【文章內(nèi)容簡介】 的數(shù)控系統(tǒng)較合理、經(jīng)濟。（2）拆除進給箱、溜板箱、光桿，加裝縱、橫向步進電機，分別帶動縱、橫向絲桿旋轉(zhuǎn)。（3）主運動傳動鏈減少，主軸加裝脈沖編碼器供加工螺紋用。（4）數(shù)控車床的加工過程是自動控制的，原手動換刀刀架須更換為自動換刀刀架。（5）為了確保數(shù)控車床進給系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，將原機床的絲杠改為滾珠絲杠。 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng) 概述主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(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，并能方便地實現(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動等。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要包括電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調(diào)速來承擔(dān)，省了復(fù)雜的齒輪變速機構(gòu)，有些只有二級或三級齒輪變速系統(tǒng)用以擴大電動機無級調(diào)速的范圍。 與普通機床比較，數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)具有下列特點:(1) 轉(zhuǎn)速高、功率大。它能使數(shù)控機床進行大功率切削和高速切削，實現(xiàn)高效率加工。(2) 變速范圍寬。數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)有較寬的調(diào)速范圍，一般 Rn＞100，以保證加工時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)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。由于直流和交流主軸電動機的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便地實現(xiàn)寬范圍無級變速，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，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性。凡有機械摩擦的部位，如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處還有良好的潤滑。 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)配置方式數(shù)控機床的調(diào)速是按照編制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。在主傳動系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動機和直流主軸電動機無級調(diào)速系統(tǒng)。為擴大調(diào)速范圍，適應(yīng)低速大轉(zhuǎn)矩的要求，也經(jīng)常應(yīng)用齒輪有級調(diào)速和電動機無級調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有四種配置方式。(1)帶有變速齒輪的主傳動 大、中型數(shù)控機床采用這種變速方式。如圖 22(a)所示，通過少數(shù)幾對齒輪降速，具有大的輸出轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸低速時對輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。數(shù)控機床在交流或直流電動機無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速。滑移齒輪的移位大都采用液壓缸加拔叉，或者直接由液壓缸帶動齒輪來實現(xiàn)。(2)通過帶傳動的主傳動 如圖 22(b)所示，這種傳動主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機床。電動機本身的調(diào)速就能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動引起的振動與噪聲。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。(3)用兩個電動機分別驅(qū)動主軸 如圖 22(c)所示，這是上述兩種方式的混合傳動，具有上述兩種性能。高速時電動機通過帶輪直接驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)；低速時，另一個電動機通過兩級齒輪傳動驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，克服了低速時轉(zhuǎn)矩不夠且電動機功率不能充分利用的缺陷。 主傳動系統(tǒng)可按不同的特征來分類(1)按動力源的類型 可分為交流電動機驅(qū)動和直流電動機驅(qū)動。交流電動機驅(qū)動中又可分為單速交流電動機驅(qū)動、調(diào)速交流電動機驅(qū)動和交流伺服電動機驅(qū)動。調(diào)速交流電動機驅(qū)動又有多速交流電動機驅(qū)動和變頻凋速交流電動機驅(qū)動。驅(qū)動方式的選擇主要根據(jù)變速形式和運動特性要求來確定。(2)按傳動裝置類型 可分為機械傳動裝置、液壓傳動裝置、電氣傳動裝置以及它們的組合。(3)按變速的連續(xù)性 可以分為分級變速傳動和無級變速傳動。分級變速傳動是在一定的變速范圍內(nèi)均勻、離散地分布著有限級數(shù)的轉(zhuǎn)速，變速級數(shù)一般不超過 2030 級。分級變速傳動方式有滑移齒輪變速、交換齒輪變速和離合器(如摩擦片式、牙嵌式、齒輪式離合器)變速。除摩擦片式離合器外，其他變速方式具有傳遞功率較大，變速范圍廣，傳動比準(zhǔn)確，工作可靠等優(yōu)點。缺點是有速度損失，不能在運轉(zhuǎn)中進行變速。摩擦片式離合器可在運轉(zhuǎn)中變速，操縱方式可以是機械的、電磁的或液壓的，便于實現(xiàn)自動化。缺點是傳動比不準(zhǔn)確，發(fā)熱量大。無級變速傳動可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的切削速度；能在運轉(zhuǎn)中變速，便于實現(xiàn)變速自動化；能在負載下變速，便于車削大端面。無級變速器分為三類：機械摩擦無級變速器結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠，常用在中小型車床、銑床等主傳動中；液壓無級變速器傳動平穩(wěn)、運動換向沖擊小，易于實現(xiàn)直線運動，常用于主運動為直線運動的機床，如磨床、拉床、刨床等機床的主傳動中；電氣無級變速器有直流電動機或交流調(diào)速電動機兩種，由于可以大大簡化機械結(jié)構(gòu)，便于實現(xiàn)自動變速、連續(xù)變速和負載下變速，應(yīng)用越來越廣泛，尤其在數(shù)控機床上，目前幾乎都采用電氣變速。 數(shù)控改造對機械傳動系統(tǒng)的要求 1 盡量采用低摩擦的傳動副，如滾動導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副，以減小摩擦力； 2 選用最佳的降速比，為達到數(shù)控機床所要求的脈沖當(dāng)量，使運動位移盡可能地快速達到跟蹤指令； 3 盡量縮短傳動鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動系統(tǒng)的剛度； 4 盡量消除傳動間隙，以減小反向行程誤差，如采用消除間隙的聯(lián)軸器和消除傳動齒輪間隙的機構(gòu)等； 5 盡量滿足低振動和高可靠性方面的要求。為此應(yīng)選擇間隙小，傳動精度高，運動平穩(wěn)，效率高以及傳遞轉(zhuǎn)矩大的傳動元件。 無極變速傳動鏈的設(shè)計 數(shù)控機床的主運動廣泛采用無極變速，這不僅能使其在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇到合理的切削速度，而且還能在運動自動變速。無極調(diào)速有機械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機床一般采用有直流或交流調(diào)速電機作為驅(qū)動源的電氣無極調(diào)速。機床上常用的變速電動機有直流電動機和交流變頻電動機，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率變速，通常變速范圍僅為 23；額定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩變速，調(diào)速范圍很大，變速范圍可 達 30 甚至更大。上述功率和轉(zhuǎn)矩特性一般不能滿足機床的使用要求。為了擴大恒功率調(diào)速范圍，在變速電動機和主軸之間串聯(lián)一個分級變速箱。變速電動機廣泛用于數(shù)控機床、大型機床中。 主運動參數(shù)計算主軸最高轉(zhuǎn)速 nmax和最低轉(zhuǎn)速 nmin的確定 maxaxin10Vd??(21) mininax10d??(22)式中, , 是機床最大切削速度和最小切削速度。 ，maxvin maxd并不是車床上可能加工的最大和最小直徑，而是指實際使用情況下，mind采用 ， 時常用的經(jīng)濟加工直徑。axvin= KD, =maxdmindRax式中 D——機床加工的最大直徑，mm K——系數(shù)，臥式車床 K= Rd——計算直徑范圍，通常 Rd = =500=250mm, =250=50mmmax min查得機床切削用量手冊得 =585 m/min =22m/minaxvminv / rdv????min/ rdv????綜合實際情況，最后確定 i/4ax?min/30inr? 主軸最大切削功率及電動機的確定設(shè)計車床時要根據(jù)機床的性能要求合理地確定機床的最大切削功率，并以此確定機床主電機的功率，機床最大切削功率的計算公式如下： 60zFvP?切(23) 式中， ——用于機床切削的有效功率 (kw) 切——切削力的切向分力 ( )zF2/NmV——切削速度 (m/min)（v 是與所選擇的切削力所對應(yīng)的切削速度）切削力公式： pfaFz?(24)式中， p——單位切削力 f——進給量 a——背吃刀量根據(jù)機床的設(shè)計目標(biāo)和性能，查得機床設(shè)計手冊得 p=417kgf/mm2 a=4mm f=則 NpfaFz ???查得切削用量手冊 v=425m/min 把 和 v 代入式（23）得zF KWvFPz ???切當(dāng)機床結(jié)構(gòu)尚未確定時，可以用下式粗略估算主電動機的功率 ??切電由此可知電動機可選 P= 的 YVP 系列變頻調(diào)速異步電動機，電動機的主要參數(shù)如表 21 所示：表 21 電動機參數(shù)電動機型號最高轉(zhuǎn)速（r/min）額定轉(zhuǎn)速（r/min）額定功率(KW)額定電流（A）額定轉(zhuǎn)矩額 定 轉(zhuǎn) 矩堵 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 速 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量/kg2m重量/kgYVP132M4 4500 1500 49 97 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計由數(shù)控車床參數(shù)以及電動機參數(shù)可知：主軸最高轉(zhuǎn)速可達=4000r/min,最低轉(zhuǎn)速 =30r/min,計算轉(zhuǎn)速 =150r／min。調(diào)頻電maxnmin jn動機的額定轉(zhuǎn)速 =1500r/min,最高轉(zhuǎn)速 =4500r/min。ednmax電機床的變速范圍： 1304minax??R機床主軸的恒功率調(diào)速范圍： 電動機恒功率調(diào)速范圍： 314ax??eddpnR電在設(shè)計數(shù)控機床主傳動時，必須要考慮電動機與機床主軸功率特性匹配問題。由于主軸要求的恒功率變速范 遠大于電動機的恒功率變npR速范圍 ，所以在電動機與主軸之間要串聯(lián)一個分級變速箱，以擴大dpR其恒功率變速范圍，滿足低速大功率切削時對電動機的輸出功率要求。在設(shè)計該系統(tǒng)時考慮到傳動的平穩(wěn)性，取變速箱的公比 等于電動f?機的恒功率變速范圍 ，如變速箱的變速級數(shù)為 Z，則主軸的恒功率dpR變速范圍 等于np zfdpzf???1（25）變速箱的變速級數(shù) Z 可由下式算出 ??fnpR?取 Z= 23 （a）和 (b)圖 a圖 b 確定各級傳動副齒輪的齒數(shù)機床轉(zhuǎn)速圖確定后，則各變速組的傳動比也就確定了。即可進一步確定各變速組中傳動副的齒輪齒數(shù)、帶輪的直徑等，在確定齒數(shù)時要注意下列幾點：1)齒輪的齒數(shù)和 ；不能太大，以免齒輪尺寸過大而引起機床結(jié)構(gòu)zs增大。一般推薦齒數(shù)和， 130~?ZS2）同一變速組中的各對齒輪，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)，這是因為各齒輪副的速度變化不大，受力情況差別不大。也就是說在同一變速組中各對齒輪的齒數(shù)和相等。3)最小齒輪的齒數(shù)應(yīng)保證不產(chǎn)生根切。對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，最小齒數(shù)一般取 。min18~20Z?4)應(yīng)保證最小齒輪裝到軸上或套簡上具有足夠的強度、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 〔m 為齒輪的模數(shù))，由此可知，2am?在確定最小齒輪的齒數(shù)時，要先估算傳動軸的直徑。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，機床主軸的實際轉(zhuǎn)速或每分鐘雙行程數(shù)對于優(yōu)先數(shù)列的理論值的相對誤差，應(yīng)在 范圍內(nèi)。??10%???4500r/min 過高，所以在 III 間加一個降速傳動比（35/77） ，這樣也有利于設(shè)計變形機床，因為只要改變這對降速齒輪傳動比，主軸的轉(zhuǎn)速就能提高或降低。我們可以用計算尺法確定齒輪的齒數(shù)，因為這種方法比較方便。首先計算最小齒輪所在的那對齒輪副 設(shè)定 ，則可找出：?i2min?Z257,0,124053,?i相應(yīng)的齒數(shù)和 .1,8,ZS同理，按傳動比 也可以找出一系列分?jǐn)?shù)，但應(yīng)使其齒數(shù)和盡量與32,i圖 24 齒輪的齒厚齒數(shù)和數(shù)值相等或近似。1i .8154,796,?相應(yīng)的齒數(shù)和 .3,20,9,相應(yīng)的齒數(shù)和 .130,2586?zS找出滿足上述三個傳動比，且有相同齒數(shù)和的數(shù)值，并考慮結(jié)構(gòu)因素確定 123Z即 0?i7548i123?i 軸及齒輪計算轉(zhuǎn)矩的確定主傳動系統(tǒng)中的主軸和傳動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)速兩個因素有關(guān)。對于專用機床，它是按照持定工藝設(shè)計的，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，對于通用機床和某些專門化機床，主傳動的功率是根據(jù)某些典型加工的切削用量確定的，機床在實際使用中，低轉(zhuǎn)速范圍加工時，不需要使用機床的全部功率。據(jù)調(diào)查，主抽在最低一段的幾級轉(zhuǎn)速一般用來加工螺紋、鉸孔、精鏜等輕負荷工作，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機的全部功率。如果按最低轉(zhuǎn)速計算，勢必造成各傳動件較粗大，具備過大的強度儲備，這是不經(jīng)濟和不必要的。由此可知，通用機床主傳動系統(tǒng)只是從某轉(zhuǎn)速開始才有可能使用電動機的全部功率。這一傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速稱為該傳動件的計算轉(zhuǎn)速。至于中間傳動件(包括軸上的傳動件)的計算轉(zhuǎn)速，也是按照上述原則，取主軸傳遞全部功率時，各中間傳動件相應(yīng)轉(zhuǎn)速中最低的一級轉(zhuǎn)速作為中間傳動件的計算轉(zhuǎn)速，即各個中間傳動軸和齒輪副的計算轉(zhuǎn)速，同樣應(yīng)是各自傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。（1