数控立式车床模块化方案中的主传动系统设计.pdf

第17卷第2期湖北工学院学报2002年6月
Vol.17No.2JournalofHubeiPolytechnicUniversityJun.2002

[文章编号]1003-4684(2002)06-0106-02
数控立式车床模块化方案中的主传动系统设计

刘小鹏1,郑新建1,殷燕芳1,张文桥2
(1湖北工学院机械工程系,湖北武汉430068;2武汉重型机床厂机床研究所,湖北武汉430071)

[摘要]根据数控立式车床模块化方案设计的要求,详述了方案设计过程中的主传动系统设计1
[关键词]机床;车床设计;模块化;方案设计;初始设计
[中图分类号]TH122[文献标识码]:A

为了顺利实现数控立式车床计算机模块化方案
设计,必须从本质上探讨数控立式车床方案设计的2调速比的分配
一般过程及其规律,以便利用专家系统技术建立相
[1]
应的智能求解模型1基于数控立式车床系列的模主轴调速比范围Rn由加工工艺确定1

块化设计实践,本文将从初始总体方案设计的要求Rn=R电õR机=R调磁õR调压õR机

出发,详述设计过程中主传动系统的设计1式中:R电为电机调速比范围,一般为20～50;R调磁

数控立式车床的工作台转速范围较大,过去常为电机调磁调速比范围;R调压为电机调压调速比范

采用交流电机拖动,需配多级机械变速箱,交流电机围;R机为机械变速箱调速比范围1Rn一般为80～

拖动的启、制动和调速性能差,故现在国内外数控立150,在Rn已定的情况下,必须合理分配R调磁、R调压、

式车床均采用直流拖动1为了提高主传动的刚度和R机1

精度,缩短传动链,简化机械结构,需要合理地设计211计算工作台转速n计

主传动系统1工作台转速为n计时,数控立式车床可带动最大
重量工件,用最大切削力、最大转矩进行满功率切
1主传动系统分析削,主传动的各零件强度计算也以此转速为准,有
n计=v计öPd计

数控立式车床的主传动系统由主电机、主变速式中:d计为计算直径,对立式车床d计=D0öU,D0为
箱和工作台组成1工作台由主电机拖动,对主电机机床最大加工直径(m),U为机床系列公比,对立式
有一定的阻力和阻力矩1阻力矩与转速之间存在的车床U=1.26;v计为计算速度(mömin)1
关系即为数控立式车床的机械特性1阻力矩还与切计算转速取决于工艺水平,取得过大则电机功
削力有关,低速一般用于粗加工,阻力矩大;高速用率大,机床笨重;取得过小则效率太低1对于数控立

于精加工,阻力矩小,但切削功率保持不变1因此主式车床,国内外一般取v计为(30～40)mömin1
传动的负载是一种恒功率负载1212计算转速的最佳落点
直流电机通过两种途径调速,即恒功率调磁调直流电机的额定转速是调磁调压转换点的转
速和恒转矩调压调速1显然,数控立式车床的主传速,且主轴在这个转换点处亦对应地有一个转速1
动恒功率负载应采用调磁调速1由于切削力最大值电机从额定转速到最高转速的转速段内均可恒功率
为定值,在低转速时负载功率必然很低,此时若保持输出,小于额定转速时可采用恒转矩输出1相应地,

恒转矩负载将更趋于合理,因此低速段采用调压调从n计到最高转速的范围内,主轴输入功率恒定,主

速较好1根据上述分析,数控立式车床的主传动采电机满负载运行;而从n计到最低转速的范围内,只
用了调磁调压调速1满足恒转矩输出,功率则随转速成正比下降,因此

[收稿日期]2002-02-25
[作者简介]刘小鹏(1956-),男,湖北仙桃人,湖北工学院副教授,研究方向:机械设计与模具设计1
第17卷第2期刘小鹏等数控立式车床模块化方案中的主传动系统设计701

n计的最佳落点就是调磁调压转换点1当主轴转速Rn是机床要求的,当R调压、R调磁确定后,R机即

为n计时,主电机以额定转速运行,主电机的调速特可求出1确定R机后就可以考虑采用几级机械变速

性与机床恒功率恒转矩要求完全相符,主电机功率箱1若R机为3～5,一般宜采用二级变速箱,用行星
得到充分发挥1齿轮传动则结构更为紧凑1机械级数确定后,就可
213调磁调压范围的确定根据已确定的电机调磁比选择级比,一般选择机械

利用n计确定调磁调压转换点后,调磁、调压范级比大于调磁比,而没有必要使机械级比等于调磁

围的分界点已确定,因此调压调速比为n计önmin,一比,这样恒功率段虽出现锯齿形功率下降,但机床电
般为6～15,电机额定转速高时取大值1调磁范围机功率一般有储备或允许功率降低使用,因此是合
一般取2～4,调磁范围大则电机体积大1采用大调理的1
磁范围可配以最少级数的变速箱,提高主传动系统
的刚度和精度1调磁调速范围取决于电机的构造,
为简化机械变速箱结构,提高传动齿轮强度,应采用[参考文献]
大调磁电机,并利用电机的最大调磁调速范围1