CKA6140数控车床主运动系统的设计

HEATS 发表于 2010-10-22 00:34:12

<DD>CKA6140数控车床是自行设计的经济型数控车床，主运动是由交流调频电机经皮带轮、齿轮传动至主轴。鉴于车床的特点，图1是本机床主轴要求的功率P、转矩T与转速n主的特性曲线，这个特性是以主轴的计算转速n计为分界的。从n计至最高转速nmax的区域a为恒功率区；从最低转速nmin至n计的区域b为恒转矩区。  
<TABLE id=table7 align=right>
<TBODY>
<TR align=middle>
<TD width=145><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/article/83/13220_hrnhxm20072614622.gif"> 图1 主轴功率转距与转速的特性曲线</TD>
<TD width=192><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/article/83/13220_uyem3020072614632.gif"> 图2 YP132M-4交流调频电机功率转矩与转速的特性曲线</TD></TR></TBODY></TABLE>
<DD>在区域a内，任意转速下的主轴都可以输出额定功率，但主轴输出的转矩将随着主轴转速的下降而上升。在区域b内，任意转速下的主轴都可输出最大的转矩，但主轴可能输出的最大功率将随着主轴转速的下降而下降。
<DD>本机床采用交流调频电动机，型号为YP132M-4，图2为该电动机的转矩T、功率P和转速n电的特性曲线。由图2可见，该电动机的额定转速为1500r/min。从额定转速n额(电)到最高转速nmax(电)的区域a′为恒功率区；从最低转速nmin(电)至额定转速n额(电)的区域b′为恒转矩区。
<DD>从图1、图2可见：调频电动机的恒功率变速范围为5040/1500=3.56，而主轴要求的恒功率变速范围为2400/210=11.43，显然电动机不能满足主轴所要求恒功率段的变速范围。所以在设计时不能依据总变速范围(最高转速和最低转速之比)来设计主运动系统，而应该考虑电动机和主轴性能的匹配。
<DD>在我厂的CKA6140数控车床中，已知：主轴的最高转速为nmax=2400r/min；主轴的最低转速为nmin=40r/min；计算转速n计=210r/min；调频电动机的nmax(电)=5040r/min(168Hz)；调频电动机的n额(电)=1500r/min。  
<TABLE id=table8 align=right>
<TBODY>
<TR align=middle>
<TD width=400><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/article/83/13220_uukigc20072614644.gif"> 图3 CKA6140数控车床转速分布图</TD></TR>
<TR align=middle>
<TD width=400><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/article/83/13220_gtx19520072614653.gif"> 图4 CKA6140数控车床主传动系统图</TD></TR></TBODY></TABLE>
<DD>现主轴恒功率调速范围为
<TABLE id=table9 align=center>
<TBODY>
<TR align=middle>
<TD rowSpan=3>K=</TD>
<TD>nmax</TD>
<TD rowSpan=3>=</TD>
<TD>2400</TD>
<TD rowSpan=3>=11.43</TD></TR>
<TR bgColor=#006600 height=1>
<TD>——</TD>
<TD>——</TD></TR>
<TR align=middle>
<TD>n计</TD>
<TD>210</TD></TR></TBODY></TABLE>
<DD>而电动机恒功率调整范围为
<TABLE id=table10 align=center>
<TBODY>
<TR align=middle>
<TD rowSpan=3>K电=</TD>
<TD>nmax(电)</TD>
<TD rowSpan=3>=</TD>
<TD>5040</TD>
<TD rowSpan=3>=3.36</TD></TR>
<TR bgColor=#006600 height=1>
<TD>———</TD>
<TD>——</TD></TR>
<TR align=middle>
<TD>n额(电)</TD>
<TD>1500</TD></TR></TBODY></TABLE>
<DD>为了使主轴和电动机的恒功率匹配，现通过增加两组齿轮变速来满足。该两组齿轮即扩大了电动机恒功率调速。具体如下：
<TABLE id=table11 align=center>
<TBODY>
<TR align=middle>
<TD rowSpan=3>K′=</TD>
<TD>K</TD>
<TD rowSpan=3>=</TD>
<TD>11.43</TD>
<TD rowSpan=3>=3.4(K′为齿轮扩大组的范围)</TD></TR>
<TR bgColor=#006600 height=1>
<TD>——</TD>
<TD>——</TD></TR>
<TR align=middle>
<TD>K电</TD>
<TD>3.36</TD></TR></TBODY></TABLE>
<TABLE id=table12 align=center>
<TBODY>
<TR align=middle>
<TD rowSpan=3>令K′=</TD>
<TD>K′1</TD>
<TD rowSpan=3>=3.4</TD></TR>
<TR bgColor=#006600 height=1>
<TD>—</TD></TR>
<TR align=middle>
<TD>K′2</TD></TR></TBODY></TABLE>
<DD>求出两组齿轮传动分别为
<CENTER>K′1=1.32=50/38 K′2=1/2.6=21/54</CENTER>
<DD>至此，可得在第二传动轴与主轴间，增加两组齿轮就可使主轴和电动机的恒功率区得到匹配。
<DD>由图3可见，当主轴从n计(主)→nmax(主)时(恒功率运行)要分段变速使用。具体如下：
<DD>从210r/min→718r/min采用变速齿轮组为K′2=1/2.6=21/54的一组齿轮啮合。
<DD>从718r/min→nmax(主)(2400r/min)采用变速齿轮为K′1=1.32=50/38的一组齿轮啮合。  
<DD>两组齿轮的传动可参见图4。
<DD>在nmin(主)→n计(主)时(恒转矩运行)，一般就用21/54这组齿轮啮合。
<DD>通过上述分析可知，用机械结构来实现主轴与电动机的匹配，在实际中是可行的，但带来的缺点是主轴变速箱的结构要复杂一些。 </DD>

页: [1]

磨削技术网's Archiver

CKA6140数控车床主运动系统的设计