数控机床传动系统设计介绍

1. 开发XXX型号数控车床的目的和理由

国内数控车床经过十几年的发展，已形成较为完整的系列产品，但用户要求越来越高，对价格性能比更为看重，尤其对某些小型零件的加工，其所需负荷较小，调速范围不宽，加工工序少，效率高，但目前国内数控车床功能多，价格高，造成很大浪费，而我厂现有的数控车床，虽然在这方面做得较好，其加工范围的覆盖面也较宽，但针对上述零件加工的机床还是空白，对用户无法做到“量体裁衣”。随着市场经济的发展和产品升级换代，上述零件加工越来越多，市场对其具有较高效率，价格较低的排刀式数控车床的要求量越来越大，综上所述，为适应市场要求，扩大我厂数控车床在国内机床市场上的占有量，特进行N-089型数控车床的开发。

2 机床概况、用途和使用范围

2.1 概述：

XXX型号是结合我厂数控机床和普通机床的生产经验，为满足高速、高效和高精度生产而设计成铸造底座、平床身、滚动导轨，可根据加工零件的要求自由排刀的全封闭式小规格数控车床。本机床采用SIEMENS 802S系统，主电机为YD132S-2/4双速电机。主传动采用富士FRN5.5G9S-4型变频器进行变频调速，进给采用德国SIEMENS公司生产的110BYG-550A 和110BYG-550B步进电机驱动的半闭环系统，两轴联动。

2.2 用途：

XXX型号型数控车床可以完成直线、圆锥、锥面、螺纹及其它各种回转体曲面的车削加工，适合小轴类、小盘类零件的单件和批量生产，特别适合于工序少，调速范围窄，生产节拍快的小轴类零件的批量生产。

2.3 使用范围：

本机床是一种小规格，排刀式数控车床，广泛用于汽车、摩托车、纺织、仪器、仪表、航空航天、油泵油嘴等各种机械行业。

3 XXX型号型数控车床的主要技术参数：

3.1 切削区域：

a. 拖板上最大回转直径75mm

b. 最大切削长度180mm

c. 纵拖板的最大行程250mm

d. 横拖板的最大行程300mm

3.2 主轴：

a. 主轴头部GB59001-86-A24

b. 主轴前轴承内径70mm

c. 主轴通孔直径42mm

d. 最大通过棒料直径25mm

3.3 主传动：

a. 主电机功率 4.5/5.5kw

b. 主轴转速3200(4000)r/min

c. 主轴最大扭矩32N⋅m

3.4 进给运动：

a. 快进速度：X向3m/min

Z向6m/min

b. 最小进给单位：X向0.0025mm

Z向0.005mm

c. 进给力（额定）：X轴13000N

Z轴10000N

3.5 排刀：

a. 根据特定零件安排相应刀具

b. 刀具安装尺寸：外圆刀具16⨯16

内孔刀具∅16

3.6 机床重量：约1800kg

3.7 机床外形尺寸（长×宽×高）：1700⨯1140⨯1550(mm)

4 传动系统的确定和分析

4.1 主传动方案的拟定：

本机床采用YD型双速电机＋变频调速，为提高扭矩，降速比为1:1.2。

4.1.1 主轴最高和最低转速的确定：

该机床主要用于加工小轴类零件和有色金属件，这样就有较高的速度要求。

根据市场调研和分析：

转速n max=3300~3400r/min

n min=190r/min

4.1.2 主电机功率的确定

主电机主要满足负荷切削的要求，现假设如下切削条件：

试件：材料：45钢；热处理：正火；工件直径：∅65mm

切削速度：V=150m/min

切削用量：ap=1.5mm；f=0.3mm/n；P=200kg⋅f/mm

a. 主切削力

Fz=P⋅f⋅ap=200⨯0.3⨯1.5=90kg⋅f=900N

b. 切削扭矩

M切=Fz⋅R==29.25N⋅m

c. 切削功率

M切=Fz⋅V==2.25kw

该主传动效率为η=0.8

则N主 N切==2.8125kw

d. 根据材料考虑本机床现有一定的转速要求，又有较高的扭矩要求，而该机床定位较低，故选用普通YDS132S-2/4双速电机额定输出功率4.5/5.5kw，额定转速1440/2900r/min 采用1:1.2降速提高扭矩，并用交流变频器进行8~75HZ的低速档变频和8~66HZ的高速档变频，变速比为1:1.2时，主轴转速和输出扭矩：

低速档：

n额==1200r/min

n低==192r/min

n高==1800r/min

额定扭矩M==32.23N⋅m

高速档：

n额==241.6r/min

n低==386r/min

n高==3190r/min

额定扭矩M==19.56N⋅m

其主轴输出功率、扭矩见图1。

对于那些对主轴转速要求较高的用户，我们在设计中考虑采用调整其变速比的方法来满足，即将原降速比1:1.2改为1:1。实际调整就是将主传动中皮带轮的尺寸由∅120mm调整为∅150mm，仍用交流变速器进行8HZ~75HZ的低速档变频和8HZ~70HZ高速档变频，额定输出功率为4.5/5.5kw，额定转速1440/2900r/min。

这样在1:1传动时主轴低速档及额定输出扭矩：

n额=1440r/min

n低==230r/min

n高==1440⨯1.5=2160r/min

M额==26.86N⋅m

主轴高速档及额定输出扭矩：

n额=2900r/min

n低==464r/min

n高==4060r/min

M额==16.3N⋅m

其主轴输出功率、扭矩见图2。

4.1.3 三角皮带轮的校核

根据设计结构要求，选d1=125mm，考虑皮带的滑动率ε，

则大轮直径d2=

ε——皮带滑动率