CKA6140数控车床主运动系统的设计
CKA6140数控车床主运动系统的设计(徐志忠)
CKA6140数控车床是我厂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nm ax 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YP 132M-4,电动机的转矩T 、功率P 和转速n 电的特性曲线。由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n max (电) 的区域为恒功率区;从最低转速nm in(电) 至额定转速n 额(电) 的区域b ′为恒转矩区。
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CKA 6140数控车床中,已知:主轴的最高转速为n max =2400r/min ;主轴的最低转速为n min =40r/min ;计算转速n 计=210r/min ;调频电动机的nma x(电)=5040r/min (168H z) ;调频电动机的n
额(电)=1500r/min 。
现主轴恒功率调速范围为
K = n max /n计 = 2400/210 = 11. 43
而电动机恒功率调整范围为
K 电= nm ax(电) /n额(电) = 5040/1500 =3.36
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/K电 = 11. 43/3.36 = 3.4(K′为齿轮扩大组的范围) 令K ′= K ′1/K′2 =3.4
求出两组齿轮传动分别为
K ′1=1.32=50/38
K ′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。
当主轴从n 计(主) →n max (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 →nm ax(主) (2400r /min) 采用变速齿轮为K ′1=1.32=50/38的一组齿轮啮合。
两组齿轮的传在nmi n(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。