rù）製動軸的油缸9，推動活塞向下運動壓縮彈（dàn）簧10，鬆開製動摩（mó）擦離合器11，為主軸（zhóu）旋轉創（chuàng）造條件。另一股壓力（lì）油經操縱閥油路變換後，由閥1的中心（xīn）孔流入E-E界麵的c孔，再到（dào）A-A截麵（miàn）的管路⑤流入（rù）油缸18，向上推動活塞17和撥叉13，壓緊主軸正轉摩擦離合器14，接通（tōng）了主電機到主軸的傳動鏈，使主軸正轉。油缸15中的油液（yè）經管路⑥流進A-A截麵的（de）b孔，再經E-E截麵流入閥1的橫（héng）向槽和經D-D 截麵的（de）環形槽及d孔，流入C-C 截（jié）麵的管路③，經分流器回到油（yóu）池。上述過（guò）程，在轉動手柄19到正轉的位置的瞬間即可完成。主電（diàn）機帶動齒輪泵繼續旋轉，油泵輸出的油液除保持液壓係統（tǒng）處於鎖（suǒ）定壓力狀態外，大部分油液經溢流閥（fá）和分油器，潤滑（huá）主軸變速和（hé）主軸進給（gěi）傳動係統的諸部件（jiàn），Z後回到油池。

2.3主軸反轉

主軸反轉，主（zhǔ）軸反轉與主軸正轉相似，將操（cāo）縱手柄19轉到反轉位置，閥1相對閥（fá）2逆（nì）時針旋（xuán）轉45°，參見反轉E-E截麵。液（yè）壓泵來油經油管②流入C-C截麵的（de）a孔，經操縱閥轉（zhuǎn）換後，壓力油（yóu）由E-E截麵的b孔，流到A-A截麵的管路⑥進入油缸15，向（xiàng）下推動活塞16和撥（bō）叉13，壓緊主軸反轉摩（mó）擦離合器12，使主軸反（fǎn）轉，油缸18中（zhōng）的油（yóu）液由油管⑤流入（rù）A-A截麵的c孔，經操（cāo）縱閥轉換後經（jīng）C-C截麵的d孔流入油管③，Z後流回油池。在主軸正傳或反（fǎn）轉的過程中，也可以旋轉（zhuǎn）旋鈕3和4，預（yù）選主軸轉速或進給（gěi）量。當工作完成時，將手柄19轉回停車（chē）?置，主軸（zhóu）停車，油（yóu）路分配如前述—主軸停（tíng）車（chē）。

2.4 主軸變速（sù）

主軸（zhóu）變速與緩速，主軸停車、正轉、反（fǎn）轉是在水（shuǐ）平方向轉動操縱手柄19，而主軸（zhóu）變速與空檔（dàng）則是在垂直方向轉動操縱手柄（bǐng），如圖3所示。當將手（shǒu）柄19搬至變速位（wèi）置時，閥（fá）1相對（duì）於閥2向上移動一個位置，即圖3中閥1 中A-A截麵至E-E截麵（miàn）相對於閥2 上移一個位置，A-A截麵閥1的截麵（miàn）應為B-B截麵閥1的截麵形狀，B-B截麵閥1的截麵（miàn）應（yīng）為（wéi）C-C 截麵閥1 的截麵形狀，依此類推。從油泵輸出的壓力油從油管②流入C-C截麵的閥2的a孔，再經操縱閥油路變換後（hòu），流到D-D截麵的管（guǎn）路④，參見變速D-D截麵，進入主軸轉速預選閥21 和主軸進給量預選閥22，如圖（tú）3 所（suǒ）示，每個預選（xuǎn）閥控製著4個液壓缸，實現16級速度（dù）變換。其中一股壓力油直接（jiē）流進各變（biàn）速油缸的下腔，另一股壓力油經預選閥21、22的油路變換後流進各變速油缸的上腔，由帕斯卡原理，油缸的上下兩腔的壓強相等（děng），但由於上腔麵積大於裝有活塞杆（gǎn）的下腔麵積，由公式[3]F=P×S 知，上腔壓力（lì）大於下腔壓力，形成壓力差，當壓（yā）力油從上腔流進，將推（tuī）動活塞杆向下移動，帶動傳動軸上的滑移齒輪脫開或齧合，實現變速。當（dāng）油缸的上腔液壓（yā）油與21、22的回油口（kǒu）接通，壓力油流回油池，活塞在下腔的壓力油的作用下向上移動，帶動傳動軸上的滑移齒輪做反（fǎn）方向移動，重新調整滑移齒輪的位置，實現變速。具體哪個油缸上腔進油或回油（yóu），決定（dìng）於預選閥21和（hé）22的所選定的（de）主軸速度和進給量。

圖3 操（cāo）縱（zòng）機構液（yè）壓原（yuán）理圖

1.操縱閥（fá）閥1；2. 操縱閥閥2；3. 主軸轉速預選旋（xuán）鈕；4. 主（zhǔ）軸進給量預選旋鈕；5、6、7. 三位液壓缸活塞；8. 限位卡圈；9. 製動液壓缸；10. 彈簧；11. 製（zhì）動（dòng）摩擦離合器；12. 反轉摩擦離合器；13. 撥叉；14. 正轉摩擦擦（cā）離（lí）合器；15. 反（fǎn）轉液壓缸；16. 反（fǎn）轉液壓缸活塞；17. 正轉液壓缸活塞；18. 正轉（zhuǎn）液壓缸；19. 操縱手（shǒu）柄；20. 彈簧；21. 主軸轉速預選閥；22. 主軸進（jìn）給（gěi）量預選閥

圖3所示為（wéi）轉速125 r/min，進給量為0.4 mm/min的（de）活（huó）塞杆（gǎn）在變速油（yóu）缸內的位置。與壓力油流進D-D截麵的管路④的同時，從閥1的中心孔和十字孔流進E-E截麵閥2的b孔和c孔，參見變速（sù）E-E截麵，再經A-A截麵（miàn）的管路⑥和（hé）⑤，流（liú）入油缸15和18，因活塞17比活塞16的直徑大（dà），產生壓力差，活塞（sāi）17帶動撥（bō）叉13向上緩慢移動，逐漸壓緊主軸正傳摩擦離合器14，接通（tōng）主電機到主（zhǔ）軸的（de）傳（chuán）動鏈，使主軸緩慢轉動，稱之為（wéi）“緩速”。緩速的目的在於使滑移齒輪能比較順利地進入齧合位置（zhì），而避免（miǎn）齒頂齒現象發生。

如（rú）果將手柄19向下搬到變速位置時，主軸已（yǐ）開始轉動（dòng），表明各（gè）變速油缸內的活塞移動完畢，滑移齒輪已移動到新的位置進入齧（niè）合狀態，變（biàn）速已經（jīng）完成。此時，鬆開手柄19，在閥1杆上彈簧（huáng）20作用下（xià），自動複位到主軸停車位置，接著便可以開車（正（zhèng）轉或反轉（zhuǎn）） 進行工（gōng）作。由於閥1和閥2恢（huī）複到主軸正轉或反轉的位置，切斷了通往預選閥21、22和各（gè）變速油缸上下腔的油路，各滑移齒輪在（zài）各自的（de）彈簧定（dìng）位下進行工（gōng）作。

2.5主軸空檔

主軸空檔，將手柄19 向上搬到主軸空檔位置（zhì），閥1相對於閥2向下位移（yí）一個位置，即圖3中閥（fá）1 中A-A截（jié）麵至（zhì）E-E截麵相對（duì）於閥2 下移（yí）一個位置，B-B截麵閥1的截麵形狀應為A-A截麵閥1的截麵形狀（zhuàng），C-C截麵（miàn）閥1的截麵應為B-B截麵閥1的截麵（miàn）形狀，依此類推。從油泵輸（shū）出的壓力油，經管路②流到C-C截麵閥（fá）2的a孔，再經操縱閥油路變換（huàn）後，Z終流入D-D截麵的管路（lù）⑦，參看主軸（zhóu）空擋D-D截麵（miàn），同（tóng）時流進三位油（yóu）缸的上下腔，上腔的活塞7向下頂活（huó）塞6直到活塞7被卡圈8限位為止，下腔活塞5向上移動與活塞6相（xiàng）遇，因活塞5麵積小於（yú）活塞7的麵積而不能頂回活塞（sāi）6。此時，Ⅶ軸上的滑移齒輪處於中間脫（tuō）開的位置，這樣可（kě）以輕便的旋轉主軸，這時，g腔的油液經管（guǎn）路④流入到D-D截麵閥1的軸（zhóu）向槽和環形槽，與閥2 的d孔（kǒng）共同經C-C截麵閥2橫向孔和管路③，經（jīng）分流器去潤滑，Z後（hòu）流回油池。若（ruò）活塞6處於下位置向中間位置移動時，f腔的油液經油管和（hé）預選閥21流回油池。當主軸正在進行變速（sù）、正轉、反轉（zhuǎn）時，或處於空檔狀態（tài）時，液壓係統除保持原（yuán）狀態用油外，大部分油液經（jīng）溢流閥和（hé）主軸操縱閥潤滑主軸變速和進（jìn）給（gěi）變速（sù）傳動（dòng）係統（tǒng）各（gè）零部件。

3、故障分析

機床常見（jiàn）的（de）故障（zhàng）原因有（yǒu）齒輪打齒，齒輪軸（zhóu）彎曲變形或折斷，滑移齒輪定位彈簧卡子失效等，這（zhè）些（xiē）機械故障會造（zào）成齒輪齧合不到位，出現“丟轉”和轉速混亂現象。同時，液壓（yā）係統供（gòng）油壓力不足或是（shì）係統漏油、混入空氣，會影響控製滑移齒輪換（huàn）位的液壓缸活塞行程，也會造成主軸“丟轉” 和混亂。當油缸15、18內的彈簧（huáng）折斷造成撥叉行程（chéng）不足或是摩擦片過熱咬合縮短間（jiān）隙（xì），增大（dà）撥叉行程等，都會使撥叉壓不緊摩擦片，會造成（chéng）機床正反轉啟動慢，輸出扭矩不足。而出（chū）現在油缸9處，則會造成刹車失靈。此外還有軸承、密封件、液壓閥、油液（yè）的清潔度等。

來源：《機電工程技術（shù）》2015年07期