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目錄 1 概述 2 主運(yùn)動(dòng)的方案選擇與主運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì) 3 確定齒輪齒數(shù) 4 選擇電動(dòng)機(jī) 5 皮帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 6 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 7 主軸調(diào)速系統(tǒng)的選擇計(jì)算 8 主軸剛度的校核 一 概述 主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)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 加工不同的材料 不同尺寸 不同要求的工件 并能方 便的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)停 變速 換向和制動(dòng)等 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸 部件 它與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單 這 是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān) 剩去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu) 有些只有二級(jí)或三級(jí)齒輪變速系 統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的范圍 1 1數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) 與普通機(jī)床比較 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)具有下列特點(diǎn) 4 轉(zhuǎn)速高 功率大 它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切 削和高速切削 實(shí)現(xiàn)高效率加工 5 變速范圍寬 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)有較寬的調(diào) 速范圍 一般Ra 100 以保證加工時(shí)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 6 主軸變速迅速可靠 數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制 指令自動(dòng)進(jìn)行的 因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操 作的要求 由于直流和交流主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系 統(tǒng)日趨完善 所以不僅能夠方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍無(wú) 級(jí)變速 而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié) 提高了變速 控制的可靠性 7 主軸組件的耐磨性高 使傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的精 度保持性 凡有機(jī)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(rùn)滑 1 2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)停 變速 換向和制動(dòng) 以滿足 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)要求 主電機(jī)具有足夠的功率 全部機(jī)構(gòu)和元件具有足夠 的強(qiáng)度和剛度 以滿足機(jī)床的動(dòng)力要求 主傳動(dòng)的有關(guān)結(jié)構(gòu) 特別是主軸組件要有足夠高的 精度 抗震性 熱變形和噪聲要小 傳動(dòng)效率高 以滿足機(jī)床的工作性能要求 操縱靈活可靠 維修方便 潤(rùn)滑密封良好 以滿 足機(jī)床的使用要求 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊 工藝性好 成本低 以滿足經(jīng)濟(jì) 性要求 1 3 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)配置方式 數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照控制指令自動(dòng)執(zhí)行的 因此變速機(jī) 構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求 在主傳動(dòng)系統(tǒng)中 目前多采用交 流主軸電動(dòng)機(jī)和直流主軸電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 為擴(kuò)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(jí)調(diào)速和電動(dòng) 機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有四種配置方式 如圖3 1所示 帶有變速齒輪的主傳動(dòng) 大 中型數(shù)控機(jī)床采用這 種變速方式 如圖3 1 a 所示 通過(guò)少數(shù)幾對(duì)齒輪降速 擴(kuò) 大輸出轉(zhuǎn)矩 一滿足主軸低速時(shí)對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求 數(shù)控 機(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速 使 之成為分段無(wú)級(jí)變速 滑移齒輪的移位大都采用液壓缸加撥叉 或者直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn) 通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 如圖3 1 b 所示 這種傳 動(dòng)主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高 變速范圍不大的機(jī)床 電動(dòng)機(jī)本身的 調(diào)速能夠滿足要求 不用齒輪變速 可以避免齒輪傳動(dòng)引起的 振動(dòng)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 用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 如圖3 1 c 所示 這是上述兩種方式的混合傳動(dòng) 具有上述兩種性能 高速時(shí)電 動(dòng)機(jī)通過(guò)帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn) 低速時(shí) 另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過(guò) 兩級(jí)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn) 齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的 作用 這樣就使恒功率區(qū)增大 擴(kuò)大了變速范圍 克服了低速 時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的缺陷 內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 如圖3 1 d 所示 這 種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu) 有效地提高 了主軸部件的剛度 但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小 電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸影 響較大 1 4 主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 是將傳動(dòng)方案 結(jié)構(gòu)化 圖 3 1 數(shù) 控 機(jī) 床 主 傳 動(dòng) 的 四 種 配 置 方 式 兩 個(gè) 電 動(dòng) 機(jī) 分 別 驅(qū) 動(dòng)電 動(dòng) 機(jī)電 動(dòng) 機(jī) 帶 傳 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) 變 速 齒 輪電 動(dòng) 機(jī) 內(nèi) 裝 電 動(dòng) 機(jī) 主 軸 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 向生產(chǎn) 提供主傳動(dòng)部件裝配圖 零件工作圖及零件明細(xì)表 等 在機(jī)床初步設(shè)計(jì)中 考慮主軸變速箱機(jī)床上位置 其他 部件的相互關(guān)系 只是概略給出形狀與尺寸要求 最終還需 要根據(jù)箱內(nèi)各元件的實(shí)際結(jié)構(gòu)與布置才確定具體方案 在可 能的情況下 設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減小主軸變速箱的軸向和徑向尺寸 以便節(jié)省材料 減輕質(zhì)量 滿足使用要求 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意對(duì) 于不同情況要區(qū)別對(duì)待 如某些立式機(jī)床和搖臂鉆床的主軸 箱 要求較小的軸向尺寸而對(duì)徑向尺寸要求并不嚴(yán)格 但有 的機(jī)床 如臥式銑鏜床 龍門(mén)銑床的主軸箱要沿立柱或橫梁 導(dǎo)軌移動(dòng) 為減少其顛覆力矩 要求縮小徑向尺寸 機(jī)床主傳動(dòng)部件即主軸變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括 主軸組件設(shè) 計(jì) 操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)軸組件設(shè)計(jì) 其他機(jī)構(gòu) 如開(kāi)停 制動(dòng)及換向機(jī) 構(gòu)等 設(shè)計(jì) 潤(rùn)滑與密封裝置設(shè)計(jì) 箱體及其他零件設(shè)計(jì)等 主軸變速箱部件裝配圖包括展開(kāi)圖 橫向剖視圖 外觀 圖及其他必要的局部視圖等 給制展開(kāi)圖和橫向剖視圖時(shí) 要相互照應(yīng) 交替進(jìn)行 不應(yīng)孤立割裂地設(shè)計(jì) 以免顧此失 彼 給制出部件的主要結(jié)構(gòu)裝配草圖之后 需要檢查各元件 是否相碰或干涉 再根據(jù)動(dòng)力計(jì)算的結(jié)果修改結(jié)構(gòu) 然后細(xì) 化 完善裝配草圖 并按制圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加深 最后進(jìn)行尺寸 配合及零件標(biāo)注等 二 主運(yùn)動(dòng)的方案選擇與主運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 1 機(jī)床的工藝特性 1 1 工藝范圍 精車(chē) 半精車(chē)外圓 車(chē)螺紋 車(chē)端面 1 2 刀具材料 硬質(zhì)合金 高速鋼 1 3 加工工作材料 鋼 鑄鐵 1 4 尺寸范圍 0 500 2 確定主軸轉(zhuǎn)速 2 1 最高轉(zhuǎn)速 nmax 采用硬質(zhì)合車(chē)刀半精車(chē)小直徑鋼材的外圓時(shí) 主軸轉(zhuǎn)速 最高 參考切削用量資料 Vmax 150 200 m s K 0 5 Rd 0 2 0 25 dmax K D 0 5 400 200 dmin Rd dmax 0 2 200 40 nmax min ax d10V 203 14 1592 36 2 2最低轉(zhuǎn)速 用高速鋼車(chē)刀 粗車(chē)鑄鐵材料的端面時(shí) 參考切削用量 資料 Vmax 15 20 m s nmin max in d10V 203 14 31 8 用高速鋼車(chē)刀 精車(chē)合金鋼材料的絲杠時(shí) 參考資料 直徑500 普通車(chē)床加工絲杠的最大直徑是50 Vmin 1 5 米 分 nmin max in d10V 403 1 5 11 9轉(zhuǎn) 分 因此 取最低轉(zhuǎn)速nmin 11 9轉(zhuǎn) 分 轉(zhuǎn)速范圍 Rn min ax 1 9 5236 133 8 由于高速鋼車(chē)刀少用低速 且為了避免結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜 因此 取轉(zhuǎn)速范圍Rn 1592 36 31 8 50 主運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖 三 確定齒輪齒數(shù) 1 根據(jù)分度圓直徑選齒數(shù) d mz a 組 Za1 64 Za2 54 Z 343a b 組 Zb1 95 Zb2 30 2 齒輪的各參數(shù) a 組 模數(shù) m 4 壓力角 20 齒距 P m 12 56 齒厚 s m 2 6 28 齒槽寬 e m 2 6 28 頂隙 c c m 1 2 齒頂高 h h m 4aa 齒根高 h h c m 5 2f 全齒高 h h h 2h c m 9 2afa 中心距 a1 d1 d2 2 240 a2 d1 d3 2 178 b 組 模數(shù) m 3 5 壓力角 20 齒距 P m 12 56 齒厚 s m 2 6 28 齒槽寬 e m 2 6 28 頂隙 c c m 1 2 齒頂高 h h m 4aa 齒根高 h h c m 5 2f 全齒高 h h h 2h c m 9 2afa 中心距 a d4 d5 2 240 四 選擇電動(dòng)機(jī) 1 電動(dòng)機(jī)功率 N 電 7 5kw 轉(zhuǎn)速 n 電 1450 轉(zhuǎn) 分 2 電機(jī)型號(hào) J02 51 4 電機(jī)軸徑 38 五 皮帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間 8 10 小時(shí) 按小帶輪計(jì)算 1 計(jì)算功率 Pc KA P 1 2 7 5 9kw 2 選膠帶型別為 B 型 3 選小帶輪直徑 d1 140 實(shí)心輪 大帶輪直徑 d2 280 四孔板輪 4 帶速 V 10 6 米 秒 106n d 106453 B 型 Vmax 25 米 秒 5 實(shí)際傳動(dòng)比 i 取 005 12d i 4120 30648 10 單根膠帶傳遞的功率 P0 2 03kw 11 單根膠帶傳遞功率的增量 P0 kb n1 1 ik1 1 99 10 1450 1 3 1 2 8 12 膠帶根數(shù) 由于需要傳遞的功率 N 7kw 因此需膠帶 4 根 13 單根膠帶初拉力 F0 18 公斤 14 有效圓周力 Ft 91 8 公斤v102pc9 15 作用在軸上的力 F 2F0 Z sin 2 18 4 sin2 1 215 134 公斤 16 帶輪寬 B Z 1 e 2f 4 1 20 2 12 5 85 六 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算 1 傳動(dòng)比 i 1 19 2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù) 軸 電動(dòng)機(jī)軸 P Pd 7 5 kw0 n 1450r min T 9550 9550 49 4 N m00n1450 7 軸 主軸 P P 7 5 0 96 7 2 kw101 n 1218 r mini9 45 T 9550 9550 56 45 N m1n128 7 軸 編碼器 P P 7 2 0 99 0 97 6 9 kw212 n 766 r mini59 8 T 9550 9550 86 02 N m22n769 七 主軸調(diào)速系統(tǒng)的選擇計(jì)算 1 對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的基本考慮 a 由于調(diào)速范圍廣 且要求有較硬的機(jī)械特性 所以 以選用矢 量控制方式為宜 對(duì)于普通車(chē)床來(lái)說(shuō) 由于對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求不高 用 無(wú)反饋矢量控制 方式已經(jīng)足夠 b 因?yàn)檎{(diào)速范圍廣 且高速與低速段機(jī)械特性的特點(diǎn)不一樣 故 工作頻率范圍應(yīng)不限于額定頻率以下 c 電動(dòng)機(jī)的容量一般應(yīng)比原拖動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)容量為大 d 在低速段 可能出現(xiàn)較大的沖擊過(guò)載 容易引起變頻器的跳閘 所以 變頻器的容量以比電動(dòng)機(jī)的容量大一檔為好 2 一檔傳動(dòng)比 且 方案nxf 基本工作情況 a 電動(dòng)機(jī)和主軸之間的傳動(dòng)比只有一檔 傳動(dòng)比 lMn b 變頻器的最大輸出頻率 等于電動(dòng)機(jī)的額定頻率 從而 maxf MNf 電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 等于其額定轉(zhuǎn)速 它折算到負(fù)載軸上的值maxMNn 應(yīng)大于負(fù)載要求的最大轉(zhuǎn)速 maxMn axL Mn N max c 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的折算值 折算到負(fù)載軸上的轉(zhuǎn)矩 maxLTmaxLMNT 綜上所述 電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線如圖 3 2 的曲線 2 所示 曲線 1 是車(chē)床的機(jī)械特性曲線 為了便于比較 圖中 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均為折算到負(fù)載軸上的值 電動(dòng)機(jī)的容量在圖 3 2 中 負(fù)載所需功率 950 maxinLLTP axL 圖 3 2 其大小與面積 成正比 而電動(dòng)機(jī)的容量則與面積 成正比 OADB HGAO 其大小為 MNnTp 1 950 maxL P 可見(jiàn) 采用了變頻調(diào)速后 電動(dòng)機(jī)的容量需增大 倍以上 L 3 電動(dòng)機(jī)的工作頻率范圍 a 最高頻率 Nf max b 最底頻率因?yàn)橹挥幸粰n轉(zhuǎn)速 故頻率調(diào)節(jié)范圍 為 f LLf nf miaxax 當(dāng) 時(shí) 40 L ZH25 140min 當(dāng) 時(shí) 1zf37 i 異步電動(dòng)機(jī)在這樣低的頻率下連續(xù)工作 如不用負(fù)載反饋 是比 較困難的 4 一檔傳動(dòng)比 且 方案Nf max 基本工作情況 a 電動(dòng)機(jī)和主軸之間的傳動(dòng)比仍只有一檔 但變頻器的最高輸出 頻率 允許超過(guò)額定頻率 但一般不宜超過(guò)額定頻率的 1 5 倍 即 maxf Nf NNf5 1 設(shè)最大調(diào)頻比 nffk maxa 則 電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 也約為額定轉(zhuǎn)速 的 倍 M MNn maxfk NfMkn maxax b 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 maxaxa knLfN 電動(dòng)機(jī)有效轉(zhuǎn)矩線圈如圖中的曲線 2 所示 曲線 1 為車(chē)床的機(jī)械特 性曲線 電動(dòng)機(jī)的容量如圖 電動(dòng)機(jī)的容量與面積 成正比 其大小GHAO 為 950 2MNnTP 表 4 1 頻率 電動(dòng)機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)速之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 工作頻率 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 低檔傳動(dòng)比 負(fù)載轉(zhuǎn)速 高檔傳動(dòng)比 負(fù)載轉(zhuǎn)速minfminML minLH Lmidnaxax id ax 950 maxmaxfLknT 1 fMP 可見(jiàn) 頻率范圍擴(kuò)大之后 電動(dòng)機(jī)的容量可 以比 減小 倍 但1MPmaxfk 與負(fù)載功率相比 仍需增大很多 5 電動(dòng)機(jī)的工作頻率范圍 設(shè) 最高頻率為 則最低頻率為ZNHff75 1max 當(dāng) 時(shí) 40 L 840 in 當(dāng) 時(shí) 1Zf i 6 兩檔傳動(dòng)比 且 方案Nf max 基本工作情況 將電動(dòng)機(jī)和主軸之間的傳動(dòng)比分成兩檔 和 使變頻器的輸H L 出頻率 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 與負(fù)載轉(zhuǎn)速 之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表 4 1Xf MnLn 表中 是兩檔轉(zhuǎn)速分界點(diǎn)的 中間速 在抵擋時(shí) 傳動(dòng)比為L(zhǎng)midn 當(dāng) 從L X 到 到 時(shí) 從 到 在高檔時(shí) 傳動(dòng)比為minfaxfinMaxLnminLid 當(dāng) 從 到 從 到 時(shí) 從 到 HXmiffMiMaxLmidnin 忽略電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率的變化的因素 則有 圖 3 3 fLmidfn minaxi fidiax 2min fLL 作為兩檔中間的分界轉(zhuǎn)速 中間速 fLmidn ax 所以 電動(dòng)機(jī)工作頻率的范圍 Lf 可見(jiàn) 采用兩檔傳動(dòng)比后 在負(fù)載的速度范圍不變的情況下 工作頻 率的調(diào)節(jié)范圍大大的縮小了 采用兩檔傳動(dòng)比后 在全頻率范圍內(nèi)的 有效轉(zhuǎn)矩線如圖 3 3 中之曲線 2 所示 曲線 1 為車(chē)床的機(jī)械特性曲線 可以看出兩者已經(jīng)十分接近了 7 動(dòng)機(jī)的容量 電動(dòng)機(jī)的容量與面積成 正比 如圖 3 所示 其大小為 GHOA 9503MNnTP maxmaxfLidk 950 axaxfLidnT max1fMkP 可見(jiàn) 采用兩檔傳動(dòng)比后 電動(dòng)機(jī)容量可比 減小 倍 1MPmaxfk 電動(dòng)機(jī)的工作頻率范圍 設(shè) 最高頻率為 則最低頻率為ZnHff75 1max 當(dāng) 時(shí) 40 L ZHf86 14075min 當(dāng) 時(shí) 1L Zf34 in 可見(jiàn) 最低工作頻率增大了很多 使變頻調(diào)速系統(tǒng)在最低速時(shí)的工 作穩(wěn)定性大大改善了 8 調(diào)速系統(tǒng)的選擇 經(jīng)上述分析 主軸拖動(dòng)系統(tǒng)在不更換電動(dòng)機(jī)的條件下 要實(shí)現(xiàn)主 軸轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)速 可以采用機(jī)械多檔變速傳動(dòng) 與變頻器調(diào)速相結(jié) 合的方法 原拖動(dòng)與系統(tǒng)概況 電動(dòng)機(jī)的主要數(shù)據(jù) 電動(dòng)機(jī)額定功率 7 5KW 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 1450rpm 主軸轉(zhuǎn)速范圍 10 2000r min 計(jì)算數(shù)據(jù) a 調(diào)速范圍 201minax L b 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1 恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的最大轉(zhuǎn)速 in 5042maxrnLD 2 恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的轉(zhuǎn)矩 mNnPTLD 25 1430 79502000500 35 8 143 25 n r min T N m 3 恒功率區(qū)的最小轉(zhuǎn)矩 MNnPTLP 8 3520 795max 3 3 9 普通籠型異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)的性能分析 普通籠型異步電動(dòng)機(jī)是按工頻電源條件下運(yùn)行所設(shè)計(jì)制造的 用變頻 器對(duì)其進(jìn)行調(diào)速時(shí) 因變頻器輸出波形中含有諧波的影響 電動(dòng)機(jī)功率因 數(shù) 效率均有下降 電流與線圈溫升將有所增高 電機(jī)在額定頻率以下連 續(xù)進(jìn)行時(shí) 影響其帶負(fù)載能力的主要因素是溫升 在額定頻率以上連續(xù)運(yùn) 行時(shí) 電機(jī)允許最高頻率受軸承的極限轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)件的強(qiáng)度限制 因此初 步選定電機(jī)的變頻范圍在 10Hz 75Hz 之間 最大頻率調(diào)節(jié)比 5 7 fk 320fLf kk 因此在不變換主軸電機(jī)的條件下 主軸拖動(dòng)系統(tǒng)需采用機(jī)械三檔以 上變速傳動(dòng)比在機(jī)械結(jié)構(gòu)上 三檔與四檔變速傳動(dòng)的方案相似 而采 用四檔變速對(duì)電機(jī)的調(diào)速更為合適 因此決定利用機(jī)械四檔變速傳動(dòng) 方案 76 3204 Lf 確定傳動(dòng)比 拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械四檔變速分配 傳動(dòng) 比 檔次 低 29 L 中 4 M 高 34 1 H 最高 8 0 ZH 電機(jī) 工作 恒轉(zhuǎn)矩 恒功率 恒轉(zhuǎn) 矩 恒功率 恒轉(zhuǎn)矩 恒功率 恒轉(zhuǎn)矩 恒功 率 區(qū) 主軸 轉(zhuǎn)速 r min 10 50 50 72 5 72 360 360 540 540 1080 1080 1620 1620 1800 1800 2160 電機(jī) 頻率 Hz 10 50 50 75 10 50 50 75 22 5 50 50 75 45 50 50 55 電機(jī) 轉(zhuǎn) r min 290 1450 1450 2175 290 1450 1450 2175 725 1450 1450 2175 1305 1450 1450 1595 低速傳動(dòng)比 取295014 L 29L 中速傳動(dòng)比 取8 436M0 4 M 高速傳動(dòng)比 取 1085 H 3 1H 最高速傳動(dòng)比 取6 14ZH8 0 ZH 電機(jī)負(fù)荷性能核算 恒轉(zhuǎn)矩區(qū)折算至負(fù)載軸的轉(zhuǎn)矩 MNT 恒功率區(qū)折算至負(fù)載軸的轉(zhuǎn)矩 4 1fMNPkT 調(diào)整后 拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械四檔調(diào)速分配及帶負(fù)載核算L HZ 如下表 傳動(dòng)比 檔次 低 中 高 最高 電機(jī) 工作區(qū) 恒轉(zhuǎn) 矩 恒功率 恒轉(zhuǎn) 矩 恒功率 恒轉(zhuǎn)矩 恒功率 恒轉(zhuǎn) 矩 恒功率 主軸轉(zhuǎn) 速 r min 10 50 50 72 5 72 360 360 540 540 1080 1080 1620 1620 1800 1800 2160 電機(jī) 頻率 Hz 10 50 50 75 10 50 50 75 22 5 50 50 75 45 50 50 55 電機(jī)轉(zhuǎn) 速 r min 290 1450 1450 2175 290 1450 1450 2175 725 1450 1450 2175 1305 1450 1450 1595 電機(jī) 調(diào)頻比 0 2 1 1 1 5 0 2 1 1 1 5 0 5 1 1 1 5 0 9 1 1 1 1 折算 轉(zhuǎn)矩 N M 1432 5 1432 5 955 198 198 132 66 66 44 39 39 36 核算結(jié)果表明 在不變換主軸電機(jī)的條件下 主軸拖動(dòng)系統(tǒng)采用 機(jī)械四檔變速傳動(dòng)比的方案滿足要求 注 八 主軸鋼度的校核 1 計(jì)算切削力和驅(qū)動(dòng)力 切削力的計(jì)算 Pz a 切削功率 N 切 N 6 3 0 98 6 05kw2軸 承 2 b 切削轉(zhuǎn)矩 M 9550 9550 638 7N Mj切nN906 5 c 切削力 Pz 取 130工 件d2M工 件 Pz 9 8 10 N3 1068 7 3 d Py 0 4Pz 0 4 9 8 10 3 92 10 N 3 3 Px 0 25Pz 0 25 9 8 10 2 45 10 N 3 3 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 Qr a 齒輪的傳遞功率 N 齒 N 齒 6 57 0 98 6 44kw b 齒輪的傳遞轉(zhuǎn)距 M 9550 9550 173 3N mj齒nN356 4 狀態(tài) 輸入 低檔 K10 中檔 K11 高檔 K12 最高檔 K10 K12 SQ15 1 0 0 1 SQ16 0 1 0 0 SQ17 0 0 1 1 c 驅(qū)動(dòng)力 QT 4304 2Nd2M3 10 57 Qr QT tg 4304 2 tg20 1566 6N 切削力 Pz 與驅(qū)動(dòng)力 QT 的位置關(guān)系 由機(jī)床個(gè)軸位置布置關(guān) 系可知 20 Qz QTcos Qrsin 4304 2 cos20 1566 6 sin20 45 80 4N Qy QTsin Qrcos 4304 2 sin20 1566 6 cos20 0 2 主軸的受力分析 Z 方向 三軸承支撐可簡(jiǎn)化為如圖所示靜不定系統(tǒng) 式中 卡盤(pán)長(zhǎng) L 卡 150 工件長(zhǎng) L 160 a 100 b 65 c 456 L1 285 L2 236 L 521 Mz Pz L 卡 L 9800 150 160 3 038 10 N 6 E 2 1 10 5 I D 平 d 3870571 264 4 4 a 在 Pz 作用下 B 處的撓度 yB Pz l11z6EI 2 ap b 在 Mz 作用下 B 處的撓度 rB MZ l1Z6EI 2 M c 在 QZ 作用下 B 處的撓度 YB QZ l11Z6EI 2b Q 所以 YB l11zap l1ZM l11Z6EI 2b Q d 在 RB Z 作用 B 處的撓度 Y B l21B3EIL Z R 由于 B 處軸承是剛性支承 所以 YB Y B l11z6EI 2 ap l1Z6EI 2 M l11Z6EI 2b Q l21B3LZR 由上式可求出 RB Z RB Z 2l 2bl Q M2lap11ZZ11z 22330N r 方向 三軸承支承可簡(jiǎn)化為如圖所示靜不定系統(tǒng) RB y 2l 2b Q Map11yxy 式中 My Py L 卡 L 1215200N Mx Px 147000N D 件 Qy 0 RB y 10510 5N 3 主軸撓度計(jì)算 Z 方向 Y 3ELa l2PZ 6EL3a 2lMZ 6EIL la ZR121B 6EILc lbQZ 9800 100 521 100 87051 1 2 05218 3820 52146 40 0 06 Y 方向 Y 3ELa l2Py 6EL3a 2lMxy 6EILc lbQy 6EIL la yR121B 3920 100 521 100 387051 2 1 0 2 4 5 52185 3681 0 025 計(jì)算總撓度 Y 0 065Yyz0 Y 0 002l 0 002 521 0 104 計(jì)算結(jié)果 Y Y 主軸撓度合格 4 軸承處轉(zhuǎn)角的校核 Z 方向 Qz 6EIL l ZR121B 6EILc bQZ 3alPZ 其中 a a l 卡 l 100 150 160 410 Qz 0 00033 Y 方向 Qy Qy 0 6EIL l yR121B 3ELaPy 6Ic lbQy 0 00012 計(jì)算總轉(zhuǎn)角 Q 0 00035 0 001rad2Qyz 因此機(jī)床主軸的剛度是合適的