CKA6140數控車床主運動系統的設計

tags: 數控車床    時間:2014-03-11 13:35:20
CKA6140數控車床主運動系統的設計簡介
    摘要:通過實例分析了主運動採用交流變頻電機的經濟型數控車床,必須增加兩組齒輪變速實現機床主軸與交流變頻電機的恆功率匹配,以滿足機床加工的需要。 CKA6……
CKA6140數控車床主運動系統的設計正文
    摘要:通過實例分析了主運動採用交流變頻電機的經濟型數控車床,必須增加兩組齒輪變速實現機床主軸與交流變頻電機的恆功率匹配,以滿足機床加工的需要。

CKA6140數控車床是我廠自行設計的經濟型數控車床,主運動是由交流調頻電機經皮帶輪、齒輪傳動至主軸。鑒於車床的特點,圖1是本機床主軸要求的功率P、轉矩T與轉速n的特性曲線,這個特性是以主軸的計算轉速n為分界的。從n至最高轉速nmax的區域a為恆功率區;從最低轉速nmin至n的區域b為恆轉矩區。


圖1 主軸功率轉距與轉速的特性曲線

在區域a內,任意轉速下的主軸都可以輸出額定功率,但主軸輸出的轉矩將隨著主軸轉速的下降而上升。在區域b內,任意轉速下的主軸都可輸出最大的轉矩,但主軸可能輸出的最大功率將隨著主軸轉速的下降而下降。

本機床採用交流調頻電動機,型號為YP132M-4,圖2為該電動機的轉矩T、功率P和轉速n的特性曲線。由圖2可見,該電動機的額定轉速為1500r/min。從額定轉速n額(電)到最高轉速nmax(電)的區域a′為恆功率區;從最低轉速nmin(電)至額定轉速n額(電)的區域b′為恆轉矩區。


圖2 YP132M-4交流調頻電機功率轉矩與轉速的特性曲線

從圖1、圖2可見:調頻電動機的恆功率變速範圍為5040/1500=3.56,而主軸要求的恆功率變速範圍為2400/210=11.43,顯然電動機不能滿足主軸所要求恆功率段的變速範圍。所以在設計時不能依據總變速範圍(最高轉速和最低轉速之比)來設計主運動系統,而應該考慮電動機和主軸性能的匹配。

在我廠的CKA6140數控車床中,已知:主軸的最高轉速為nmax=2400r/min;主軸的最低轉速為nmin=40r/min;計算轉速n=210r/min;調頻電動機的nmax(電)=5040r/min(168Hz);調頻電動機的n額(電)=1500r/min。

現主軸恆功率調速範圍為

K = nmax/n計 = 2400/210 = 11.43

而電動機恆功率調整範圍為

K電= nmax(電)/n額(電) = 5040/1500 =3.36

為了使主軸和電動機的恆功率匹配,現通過增加兩組齒輪變速來滿足。該兩組齒輪即擴大了電動機恆功率調速。具體如下:

K = K/K電 = 11.43/3.36 = 3.4(K′為齒輪擴大組的範圍)

令K′= K′1/K′2 =3.4

求出兩組齒輪傳動分別為

K′1=1.32=50/38
K′2=1/2.6=21/54

至此,可得在第二傳動軸與主軸間,增加兩組齒輪就可使主軸和電動機的恆功率區得到匹配。


圖3 CKA6140數控車床轉速分布圖

由圖3可見,當主軸從n計(主)→nmax(主)時(恆功率運行)要分段變速使用。具體如下:

從210r/min→718r/min採用變速齒輪組為K′2=1/2.6=21/54的一組齒輪嚙合。

從718r/min→nmax(主)(2400r/min)採用變速齒輪為K′1=1.32=50/38的一組齒輪嚙合。

兩組齒輪的傳動可參見圖4。


圖4 CKA6140數控車床主傳動系統圖

在nmin(主)→n計(主)時(恆轉矩運行),一般就用21/54這組齒輪嚙合。

通過上述分析可知,用機械結構來實現主軸與電動機的匹配,在實際中是可行的,但帶來的缺點是主軸變速箱的結構要複雜一些。

Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “CKA6140數控車床主運動系統的設計