CKA6140数控车床主运动系统的设计

官方网站：圣才学习网免费咨询热线：4006-123-1911CKA6140数控车床主运动系统的设计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。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。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。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。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。图1主轴功率转距与转速的特性曲线图2YP132M-4交流调频电机功率转矩与转速的特性曲线图3CKA6140数控车床转速分布图官方网站：圣才学习网免费咨询热线：4006-123-1912现主轴恒功率调速范围为K＝nmax＝2400＝11.43————n计210而电动机恒功率调整范围为K电＝nmax（电）＝5040＝3.36—————n额（电）1500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：K′＝K＝11.43＝3.4（K′为齿轮扩大组的范围）————K电3.36令K′＝K′1＝3.4—K′2求出两组齿轮传动分别为K′1＝1.32＝50/38K′2＝1/2.6＝21/54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。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：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。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。两组齿轮的传动可参见图4。在nmin（主）→n计（主）时（恒转矩运行），一般就用21/54这组齿轮啮合。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。图4CKA6140数控车床主传动系统图