【文章內(nèi)容簡介】 定性和更大的無級調(diào)速范圍；不但在機械加工中能自動變速，而且機床結(jié)構(gòu)要簡單，噪聲要小，動態(tài)性能要好，可靠性要高。數(shù)控車床作為高度機電一體化設(shè)備，其傳動系統(tǒng)的設(shè)計一般應(yīng)滿足如下的基本要求。1. 使用性能要求 首先應(yīng)滿足機床的運動特性，如機床的主軸有足夠的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速級數(shù)。傳動系統(tǒng)設(shè)計合理，操縱方便靈活、迅速、安全可靠。2. 傳遞動力要求 主電機和傳動機構(gòu)能提供和傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有較高的傳動效率。3. 工作性能要求 主傳動中所有零部件要有足夠的剛度、精度和抗振性，熱變形特性穩(wěn)定。此外，還要求主軸傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)整和維修；工藝性好，便于加工和裝配；防護性能好；使用壽命長[3]。 主傳動系統(tǒng)的傳動方式機床主傳動系統(tǒng)可分為分級變速傳動和無級變速傳動。與普通車床相比，數(shù)控車床的主傳動通常采用交、直流主軸調(diào)速電動機，電動機調(diào)速范圍大，并可無級調(diào)速，使主軸箱結(jié)構(gòu)大為簡化。為了適應(yīng)不同的加工需要，數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)有以下三種傳動方式。1. 由電動機直接驅(qū)動 主軸電動機與主軸通過聯(lián)軸器直接連接，或采用內(nèi)裝式主軸電動機直接驅(qū)動。 主軸電動機經(jīng)定比傳動傳遞給主軸，定比傳動可采用帶傳動或齒輪傳動。 分檔變速傳動主要是為了解決主軸電動機的功率特性和機床主軸功率特性的匹配。定比傳動直接擴大了直接驅(qū)動的應(yīng)用范圍，即在一定程度上滿足了主軸功率與轉(zhuǎn)矩的要求，同時由于帶傳動結(jié)構(gòu)簡單、傳動噪聲小、振動小的特點，所以主傳動方式選擇定比傳動方式，采用同步帶輪傳動 主軸驅(qū)動與控制數(shù)控車床的主軸驅(qū)動單元是車床的核心部件之一。在加工過程中，主軸驅(qū)動為了維持恒定、最優(yōu)的切削速度，必須相應(yīng)于切削半徑的變化連續(xù)的調(diào)速，以確保加工的穩(wěn)定性和較高的生產(chǎn)率。當(dāng)加工部件的切削內(nèi)外半徑相差很大時，主軸速度變化將達(dá)到幾倍，甚至幾十倍。不難看出，主軸驅(qū)動與進(jìn)給驅(qū)動有很大的差別，它不但要求較高的速度精度、動態(tài)剛度，而且要求連續(xù)輸出的高轉(zhuǎn)矩的能力和非常寬的恒功率運行范圍隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的主軸驅(qū)動已經(jīng)不能滿足要求?，F(xiàn)代數(shù)控機床對主傳動提出了更高的要求。，以保證切削時選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)效率、加工精度和表面質(zhì)量。，需要主傳動有較大的無級調(diào)速范圍。，并盡可能在全速范圍內(nèi)提供主軸電動機的最大功率，即恒功率范圍要寬。，要切主軸與進(jìn)給驅(qū)動實行同步控制；在車削中心上，還要求主軸具有旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸和高精度的角度分度控制功能。 主軸電動機 過去數(shù)控機床多采用晶閘管主軸驅(qū)動系統(tǒng)，但由于直流電動機受機械換向的影響，其使用和維護都比較麻煩，并且其恒功率調(diào)速范圍小。與直流電動機相比，交流電動機有以下幾個優(yōu)點：1. 無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低2. 定子繞組散熱比較方便3. 慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性4. 適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)5. 同功率下有較小的體積和重量由于數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)不需要很高的動態(tài)性能和調(diào)速范圍，主軸驅(qū)動一般選籠式異步電動機?；\式異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、便宜、可靠，配上矢量變換控制的主軸驅(qū)動裝置，完全可滿足數(shù)控機床主軸的要求。參考車床數(shù)控化改造后要達(dá)到的技術(shù)參數(shù)，主軸電動機可以選擇博美特 SM 15027020LFB交流伺服電動機，以下是該型電動機的主要參數(shù)：功率（kw） 額定轉(zhuǎn)矩 （） 27 額定轉(zhuǎn)速 （Rpm） 2000 額定電流（A） 轉(zhuǎn)子慣量 （kg.） 主軸組件 主軸組件的性能要求主軸組件式機床主要部件之一。由于主軸組件直接承受切削力，轉(zhuǎn)速范圍又很大，因而數(shù)控機床的加工質(zhì)量很大程度上靠它保證。因此，數(shù)控機床設(shè)計時對主軸組將提出了很高的要求。主軸組件的性能要求包括以下幾個方面: 主軸組件的精度包括旋轉(zhuǎn)精度和運動精度。 指受外力時主軸組件抵抗變形的能力，又分為抗彎可抗扭兩種剛度。 抗振性包括抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。 主軸組件在轉(zhuǎn)動中，溫升過高會引起兩方面的不良后果：一是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形；其次是軸承等元件會因溫度過高而改變已經(jīng)調(diào)好的間隙和破壞正常的潤滑條件。 主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度[3]。 主軸主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、制造精度、材料及熱處理，對主軸組件的工作性能都有很大的影響。1. 主軸的結(jié)構(gòu)形狀 主軸的結(jié)構(gòu)形狀主要取決于軸上安裝的零件、軸承、傳動件、夾具等的類型、數(shù)目、位置、安裝定位方式等，也考慮其工藝性要求。2. 主軸材料和熱處理 選擇主軸材料與熱處理的方法，主要依據(jù)主軸部件的工作條件及結(jié)構(gòu)特點，即應(yīng)滿足主軸對剛度、強度、耐磨性、精度等方面的具體要求。3. 主軸主要精度指標(biāo) 主軸的精度直接影響到主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度。 主軸軸承主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整和潤滑都直接影響了主軸組件的工作性能。主軸軸承的選用，主要是依據(jù)主軸部件的工作要求，如傳遞功率的大小、速度范圍、工作精度，并考慮制造條件及其他經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，數(shù)控車床的主軸軸承可采用滾動軸承和滑動軸承，滾動軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤滑維護簡單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍內(nèi)穩(wěn)定的工作。數(shù)控車床的主軸多采用兩支承形式。兩支承主軸的配置形式包括主軸軸承的類型、組合以及布置，主要根據(jù)對所設(shè)計主軸組件在轉(zhuǎn)速、承載能力、剛度以及精度等方面的要求來選擇。 主軸組件的計算主軸的主要尺寸參數(shù)包括:主軸直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長度和支撐跨距。 主軸外徑越大，其剛度越大，但也使得軸承和軸上其他零件的尺寸相應(yīng)增大。軸承的直徑越大，同等級精度軸承的公差值也越大，要保證軸承的旋轉(zhuǎn)精度就越困難，同時極限轉(zhuǎn)速下降。，前、后軸頸的差值越小則主軸的剛度越高，工藝性能越好。主軸內(nèi)徑的大小主要受主軸剛度的制約。主軸內(nèi)徑與外徑之比，空心主軸的剛度幾乎與實心主軸的剛度相當(dāng)；等于0,5時，空心主軸的剛度為實心主軸剛度的90%；，空心主軸的剛度就急劇下降；。2. 主軸的前懸量 前懸量a是指主軸前支承反力的作用點到主軸前端受力作用點之間的距離。小的前懸量對提高主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度、剛度和抗振性有顯著效果。因此，確定前懸量a的原則是：在結(jié)構(gòu)許可的條件下，a值越小越好。3. 合理跨距的選擇 主軸的跨距對于主軸組件的性能有相當(dāng)大的影響。合理選擇跨距，是主軸組件設(shè)計中以一個相當(dāng)重要的問題。主軸主要參數(shù)計算：主軸前端直徑D1,主軸內(nèi)徑d，主軸前懸量a和主軸跨距L。由《實用機床設(shè)計手冊》查得： D1=70105。同時前軸頸直徑大于后軸頸直徑D2。車床D2=()D1。取D1=100mm 取D2= 后端直徑D2==80mm。主軸內(nèi)徑 取d/D= d1==60mm參考《實用機床設(shè)計手冊》得：對于精密機床、自動化車床用滾動軸承支承、適用高精度和普通精度要求。取去a/D1=,取a/D1= a=80mm如果a已定，則存在著一個最佳跨距L0。由《實用機床設(shè)計手冊》的圖823可得到η，KA/KB,L0/a之間的關(guān)系。圖31 的計算線圖公式： η= （31）式中：I—主軸截面的平均慣性矩，Nmm； E—主軸材料的彈性模量，N/ 。 I= （32）各種鋼材的E值均為N/。主軸的前支承用雙列圓柱滾子軸承 型號為NN3000K,后支承采用背靠背α=25的角接觸球軸承 型號為7000AC。由《實用機床設(shè)計手冊》查得的估算公式為 =1700由于后支承剛度磁對主軸的剛度影響較小。 =1700=1072627N/mm ===取= 由圖823得/a= =336mm具體設(shè)計時，常由于結(jié)構(gòu)上的限制，實際,這樣就造成主軸部件的剛度損失，當(dāng)L/=，損失不大。所以取L==，所以主軸的合理跨距為300mm。 帶傳動設(shè)計 帶傳動是機床傳動的主要形式之一。隨著機床朝高精度和高速方向不斷發(fā)展，對帶輪也提出了更高的要求。帶傳動的工作原理是利用帶與帶輪之間的摩擦力帶動帶輪轉(zhuǎn)動。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，不需潤滑以及緩沖、吸震等特點。帶傳動的設(shè)計如圖32所示。圖32 帶傳動的設(shè)計路線 帶輪設(shè)計帶輪時，要避免鑄造或焊接時產(chǎn)生過大的應(yīng)力。帶輪質(zhì)量應(yīng)分布均勻，重量輕并便于制造。帶輪的面應(yīng)精加工，以減少膠帶的磨損。當(dāng)v5m/s 時要進(jìn)行靜平衡，當(dāng)v25m/s時要進(jìn)行動平衡。帶輪材料應(yīng)采用鑄鐵、鑄鋼、鋼板、鋁合金、工程塑料等。當(dāng)用非金屬材料，如夾布膠水做材料時，它們有重量輕、與膠布的摩擦因數(shù)大的特點，但其強度較低，因此用于輕載、高速的場合。帶輪的設(shè)計路線如圖32所示。 同步帶的選用與計算 以下所用到的數(shù)據(jù)與公式都是參考《現(xiàn)代機床使用設(shè)計手冊》得到（1）設(shè)計功率由表3241查得= == （33）（2）選定帶型和節(jié)距 根據(jù)= =3000r/min，由圖32確定為： XH型 =（3）小帶輪的齒數(shù) 根據(jù)帶輪的型號XH型和帶輪的轉(zhuǎn)速 由表3242查得帶輪的最小齒數(shù)為30 此處取=32