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數(shù)控車床是高度自動化機床,數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的特點是:①數(shù)控機床有足夠高的轉(zhuǎn)速和大的功率,以適應(yīng)高效率加工的需要;②數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速的變換迅速可靠,一般能自動變速;③主軸應(yīng)有足夠高的剛度和回轉(zhuǎn)精度;④數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)很廣,如對鋁合金材料的高速切削,幾乎沒有上限的限制,數(shù)控車床主軸高轉(zhuǎn)速取決于主傳動系統(tǒng)中傳動元件的允許極限(如數(shù)控車床主軸軸承允許的極限轉(zhuǎn)速),而低轉(zhuǎn)速則根據(jù)加工不銹鋼等難加工材料的要求來確定?,F(xiàn)以我們廠自行設(shè)計生產(chǎn)的DS11型全功能數(shù)控車床為例,介紹主傳動系統(tǒng)的設(shè)計。
2 、數(shù)控車床主傳動方式的選擇
數(shù)控車床主傳動采用分離傳動。運動是從15kW的直流主電機經(jīng)三角皮帶傳至變速箱,通過齒輪變速使主軸獲得4級固定轉(zhuǎn)速,再由主電機調(diào)速使主軸轉(zhuǎn)速達到26~2360r/min,在4檔范圍內(nèi)均可進行恒速切削。數(shù)控車床主軸的4級機械變速是用油缸推動滑移齒輪來實現(xiàn)的。在變速時,數(shù)控車床主電機低速轉(zhuǎn)動。齒輪嚙合后壓上行程開關(guān)。同時發(fā)令,使電機停止搖擺,并啟動數(shù)控車床主軸運動。當(dāng)改變數(shù)控車床主電機旋轉(zhuǎn)方向時,可以得到相同的主軸正、反轉(zhuǎn)。螺紋切削是通過與主軸1∶1傳動的主軸脈沖發(fā)生器發(fā)出同步脈沖訊號來實現(xiàn)的。
數(shù)控車床變速箱固定在主軸箱上,靠法蘭盤定心。法蘭盤內(nèi)孔與主軸的中間軸承外圓相配,法蘭盤外圓與變速箱體孔相配,以保證主軸三個軸承孔同心,并使齒輪正確嚙合。這種分離傳動將變速箱直接把在主軸箱上,即變速齒輪直接傳動主軸,省去皮帶傳動的中間環(huán)節(jié),使結(jié)構(gòu)緊湊。同時,主軸與變速齒輪分裝于兩箱,以達到分離、減少主軸的熱變形、提高主軸的剛性和精度的目的。
3、數(shù)控車床功率扭矩特性
數(shù)控車床主電機的高轉(zhuǎn)速為3500r/min,額定轉(zhuǎn)速為1160r/min,恒功率調(diào)速范圍為3,數(shù)控車床皮帶輪的傳動比為133∶236。
數(shù)控車床由功率特性曲線可見,功率曲線重合,無缺口,即在計算轉(zhuǎn)速142r/min以上,均可達到大功率13kW(機械效率0.87)。但功率曲線重合部分太多,有些浪費。
4、數(shù)控車床主軸組件的設(shè)計
數(shù)控車床主軸為三支承,前、中軸承在主軸箱內(nèi),是主要支承,后軸承在變速箱中,是輔助支承。前軸承是NN3024SKM-SP及234424MA-SP,中間軸承為NN3022SKM-CP。這種軸承配列具有很高的剛性,軸向力及徑向力分別由不同的軸承負擔(dān),軸向熱膨脹可由圓柱滾子軸承吸收。后軸承是向心球軸承D220。由于三個軸承孔的同軸度很難保證,所以后軸承與箱體孔的配合較松,前、中軸承用長效潤滑脂潤滑,并用主軸中間的兩個背帽調(diào)節(jié)。主軸前端的兩個半圓墊在裝配時配磨,用來調(diào)整前軸承的預(yù)負荷。主軸孔徑為70。
5、數(shù)控車床溫升及熱變形情況
由于中間數(shù)控車床軸承位于變速箱與主軸箱之間,散熱條件較差,致使中間軸承的溫升高于前軸承。變速箱的潤滑采用體外循環(huán)形式,且油量較大,可以把軸承處的部分熱量帶走,因此中間軸承的溫升并不太高。
下面是主軸溫升及熱變形情況:
數(shù)控車床主軸中速1180r/min,時間180min,室溫25.5℃;
數(shù)控車床前軸承高溫度32.0℃,溫升7℃;
數(shù)控車床中間軸承高溫度32.4℃,溫升6.4℃;
數(shù)控車床主軸中心線在主平面上的變形量為9.5μm;
數(shù)控車床主軸中心線在次平面上的變形量為8.5μm;
數(shù)控車床主軸軸向變形量為18.5μm;
數(shù)控車床主軸高速2360r/min,時間180min,室溫25℃;
數(shù)控車床前軸承高溫度44.6℃,溫升19.6℃;
數(shù)控車床后軸承高溫度51.5℃,溫升26.5℃。
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