第三章第四节主传动系设计4

第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
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3.4.5 数控机床主传动系设计特点
3、数控机床高速主传动设计 提高主传动系中主轴转速是提高切削速度 最直接最有效的方法。对于高速和超高速 数控机床主传动，一般采用两种设计方式： 一种是采用联轴节将机床主轴和电动机轴 串接成一体；另一种是将电动机与主轴联 合为一体，制成内装式电主轴（图35）。 4、数控机床采用部件标准化、模块化结构 设计 中小型数控车床主传动系设计中，广泛采 用模块化的变速箱和主轴单元形式。 数控车床模块部件构成图36
f
f =2.84，由于 f 大于Rd ， 方案二：取Z=2， 所以转速图上有缺口。
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3.4.5 数控机床主传动系设计特点
2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的 匹配设计
取变速箱的公比 f 等于电动机的恒功率 调速范围 RdN，即 f = RdN ，功率特性图 是连续的，无缺口和无重合。
若要简化变速箱结构，变速级数应少些， 变速箱公比 f 可取达于电动机的恒功率 调速范围 RdN ，即 f > RdN 。 图31、图32
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3.4.5 数控机床主传动系设计特点
1、主传动采用直流或交流电动机无级调速 直流电动机无级调速，一般直流电动机 恒转矩调速范围较大，达30，甚至更大； 而恒功率调速范围较小，仅能达到2~3。 交流电动机无级调速，一般交流电动机 体积小，转动惯性小，动态响应快；采 用全封闭结构，具有空气强冷，保证高 转速和较强的超载能力，具有很宽的调 速范围。
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n
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3.4.5 数控机床主传动系设计特点
2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的 匹配设计 R n 3000/ 160 18.75 Rd 3500/ 1500 2.33 解： Z 1
Rn f Rd
方案一：取Z=4， =2，由于 f 小于Rd ， 所以转速图上有重复。
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3.4.5 数控机床主传动系设计特点
2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的 匹配设计 在设计数控机床主传动系时，必须考虑 Rnp 电动机与机床主轴功率特性匹配问题。由 于主轴要求的恒功率变速范围 远大于 Rdp 电动机恒功率变速范围 ，所以在电动 机与主轴之间要串联一个分级变速箱，以 扩大其恒功率调速范围，满足低速大功率 切削对电动机输出功率的要求。 设计分级变速箱时，考虑机床结构的 复杂程度，运转平稳性要求等因素，变速 箱公比的选取有下列三种情况：
3.4.3 分级变速主传动系
3、主变速传动系设计的一般原则 传动副前多后少的原则 传动顺序与扩大顺序相一致的原则 变速组的变速要前慢后快，中间轴的转 速不宜超过电动机的转速
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3.4.3 分级变速主传动系
4、主变速传动系的几种特殊设计 具有多速电动机的主变速传动系设计采用多速异 步电动机和其他方式联合使用，可以简化机床的 机械结构，使用方便。 多刀半自动车床的主变速传动系图和转速图16 具有交换齿轮的变速传动系交换齿轮的变速组应 设计成对称分布的。交换齿轮可用较少的齿轮， 以得到多级转速，并使变速箱结构大大简化。 液压多刀半自动车床主变速传动系图17 采用公用齿轮的变速传动系采用公用齿轮可以减 少齿轮的数目，简化结构，缩短轴向尺寸。 铣床主变速传动系图11
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3.4.4 无级变速主传动系
1、无级变速装臵的分类 机床主传动中常采用的无级变速装臵 有三大类：变速电动机、机械无级变速 装臵、液压无级变速装臵 2、无级变速主传动系设计原则 尽量选择功率和转矩特性符合传动系要求 的无级变速装臵。 无极变速系统装臵单独使用时，其调速范 围较小，满足不了要求，尤其是恒功率调 速范围往往远小于机床实际需要的恒功率 变速范围。
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3.4.3 分级变速主传动系
8、变速箱内传动件的空间布臵与计算 变速箱内各传动轴的空间布臵 各传动轴是空间布臵 （卧式车床主轴箱横截面图23，展开图24） 各传动轴在一个铅直平面内 （卧式铣床变速箱图25） 变速箱内各传动轴的轴向固定 轴向固定的方法有： 一端固定图26、两端固定图27。 各传动轴的估算和验算 按扭转刚度估算轴的直径 按弯曲刚度验算轴的直径
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3.4.3 分级变速主传动系
5、扩大传动系变速范围的方法 增加比变速组 采用背轮机构 采用双公比的传动系 采用分支传动
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3.4.3 分级变速主传动系
6、齿轮齿数的确定 对于定比传动的齿轮齿数和带轮直径，可 依据机械设计手册推荐的方法确定。 确定齿轮齿数时，选取合理的齿数和是很 关键的。各对传动副的齿数和应该是相同的。 齿轮的中心距取决于传递的转矩。扭矩越大， 中心矩越大。 Z min 18 ~ 20 在主传动中，一般取最小齿轮齿数 三联滑移齿轮的最大于此大齿数之间的齿 数差应大于或等于4。 齿轮齿数确定后，还应验算转速误差： (n'n) / n 10( 1)% 式中： n’---主轴实际转速 n--主轴的标准转速 --公比
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3.4.5 数控机床主传动系设计特点
5、数控机床的柔性化、复合化 数控机床对满足加工对象变换有很强的 适应能力（即柔性），因此发展很快。 车削中心各控制轴示意图37 6、虚拟轴机床设计 虚拟机床采用平台闭环并联结构，具有 刚度高，运动部件质量轻，机械结构简 单，制造成本低等优点。 虚拟轴机床外形图38 并联机床课外资料
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3.4.5 数控机床主传动系设计特点
2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的 匹配设计
nmax 例题： 某数控车床，主轴最高转数 ＝3000 r/min， nmin 最低转数 =40 r/min，计算转速 n j=160 r/min, 采用直流电动机，电动机功率P电＝15KW，电 动机的额定转速为 d =1500 r/min，最高转速为 3500 r/min。试设计分级变速箱的传动系统， 画出其转速图。
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3.4.5 数控机床主传动系设计特点
2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的 匹配设计
如果数控机床为了恒线速切削需在运 f 小于电动机的 转中变速时，取变速公比 恒功率变速范围，即 f < RdN ，在主传动 系功率特性图上有小段重合，这时变速箱 的变速级数将增多。图33、图34
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3.4.3 分级变速主传动系
7、计算转速 机床的功率扭转特性 驱动直线运动工作台的这类机床的主运 动属恒转矩传动。如刨床的工作台。 主运动是旋转运动的机床基本上是恒 功率传动。如车床、铣床的主轴。 主轴或各传动件传递全部功率的最低 nj 转速为它们的计算转速 变速传动系中传动件计算转速的确定 变速传动系中的传动件包括轴和齿轮，它 们的计算转速可根据主轴的计算转速和转速图 确定。确定的顺序是先定出主轴的计算转速， 再顺次由后往前，定出各传动主轴的计算转速 ，然后再确定齿轮的计算转速。