【文章內(nèi)容簡介】 定性和更大的無級調(diào)速范圍；不但在機(jī)械加工中能自動變速，而且機(jī)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(jī)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(jī)床的運動特性，如機(jī)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(jī)和傳動機(jī)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(hù)性能好；使用壽命長[3]。 主傳動系統(tǒng)的傳動方式機(jī)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(jī)，電動機(jī)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(jī)直接驅(qū)動 主軸電動機(jī)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(jī)直接驅(qū)動。 主軸電動機(jī)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(jī)的功率特性和機(jī)床主軸功率特性的匹配。定比傳動直接擴(kuò)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(jī)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(jī)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(jī) 過去數(shù)控機(jī)床多采用晶閘管主軸驅(qū)動系統(tǒng)，但由于直流電動機(jī)受機(jī)械換向的影響，其使用和維護(hù)都比較麻煩，并且其恒功率調(diào)速范圍小。與直流電動機(jī)相比，交流電動機(jī)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(hù)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(jī)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(jī)?；\式異步電動機(jī)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(jī)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(jī)可以選擇博美特 SM 15027020LFB交流伺服電動機(jī)，以下是該型電動機(jī)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(jī)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(jī)床的加工質(zhì)量很大程度上靠它保證。因此，數(shù)控機(jī)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(qiáng)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(jì)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(hù)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(jī)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(jī)床設(shè)計手冊》得：對于精密機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)床傳動的主要形式之一。隨著機(jī)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(qiáng)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(jī)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