【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 入用戶，精通工藝，低中高檔并舉，學(xué)習(xí)日本，首先解決量大而廣的中檔數(shù)控機(jī)床，批量生產(chǎn)，占領(lǐng)市場(chǎng)，減少進(jìn)口，擴(kuò)大出口。在步驟措施上，必須使國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)先進(jìn)、可靠，狠抓產(chǎn)品質(zhì)量與配 套件過(guò) 關(guān)，打好技術(shù)基礎(chǔ)。近期重在打基礎(chǔ)，建立信譽(yù)，擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)數(shù)控 車(chē) 床的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額，遠(yuǎn)期謀求趕超世界先進(jìn)水平，大步走向世界市場(chǎng)； 必須狠抓根本，堅(jiān)持 “以人為本 ”，加速提高人員素質(zhì)、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(xué)習(xí)型企業(yè)，樹(shù)立企業(yè)文化，加速培育新人，培訓(xùn)在職人員，建立師徒相傳制度，舉辦各種技術(shù)講座、訓(xùn)練班和專題討論會(huì)，甚至聘請(qǐng)外國(guó)專家、顧問(wèn)等，盡力提高數(shù)控。 隨著世界科技進(jìn)步和機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控 車(chē) 床作為機(jī)床工業(yè)的主流產(chǎn)品，已成為 實(shí)現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵設(shè)備，是國(guó)防軍工裝備發(fā)展的戰(zhàn)略物資。數(shù)控機(jī)床的擁有量及其性能水平的高低，是衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。加快發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)也是我國(guó)裝備制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)要求。第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定 7 第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定 主傳動(dòng)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)的確定 J1FCNCB是中等規(guī)格的二軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控車(chē)床，床身最大回轉(zhuǎn)直徑￠ 460mm，最大工件長(zhǎng)度 1000mm；主軸通孔直徑 56mm，主軸錐度莫氏六號(hào)，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(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)有動(dòng)力參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù) 。動(dòng)力參數(shù)是指主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率；運(yùn)動(dòng)參數(shù)是指主運(yùn)動(dòng)變速范圍。根據(jù)數(shù)控車(chē)床的加工工藝、加工對(duì)象、所要求的精度、成本及生產(chǎn)周期并結(jié)合國(guó)內(nèi)外機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀確定數(shù)控車(chē)床主要技術(shù)指標(biāo)。 主傳動(dòng)中個(gè)傳動(dòng)件的尺寸要根據(jù)傳動(dòng)功率來(lái)確定。傳動(dòng)功率過(guò)大，使傳動(dòng)件尺寸粗大，電動(dòng)機(jī)常在低負(fù)載下工作，功率因數(shù)小而浪費(fèi)能源；功率過(guò)小將限制車(chē)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(dòng)功率。但由于實(shí)際加工過(guò)程切削用量變化范圍大、傳動(dòng)件之間的摩擦等不確定因素，用理論計(jì)算方法來(lái)確定主傳動(dòng)功率尚有困難，可 通過(guò)類比、統(tǒng)計(jì)方法相互比較來(lái)確定。 查機(jī)電一體化手冊(cè)車(chē)削功率在 816kw之間根據(jù)切削功率 PC與主傳動(dòng)鏈的總效率η估算 ,即 P= c?? 。主傳動(dòng)鏈的功率效率η =— ， 數(shù)控車(chē)床多采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和較短的機(jī)械傳動(dòng)鏈，效率較大，因此取 ? =,則估計(jì) P 在~。 數(shù)控車(chē)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(cè)知，以硬質(zhì)合金刀具車(chē)削合金結(jié)構(gòu)鋼為例，數(shù)控車(chē)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(dòng)系統(tǒng)方案的制定 8 考慮到空轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率損失，如各傳動(dòng)件在空轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)的摩損功耗，傳動(dòng)件的攪油和克服空氣阻力功率以及其其它動(dòng)載荷的摩擦損耗等。 J1FCNCIB機(jī)床是中等規(guī)格數(shù)控車(chē)床，參照國(guó)內(nèi)外同類機(jī)床的電動(dòng)機(jī)功率，此機(jī)床可以選取 11kw 的電動(dòng)機(jī)，考慮到數(shù)控機(jī)床變速范圍比較大，選用交流變頻電動(dòng)機(jī) YVP1604，標(biāo)稱功率 11kw，額定轉(zhuǎn)矩 70N?m 調(diào)頻電動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)矩與 主軸轉(zhuǎn)速 n 由切削速度 v （ r/min）與工件的直徑 d （ mm）來(lái)確定 n =1000vd?（ r/min） 計(jì)算該數(shù)控車(chē)床 minn = minmax1000vd? 、 maxn = maxmin1000vd? ， 則數(shù)控車(chē)床變速范圍 nR = maxminnn 代入公式，選擇 minV ， maxV ， mind ， maxd 要據(jù)車(chē)床上幾種典型加工情況考慮，不可能將一切情況考慮進(jìn)去，也不是加工情況的最大值和最小值。 經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析車(chē)床的最高轉(zhuǎn)速出現(xiàn)在硬質(zhì)合金刀具精車(chē)鋼料的外圓工藝中，最低轉(zhuǎn)速出現(xiàn)在高速工具鋼刀具精車(chē)合金鋼工件的梯形絲杠中。由工藝手冊(cè)可知硬質(zhì)合金刀具刀具精車(chē)鋼料的絲杠 maxV =250 r\min；高速車(chē)刀粗車(chē)圓柱體minV =3050 r\min（隨被吃刀量與進(jìn)給量的增加而減少）；高速工具鋼低速精車(chē)絲杠 minV = r\min，車(chē)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(chē)床向高速高精度方向 發(fā)展，考慮到今后的技術(shù)儲(chǔ)備，類比行業(yè)中同類數(shù)控車(chē)床的轉(zhuǎn)速范圍初步選取 minV =20 r\min， maxV =2021 r\min。 第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定 9 則數(shù)控車(chē)床總變速范圍 nR = maxminnn =100 由切削原理知主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)為恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)；主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)為恒功率運(yùn)動(dòng)。數(shù)控車(chē)床加工工藝范 圍廣，變速范圍大。有些典型工藝如：精車(chē)絲杠、加工螺紋、等，工件尺寸大，需采用小的被吃刀量、小的進(jìn)給量；低速主軸轉(zhuǎn)速小，不需傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的全部功率。我們把機(jī)床能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速稱為主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速，以它為臨界轉(zhuǎn)速 ， 如圖。從至最高轉(zhuǎn)速的區(qū)域?yàn)楹愎β蕝^(qū)域，任意轉(zhuǎn)速能夠傳遞電動(dòng)機(jī)的全部功率，但主軸轉(zhuǎn)矩隨主軸轉(zhuǎn)速的上升而下降；從最低轉(zhuǎn)速至的區(qū)域 b為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，任意轉(zhuǎn)速能夠輸出最大轉(zhuǎn)矩，但主軸輸出的功率將隨主軸轉(zhuǎn)速的下降而下降。 數(shù)控車(chē)床變速范圍比較廣，計(jì)算轉(zhuǎn)速比普通車(chē)床高。目前數(shù)控機(jī)床計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，確定 是參考同類機(jī)床，并結(jié)合該機(jī)床加工工藝要求，使n計(jì) =154 r\min. 圖 主軸轉(zhuǎn)速曲線 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 機(jī)床傳動(dòng)形式分為有極和無(wú)極變速兩種，無(wú)級(jí)變速形式可以在一定范圍內(nèi)連第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定 10 續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工要求的最佳轉(zhuǎn)速，能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于自動(dòng)變速，這對(duì)與提高機(jī)床生產(chǎn)效率和提高被加工零件的質(zhì)量都有重要意義；同時(shí)采用無(wú)級(jí)變速可使主軸結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，縮短傳動(dòng)鏈； 因此無(wú)級(jí)變速應(yīng)用日益廣泛。 該數(shù)控機(jī)床總變速范圍是 nR =2021\20=100，變速范圍較大，單靠無(wú)級(jí)變速裝置有難以實(shí)現(xiàn)。而且，無(wú)級(jí)變速裝置的功率扭轉(zhuǎn)特性應(yīng)同傳動(dòng)鏈的工作要求相適應(yīng)，這就要求串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速來(lái)擴(kuò)大變速范圍并選擇合適的無(wú)級(jí)變速器以滿足機(jī)床的功率扭矩特性要求。 該數(shù)控機(jī)床是以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床，設(shè)計(jì)主軸由交流變頻電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶論、齒輪傳動(dòng)至主軸。 從圖 1與圖 2可以看出：調(diào)頻電機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍為 4500\1500=3，而主軸要求的恒功率調(diào)速范圍為 2021\250=8，顯然電動(dòng)機(jī)不能滿足主軸所要求的恒功率變速范圍。所以在設(shè)計(jì)師不能依據(jù)總變速范圍來(lái)設(shè)計(jì)主創(chuàng)動(dòng)系統(tǒng)，而應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)與主軸的功率匹配。 主軸恒功率調(diào)速范圍 Rnp=n max\n計(jì) =2021\250=8, 電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍 Rdp=n max\n額 =4500\1500=3 為了使主軸和電動(dòng)機(jī)的恒功率匹配 ，現(xiàn)通過(guò)增加變速齒輪來(lái)滿足要求，該變速齒 輪組擴(kuò)大了電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速。 1．轉(zhuǎn)速圖的擬定 分析和設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)須應(yīng)用一種特殊線圖，稱為轉(zhuǎn)速圖。 轉(zhuǎn)速圖能夠清楚的表達(dá)出：傳動(dòng)軸的數(shù)目，主軸及各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速值及其傳動(dòng)路線，變速組的個(gè)數(shù)、傳動(dòng)順序及擴(kuò)大順序，各變速組的傳動(dòng)副數(shù)及其傳動(dòng)比數(shù)值，變速規(guī)律等。 首先根據(jù)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速確定變速范圍 nR ，選擇合適的公比 f? 后再確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) z ，繪制轉(zhuǎn)速圖。 ：已知機(jī)床的轉(zhuǎn)速范圍在 20r/min~2021r/min，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為 4000 r/min，額定轉(zhuǎn)速為 1500 r/min，電動(dòng)機(jī)的額定功率 P=11kW，確定主軸箱結(jié)構(gòu)． （ 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(jì)算轉(zhuǎn)速 第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定 11 m i n rRnn nc ???? 由于數(shù)控機(jī)床主軸的變速范圍大，計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)比計(jì)算值高些，所以圓整取計(jì)算轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個(gè)有級(jí)變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào) 速范圍。 （ 5） 確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z 取 4?? dpf R? ，則 ???fnpRZ ? 對(duì)于數(shù)控車(chē)床，為了加工端面時(shí)滿足恒線速度切削的要求，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有一些重復(fù)，故取 Z=2 （ 6） 擬定轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖如圖 擬定傳動(dòng)系統(tǒng)的原則是：在保證機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和使用要求的前提下，運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈要盡可能的短而簡(jiǎn)單；傳動(dòng)效率高以及操作簡(jiǎn)單方便 。首先要考慮某些結(jié)構(gòu)第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定 12 方面的問(wèn)題，考慮結(jié)構(gòu)能否實(shí)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(huì)碰及相鄰軸等；其次因考慮結(jié)構(gòu)是否合理