【文章內容簡介】 入用戶，精通工藝，低中高檔并舉，學習日本，首先解決量大而廣的中檔數(shù)控機床，批量生產(chǎn)，占領市場，減少進口，擴大出口。在步驟措施上，必須使國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)先進、可靠，狠抓產(chǎn)品質量與配 套件過 關，打好技術基礎。近期重在打基礎，建立信譽，擴大國產(chǎn)數(shù)控 車 床的國內市場份額，遠期謀求趕超世界先進水平，大步走向世界市場； 必須狠抓根本，堅持 “以人為本 ”，加速提高人員素質、培養(yǎng)各種專家人才，從根本上改變目前低效、落后的狀態(tài)。人是一切事業(yè)成敗的根本，層層都要重視第一章 緒論 5 “培才、選才、用才 ”，建立學習型企業(yè)，樹立企業(yè)文化，加速培育新人，培訓在職人員，建立師徒相傳制度，舉辦各種技術講座、訓練班和專題討論會，甚至聘請外國專家、顧問等，盡力提高數(shù)控。 隨著世界科技進步和機床工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控 車 床作為機床工業(yè)的主流產(chǎn)品，已成為 實現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的關鍵設備，是國防軍工裝備發(fā)展的戰(zhàn)略物資。數(shù)控機床的擁有量及其性能水平的高低，是衡量一個國家綜合實力的重要標志。加快發(fā)展數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)也是我國裝備制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實要求。第二章 變速主傳動系統(tǒng)方案的制定 7 第二章 變速主傳動系統(tǒng)方案的制定 主傳動系統(tǒng)主要技術指標的確定 J1FCNCB是中等規(guī)格的二軸聯(lián)動的數(shù)控車床，床身最大回轉直徑￠ 460mm，最大工件長度 1000mm；主軸通孔直徑 56mm，主軸錐度莫氏六號，可以加工直線、錐度、球面、螺紋罩等，功能齊全、精度可靠、操作方便。主傳動系統(tǒng)的主要參數(shù)有動力參數(shù)和運動參數(shù) 。動力參數(shù)是指主運動驅動電動機的功率；運動參數(shù)是指主運動變速范圍。根據(jù)數(shù)控車床的加工工藝、加工對象、所要求的精度、成本及生產(chǎn)周期并結合國內外機床發(fā)展現(xiàn)狀確定數(shù)控車床主要技術指標。 主傳動中個傳動件的尺寸要根據(jù)傳動功率來確定。傳動功率過大，使傳動件尺寸粗大，電動機常在低負載下工作，功率因數(shù)小而浪費能源；功率過小將限制車床切削加工能力而降低生產(chǎn)效率。因此需合理確定主傳動功率。但由于實際加工過程切削用量變化范圍大、傳動件之間的摩擦等不確定因素，用理論計算方法來確定主傳動功率尚有困難，可 通過類比、統(tǒng)計方法相互比較來確定。 查機電一體化手冊車削功率在 816kw之間根據(jù)切削功率 PC與主傳動鏈的總效率η估算 ,即 P= c?? 。主傳動鏈的功率效率η =— ， 數(shù)控車床多采用調速電動機和較短的機械傳動鏈，效率較大，因此取 ? =,則估計 P 在~。 數(shù)控車床的加工范圍一般都比較大，切削功率 PC可根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削抗力 ZF PC=60000ZFV KW ZF 主切削力的切向分力， N； v 切削速度 N?? cm； 查金屬切削手冊知，以硬質合金刀具車削合金結構鋼為例，數(shù)控車床有代表型的主切削力的切向分力 ZF 大約在 2500 左右，切削速度取 90— 250r\min，則知道 PC=2500? 200\60000= P= c?? = 第二章 變速主傳動系統(tǒng)方案的制定 8 考慮到空轉運轉的功率損失，如各傳動件在空轉運行時的摩損功耗，傳動件的攪油和克服空氣阻力功率以及其其它動載荷的摩擦損耗等。 J1FCNCIB機床是中等規(guī)格數(shù)控車床，參照國內外同類機床的電動機功率，此機床可以選取 11kw 的電動機，考慮到數(shù)控機床變速范圍比較大，選用交流變頻電動機 YVP1604，標稱功率 11kw，額定轉矩 70N?m 調頻電動機功率轉矩與 主軸轉速 n 由切削速度 v （ r/min）與工件的直徑 d （ mm）來確定 n =1000vd?（ r/min） 計算該數(shù)控車床 minn = minmax1000vd? 、 maxn = maxmin1000vd? ， 則數(shù)控車床變速范圍 nR = maxminnn 代入公式，選擇 minV ， maxV ， mind ， maxd 要據(jù)車床上幾種典型加工情況考慮，不可能將一切情況考慮進去，也不是加工情況的最大值和最小值。 經(jīng)統(tǒng)計分析車床的最高轉速出現(xiàn)在硬質合金刀具精車鋼料的外圓工藝中，最低轉速出現(xiàn)在高速工具鋼刀具精車合金鋼工件的梯形絲杠中。由工藝手冊可知硬質合金刀具刀具精車鋼料的絲杠 maxV =250 r\min；高速車刀粗車圓柱體minV =3050 r\min（隨被吃刀量與進給量的增加而減少）；高速工具鋼低速精車絲杠 minV = r\min，車床主參數(shù)￠ 460mm，加工絲杠的最大直徑 d =50mm，則 maxd ==? 460mm=230mm mind =（ ） ? maxd =（ 4658） mm，取 d =50mm。 n max = minmax1000vd? =1000 25050? ?? =1591 r/min minn = maxmin1000dv? 1000 30230? ?? = r/min 由于現(xiàn)代數(shù)控車床向高速高精度方向 發(fā)展，考慮到今后的技術儲備，類比行業(yè)中同類數(shù)控車床的轉速范圍初步選取 minV =20 r\min， maxV =2021 r\min。 第二章 變速主傳動系統(tǒng)方案的制定 9 則數(shù)控車床總變速范圍 nR = maxminnn =100 由切削原理知主運動為直線運動的機床，主運動為恒轉矩運動；主運動為旋轉運動的機床，主運動為恒功率運動。數(shù)控車床加工工藝范 圍廣，變速范圍大。有些典型工藝如：精車絲杠、加工螺紋、等，工件尺寸大，需采用小的被吃刀量、小的進給量；低速主軸轉速小，不需傳動電動機的全部功率。我們把機床能傳遞全部功率的最低轉速稱為主軸計算轉速，以它為臨界轉速 ， 如圖。從至最高轉速的區(qū)域為恒功率區(qū)域，任意轉速能夠傳遞電動機的全部功率，但主軸轉矩隨主軸轉速的上升而下降；從最低轉速至的區(qū)域 b為恒轉矩區(qū)域，任意轉速能夠輸出最大轉矩，但主軸輸出的功率將隨主軸轉速的下降而下降。 數(shù)控車床變速范圍比較廣，計算轉速比普通車床高。目前數(shù)控機床計算轉速的確定尚無統(tǒng)一標準，確定 是參考同類機床，并結合該機床加工工藝要求，使n計 =154 r\min. 圖 主軸轉速曲線 變速主傳動系統(tǒng)的設計 機床傳動形式分為有極和無極變速兩種，無級變速形式可以在一定范圍內連第二章 變速主傳動系統(tǒng)方案的制定 10 續(xù)改變轉速，以便得到滿足加工要求的最佳轉速，能在運轉中變速，便于自動變速，這對與提高機床生產(chǎn)效率和提高被加工零件的質量都有重要意義；同時采用無級變速可使主軸結構大為簡化，縮短傳動鏈； 因此無級變速應用日益廣泛。 該數(shù)控機床總變速范圍是 nR =2021\20=100，變速范圍較大，單靠無級變速裝置有難以實現(xiàn)。而且，無級變速裝置的功率扭轉特性應同傳動鏈的工作要求相適應，這就要求串聯(lián)機械有級變速來擴大變速范圍并選擇合適的無級變速器以滿足機床的功率扭矩特性要求。 該數(shù)控機床是以經(jīng)濟型數(shù)控車床，設計主軸由交流變頻電動機經(jīng)皮帶論、齒輪傳動至主軸。 從圖 1與圖 2可以看出：調頻電機的恒功率轉速范圍為 4500\1500=3，而主軸要求的恒功率調速范圍為 2021\250=8，顯然電動機不能滿足主軸所要求的恒功率變速范圍。所以在設計師不能依據(jù)總變速范圍來設計主創(chuàng)動系統(tǒng)，而應考慮電動機與主軸的功率匹配。 主軸恒功率調速范圍 Rnp=n max\n計 =2021\250=8, 電動機恒功率調速范圍 Rdp=n max\n額 =4500\1500=3 為了使主軸和電動機的恒功率匹配 ，現(xiàn)通過增加變速齒輪來滿足要求，該變速齒 輪組擴大了電動機的恒功率調速。 1．轉速圖的擬定 分析和設計主傳動系統(tǒng)須應用一種特殊線圖，稱為轉速圖。 轉速圖能夠清楚的表達出：傳動軸的數(shù)目，主軸及各傳動軸的轉速級數(shù)、轉速值及其傳動路線，變速組的個數(shù)、傳動順序及擴大順序，各變速組的傳動副數(shù)及其傳動比數(shù)值，變速規(guī)律等。 首先根據(jù)最高轉速和最低轉速確定變速范圍 nR ，選擇合適的公比 f? 后再確定轉速級數(shù) z ，繪制轉速圖。 ：已知機床的轉速范圍在 20r/min~2021r/min，電動機的最高轉速為 4000 r/min，額定轉速為 1500 r/min，電動機的額定功率 P=11kW，確定主軸箱結構． （ 1） 確定主軸的變速范圍 nR 10 02020 00m inm a x ??? nnR n （ 2） 確定主軸的計算轉速 第二章 變速主傳動系統(tǒng)方案的制定 11 m i n rRnn nc ???? 由于數(shù)控機床主軸的變速范圍大，計算轉速應比計算值高些，所以圓整取計算轉速 nc= min170r 。 （ 3） 確定主軸的恒功率變速范圍 npR 020 00m a x ??? p nnR （ 4） 確定電動機所能夠提供的恒功率變速范圍 dpR 415 0 060 0 0m a x ??? ddp nnR 由于 RnpRdp，電動機直接驅動主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個有級變速箱，以滿足主軸的恒功率調 速范圍。 （ 5） 確定轉速級數(shù) Z 取 4?? dpf R? ，則 ???fnpRZ ? 對于數(shù)控車床，為了加工端面時滿足恒線速度切削的要求，應使轉速有一些重復，故取 Z=2 （ 6） 擬定轉速圖和功率特性圖如圖 擬定傳動系統(tǒng)的原則是：在保證機床的運動和使用要求的前提下，運動傳動鏈要盡可能的短而簡單；傳動效率高以及操作簡單方便 。首先要考慮某些結構第二章 變速主傳動系統(tǒng)方案的制定 12 方面的問題，考慮結構能否實現(xiàn)：如小齒輪的齒根圓是 否大于軸的直徑，大齒輪的頂圓是否會碰及相鄰軸等；其次因考慮結構是否合理