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浅谈数控车床主传动系统设计

2012-6-2 18:55| 发布者: 静馨| 查看: 1863| 评论: 0

摘要:   数控车床是高度自动化机床,数控车床主传动系统的特点是:①机床有足够高的转速和大的功率,以适应高效率加工的需要;②主轴转速的变换迅速可靠,一般能自动变速;③主轴应有足够高的刚度和回转精度;④主轴转速范 ...

 

数控车床是高度自动化机床,数控车床主传动系统的特点是:①机床有足够高的转速和大的功率,以适应高效率加工的需要;②主轴转速的变换迅速可靠,一般能自动变速;③主轴应有足够高的刚度和回转精度;④主轴转速范围应很广,如对铝合金材料的高速切削,几乎没有上限的限制,主轴最高转速取决于主传动系统中传动元件的允许极限(如主轴轴承允许的极限转速),而最低转速则根据加工不锈钢等难加工材料的要求来确定。现以我们厂自行设计生产的DS11型全功能数控车床为例,介绍主传动系统的设计。 

2 车床主传动方式的选择 

主传动采用分离传动。运动是从15kW的直流主电机经三角皮带传至变速箱,通过齿轮变速使主轴获得4级固定转速,再由主电机调速使主轴转速达到26~2360r/min,在4档范围内均可进行恒速切削。主轴的4级机械变速是用油缸推动滑移齿轮来实现的。在变速时,主电机低速转动。齿轮啮合后压上行程开关。同时发令,使电机停止摇摆,并启动主轴运动。当改变主电机旋转方向时,可以得到相同的主轴正、反转。螺纹切削是通过与主轴1∶1传动的主轴脉冲发生器发出同步脉冲讯号来实现的。

变速箱固定在主轴箱上,靠法兰盘定心。法兰盘内孔与主轴的中间轴承外圆相配,法兰盘外圆与变速箱体孔相配,以保证主轴三个轴承孔同心,并使齿轮正确啮合。这种分离传动将变速箱直接把在主轴箱上,即变速齿轮直接传动主轴,省去皮带传动的中间环节,使结构紧凑。同时,主轴与变速齿轮分装于两箱,以达到分离、减少主轴的热变形、提高主轴的刚性和精度的目的。 

3 功率扭矩特性 

主电机的最高转速为3500r/min,额定转速为1160r/min,恒功率调速范围为3,皮带轮的传动比为133∶236。

由功率特性曲线可见,功率曲线重合,无缺口,即在计算转速142r/min以上,均可达到最大功率13kW(机械效率0.87)。但功率曲线重合部分太多,有些浪费。 

4 主轴组件的设计 

主轴为三支承,前、中轴承在主轴箱内,是主要支承,后轴承在变速箱中,是辅助支承。前轴承是NN3024SKM-SP及234424MA-SP,中间轴承为NN3022SKM-CP。这种轴承配列具有很高的刚性,轴向力及径向力分别由不同的轴承负担,轴向热膨胀可由圆柱滚子轴承吸收。后轴承是向心球轴承D220。由于三个轴承孔的同轴度很难保证,所以后轴承与箱体孔的配合较松,前、中轴承用长效润滑脂润滑,并用主轴中间的两个背帽调节。主轴前端的两个半圆垫在装配时配磨,用来调整前轴承的预负荷。主轴孔径为70。  

5 温升及热变形情况  

由于中间轴承位于变速箱与主轴箱之间,散热条件较差,致使中间轴承的温升高于前轴承。变速箱的润滑采用体外循环形式,且油量较大,可以把轴承处的部分热量带走,因此中间轴承的温升并不太高。
  下面是主轴温升及热变形情况:
  主轴中速1180r/min,时间180min,室温25.5℃;
  前轴承最高温度32.0℃,温升7℃;
  中间轴承最高温度32.4℃,温升6.4℃;
  主轴中心线在主平面上的变形量为9.5μm;
  主轴中心线在次平面上的变形量为8.5μm;
  主轴轴向变形量为18.5μm;
  主轴高速2360r/min,时间180min,室温25℃;
  前轴承最高温度44.6℃,温升19.6℃;
  后轴承最高温度51.5℃,温升26.5℃。


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