【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以降低成本。改造方案為： 呂梁 學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 7 改造以后必須滿足改造后的車床 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈減少 ， 原主軸箱必須進(jìn)行數(shù)控化改造，拆除進(jìn)給箱、溜板箱、光桿，加裝縱、橫向步進(jìn)電機(jī)，分別帶動(dòng)縱、橫向絲桿旋轉(zhuǎn)，主軸加裝脈沖編碼器供加工螺紋用 。 （ 1） 數(shù)控車床的加工過(guò)程是自動(dòng)控制的，原手動(dòng)換刀刀架須更換為自動(dòng)刀架。 （ 2） 臥式車床是普通精度的，安裝經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控系統(tǒng)較合理、經(jīng)濟(jì)。 通過(guò)綜合分析，這次數(shù)控化改造，計(jì)劃 主要在主傳動(dòng)和刀架倆方面進(jìn)行數(shù)控化改造。 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) 概述 主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn) 速 (速度 )和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的零件，并能方便地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停、變速、換向和制動(dòng)等。 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)，省了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級(jí)或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的范圍。 改造后的 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) 的特點(diǎn) (1) 轉(zhuǎn)速高、功率大。它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。 (2) 變速范圍寬。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)有較寬的調(diào)速范圍，一般 Rn＞ 100，以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。 (3) 主軸變速迅速可靠。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。由于直流和交流主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍無(wú)級(jí)變速，又減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。 (4) 主軸組件的耐磨性高，使傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的精度保持性。凡有機(jī)械摩擦的部位，如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處還有良好 的潤(rùn)滑。 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的配置方式 數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照編制指令自動(dòng)執(zhí)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的C6180普通車床 的數(shù)控化改造（主傳動(dòng)、電動(dòng)刀架） 8 要求。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動(dòng)機(jī)和直流主軸電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。 (1) 帶有變速齒輪的主傳動(dòng)大、中型數(shù)控機(jī)床采用這種變速方式。如圖 22(a)所示，通過(guò)少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，具有大的輸出轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸低速時(shí)對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無(wú)級(jí)變速?；讫X輪的移位大都采用液壓缸加拔叉，或者直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。 (2) 通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 如圖 22(b)所示，這種傳動(dòng)主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床?？梢员苊恺X輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)與噪聲。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。常用的是 v帶和同步齒形帶。 圖 22 主傳動(dòng)系統(tǒng)變速示意圖 (3) 用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 如圖 22(c)所示，這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，具有上述兩種性能。高速時(shí)電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；低速時(shí)，另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過(guò)兩級(jí)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，克服 了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的缺陷。 綜上所述，改造后的主傳動(dòng)系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速高、功率大、變速范圍寬、 主軸組件的耐磨性高，使傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的精度保持性 等優(yōu)點(diǎn)，最主要的是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)，省了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu) ， 使改造后的主傳動(dòng)系統(tǒng)更加實(shí)用。 呂梁 學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 9 ? ?12? ?22）（ 32 主運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算 主軸最高轉(zhuǎn)速 nmax和最低轉(zhuǎn)速 nmin的確定 maxmaxmin1000Vn d?? minminmax1000Vn d?? 式中 , maxv , minv 是機(jī)床最大切削速度和最小切削速度。 maxd ， mind 并不是車床上可能加工的最大和最小直徑，而是指實(shí)際使用情況下，采用 maxv ， minv 時(shí)常用的經(jīng)濟(jì)加工直徑。 maxd = KD 。 mind = dR maxd 式中 D—— 機(jī)床加工的最大直徑， mm K—— 系數(shù)，臥式車床 K= Rd—— 計(jì)算直徑范圍，通常 Rd = maxd =800=400mm。 mind =400=100mm 查得機(jī)床切削用量手冊(cè) [1]得 maxv =600 m/min。 minv =20m/min m i n/1191≈ 6001000π1000 m inm a xm a x rd vn ???? m i n/16≈ 202100π1000 m a xm inm in rd vn == 綜合實(shí)際情況，最后確定 min/2021m ax rn = 。 min/20min rn = 主軸最大切削功率及電動(dòng)機(jī)的確定 設(shè)計(jì)車床時(shí)要根據(jù)機(jī)床的性能要求合理地確定機(jī) 床的最大切削功率，并以此確定機(jī)床主電機(jī)的功率， 機(jī)床最大切削功率的計(jì)算公式如下： 60000zFvP ?切 式中， P切 —— 用于機(jī)床切削的有效功率 (kw) zF —— 切削力的切向分力 ( 2/N mm ) V—— 切削速度 (m/min)（ v 是與所選擇的切削力所對(duì)應(yīng)的切削速度） 切削力公式： pfaFz ? ? ?42 式中， p—— 單位切削力 C6180普通車床 的數(shù)控化改造（主傳動(dòng)、電動(dòng)刀架） 10 f—— 進(jìn)給量 a—— 背吃刀量 根據(jù)機(jī)床的設(shè)計(jì)目標(biāo)和性能， 查得機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) [2]得 p=400kgf/mm2 ， a=4mm ， f=， 則 800N0 .54400p f aF z ????? 查得 金屬 切削 機(jī)床 用量手冊(cè) v=430m/min 把 zF 和 v代入式 （ 23） 得 KWvFP z 43080060000 ===切 當(dāng)機(jī)床結(jié)構(gòu)尚未確定時(shí)，可以用下式粗略估算主電動(dòng)機(jī)的功率 KWPP ??? 切電 由此可知電動(dòng)機(jī)可選 P= 的 YVP 系列變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)如表 21 所示： 表 21 電動(dòng)機(jī)參數(shù) 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 效率 （ ％ ） 額定轉(zhuǎn)速（ r/min） 額定功率 (KW) 額定電流 （ A） 額定轉(zhuǎn)矩 （ N m） 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kg 2m ） 重量 （ Kg） YVP 132M4 87 1455 7 85 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 由數(shù)控車床參數(shù)以及電動(dòng)機(jī)參數(shù)可知：主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá) maxn =2021r/min,最低轉(zhuǎn)速 minn =20r/min,計(jì)算轉(zhuǎn)速 jn =120r／ min。調(diào)頻電 動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 edn =1500r/min,最高轉(zhuǎn)速 maxn電 =4500r/min。 選用計(jì)算轉(zhuǎn)速 : min/120rnj = 可得： 機(jī)床的變速范圍： 100≈202021nnR m inm a xn ?? 機(jī)床主軸的恒功率調(diào)速范圍：171 2 02 0 0 0jnm a xnnpR ??? 電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍： 315004500nnR edm a x電dp ??? 在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)時(shí)，必須要考慮電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸功率特性匹配問(wèn)題。由于主軸要求的恒功率變速范 npR 遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍 dpR ，所以在電動(dòng)機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱，以擴(kuò)大其恒功率變速范圍，滿足低速大功率切削時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出功率要求。 呂梁 學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 11 ( )52( )62在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)考慮到傳動(dòng)的平穩(wěn)性，取變速箱的公比 f? 等于電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍 dpR ，如變速箱的變速級(jí)數(shù)為 Z，則主軸的恒功率變速范圍 npR 等于 zfdpzfnp RR ?? ?? ?1 變速箱的變速級(jí)數(shù) Z 可由下式算出 ≈3lg17lgφl(shuí)glg == fnpRZ 取 Z=3. 圖 23 傳動(dòng)組 轉(zhuǎn)速圖 圖 24 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 對(duì) C6180 普通車床增加的中間變速箱的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z=3，各級(jí)轉(zhuǎn)速分別為20,120,480,1000,2021r/min 設(shè)計(jì)步驟為：確定有幾個(gè)傳動(dòng)組，幾 個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)；C6180普通車床 的數(shù)控化改造（主傳動(dòng)、電動(dòng)刀架） 12 擬定轉(zhuǎn)速圖。由于 Z=3，依據(jù)機(jī)床主軸、變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 [4]，畫出其轉(zhuǎn)速圖 23 和傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)示意圖 24。 確定各級(jí)傳動(dòng)副齒輪的齒數(shù) 機(jī)床轉(zhuǎn)速圖確定后，則各變速組的傳動(dòng)比也就確定了。即可進(jìn)一步確定各變速組中傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)、帶輪的直徑等，在確定齒數(shù)時(shí)要注意下列幾點(diǎn)： （ 1） 齒輪的齒數(shù)和 zs ；不能太大，以免齒輪尺寸過(guò)大而引起機(jī)床結(jié)構(gòu)增大。一般推薦齒數(shù)和， 130~100?ZS （ 2） 同一變速組中的各對(duì) 齒輪，其中心距必須保持相等。在同一變速組內(nèi)一般采用相同的模數(shù)，這是因?yàn)楦鼾X輪副的速度變化不大，受力情況差別不大。也就是說(shuō)在同一變速組中各對(duì)齒輪的齒數(shù)和相等。 （ 3） 最小齒輪的齒數(shù)應(yīng)保證不產(chǎn)生根切。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，最小齒數(shù)一般取min 18 ~ 20Z ? 。 （ 4） 應(yīng)保證最小齒輪裝到軸上或套簡(jiǎn)上具有足夠的強(qiáng)度、為保證輪齒受力和熱處理之后，齒根部分不致于斷裂，齒根到孔壁或鍵槽的壁厚 M 應(yīng)有足夠的厚度，一般推薦值 2am? 〔 m 為齒輪的模數(shù) )，由此可 知，在確定最小齒輪的齒數(shù)時(shí)，要先估算傳動(dòng)軸的直徑。 （ 5） 保證主軸的轉(zhuǎn)速誤差在規(guī)定范圍之內(nèi)。按照 ISO229— 1973 規(guī)定，機(jī)床主軸[5]的實(shí)際轉(zhuǎn)速或每分鐘雙行程數(shù)對(duì)于優(yōu)先數(shù)列的理論值的相對(duì)誤差，應(yīng)在? ?10 1 %???范圍內(nèi)。 4500r/min 過(guò)高，所以在 III 間加一個(gè)降速傳動(dòng)比（ 23/69），這樣也有利于設(shè)計(jì)變形機(jī)床，因?yàn)橹灰淖冞@對(duì)降速齒輪傳動(dòng)比，主軸的轉(zhuǎn)速就能提高或降低。 我們可以用計(jì)算尺法確定齒輪的齒數(shù)，因?yàn)檫@種方法比較方便。首先計(jì)算最小齒輪所在的那對(duì)齒輪副 1?i設(shè)定 22min ?Z ，則可找出： ....12527,12026,11525,11124,10523, 11 ??i 相應(yīng)的齒數(shù)和 ： . .. ..152,146,140,135,128,124?ZS 同理，按傳動(dòng)比 32,ii 也可以找出一系列分?jǐn)?shù)，但應(yīng)使其齒數(shù)和盡量與 1i 齒數(shù)和數(shù)值相等或近似。 呂梁 學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 13 ......8154,7549,6644,5436, 12 ??i 相應(yīng)的齒數(shù)和 ： ... .135,124,110,90,80?ZS ....4486,4282,3976,3262,2956, ??i 相應(yīng)的齒數(shù)和 ... .130,124,115,94,85,68?zS 找出滿足上述三個(gè)傳動(dòng)比，且有相同齒數(shù)和的數(shù)值，并考慮結(jié)構(gòu)因素確定 124=ZS 即 102221=i ； 75492=i ； 42823=i 軸及齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩的確定 主傳動(dòng)系統(tǒng)中的主軸和傳動(dòng)件的尺寸大小主要決定于它所傳遞的轉(zhuǎn)矩大小，而轉(zhuǎn)矩大小則和所傳遞的功率及轉(zhuǎn)速兩個(gè)因素有關(guān)。 對(duì)于專用機(jī)床，它是按照持定工藝設(shè)計(jì)的，傳遞的功率和轉(zhuǎn)速是固定不變的，所傳遞的轉(zhuǎn)矩也是一定的。但是，對(duì)于通用機(jī)床和某些專門化機(jī)床，主傳動(dòng)的功率是根據(jù)某些典型加工的切削用量確定的，機(jī)床在實(shí)際使用中，低轉(zhuǎn)速范圍加工時(shí)，不需要使用機(jī)床的全部功率。據(jù)調(diào)查，主抽在最低一段的幾級(jí)轉(zhuǎn)速一般用來(lái)加工螺紋、鉸孔、精鏜等輕負(fù)荷工作，或者是用于相加工，但切削速度較低，這些工序都不需要使用電動(dòng)機(jī)的全部功率。如果按最低轉(zhuǎn)速計(jì)算，勢(shì)必造成各傳動(dòng)件較粗大，具備過(guò)大的強(qiáng)度儲(chǔ)備，這是不經(jīng)濟(jì)和不必要的。 由此可知，通用機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)只是從某轉(zhuǎn) 速開始才有可能使用電動(dòng)機(jī)的全部功率。這一傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速稱為該傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速。 至于中間傳動(dòng)件 (包括軸上的傳動(dòng)件 )的計(jì)算轉(zhuǎn)速，也是按照上述原則，取主軸傳遞全部功率時(shí)，各中間傳動(dòng)件相應(yīng)轉(zhuǎn)速中最低的一級(jí)轉(zhuǎn)速作為中間傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速，即各個(gè)中間傳動(dòng)軸和齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速，同樣應(yīng)是各自傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。 （ 1） 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 jn =120r/min 軸 I 有 1500r/min、 500r/min、 103r/min,最低轉(zhuǎn)速 103r/min 由雙聯(lián) 滑移齒輪傳到主軸得到 120r/min，所以要傳遞全部功率，故軸 II 的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 103r/min。 （ 2） 各軸上齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 各變速組內(nèi)一般只計(jì)算組內(nèi)最小的 ,也是強(qiáng)度最薄弱的齒輪 ,故也只需確定最小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。 C6180普通車床 的數(shù)控化改造（主傳動(dòng)、電動(dòng)刀架） 14 ( )82(