機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算

摘 要：機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算是機(jī)床設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，包含動(dòng)力參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)兩方面的計(jì)算。本文主要以主傳動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床為例，分析機(jī)床動(dòng)力參數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)床；動(dòng)力參數(shù)；運(yùn)動(dòng)參數(shù)；計(jì)算

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.047

1 引言

機(jī)床（車床、銑床等）的傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)參數(shù)由主傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)和進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)參數(shù)組成。為了達(dá)到其相應(yīng)的加工工藝要求，主傳動(dòng)或進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具備一定的功率和變速范圍，通常，電機(jī)（包括主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)）的驅(qū)動(dòng)功率稱為動(dòng)力參數(shù)；其轉(zhuǎn)速及變速范圍，稱為運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

2 動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算

2.1 主傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算

主傳動(dòng)功率P是選擇主電機(jī)及進(jìn)行機(jī)床零件和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算的主要依據(jù)。主傳動(dòng)功率P可根據(jù)切削功率與主傳動(dòng)效率η 來確定，即：

主傳動(dòng)的總效率一般可取為η=0.7～0.85，當(dāng)主傳動(dòng)鏈較長(zhǎng)時(shí)，損耗大，傳動(dòng)效率偏低，可取較小值；當(dāng)主傳動(dòng)鏈較短時(shí)，損耗小，傳動(dòng)效率偏高，可取較大值。

式（1）中，切削功率可在選定具有代表性的切削用量（機(jī)床設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或用戶要求）后，按照下式計(jì)算：

式中：—主切削力（N）；v—切削速度（m/min）；M—切削扭矩（N·m）；n—主軸轉(zhuǎn)速（r/min）。

2.2 進(jìn)給傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算

進(jìn)給傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率包含進(jìn)給傳動(dòng)功率和空程快速移動(dòng)功率兩部分。計(jì)算進(jìn)給功率時(shí)，可根據(jù)進(jìn)給力F、進(jìn)給速度v、機(jī)械效率來確定，即：

式中，機(jī)械效率取值為0.15～0.2，進(jìn)給力則根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)所采用的導(dǎo)軌形式計(jì)算得出。

計(jì)算空行程快速移動(dòng)功率時(shí)，可根據(jù)工作臺(tái)或滑板刀架等移動(dòng)部件的慣性力和傳動(dòng)摩擦力計(jì)算，公式為：

式中：--安全系數(shù)，取值1.5～2.5（依安全指標(biāo)定）；M--克服慣性力所需的扭矩（N·m）；n—電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；W—移動(dòng)部件重力（N）；f—移動(dòng)部件與導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，取值0.15～0.2；--快速移動(dòng)速度（m/min），按照機(jī)床設(shè)計(jì)指標(biāo)定；η—機(jī)械效率，取值為0.15～0.2。

3 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及其范圍

3.1 主傳動(dòng)極限轉(zhuǎn)速和變速范圍

主傳動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，為了適應(yīng)切削速度v和工件（刀具）直徑d的變化，主軸的最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速可根據(jù)下式確定：

式中：--最小加工直徑（mm）；—最大加工直徑（mm）； --最小切削速度（m/min）；—最大切削速度（m/min）。

在主傳動(dòng)中，最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，稱為變速范圍，即：

機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，變速范圍的確定即要考慮工藝需要，也要考慮切削加工的發(fā)展趨勢(shì)，變速范圍過大，則機(jī)床的設(shè)計(jì)制造成本高；變速范圍過小，則機(jī)床通用性不高。

3.2 進(jìn)給傳動(dòng)轉(zhuǎn)速和調(diào)速范圍

進(jìn)給傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由機(jī)床工作臺(tái)或刀架的工作進(jìn)給速度和空行程快速移動(dòng)速度決定，當(dāng)電機(jī)直接與絲桿相連時(shí)，機(jī)床工作臺(tái)（刀架）由絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，則電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足：

式中：--工作臺(tái)快進(jìn)速度（mm/min）；--絲桿導(dǎo)程（mm）。

如電機(jī)與絲桿間有減速機(jī)構(gòu)，則：

式中：i—減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比；

如電機(jī)通過蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則：

式中：i—電機(jī)至回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)比；

—回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的快進(jìn)速度（r/min）

由此可見，電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇與機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有關(guān)。

電機(jī)的調(diào)速范圍取決于機(jī)床加工的最小進(jìn)給量和快速移動(dòng)的最大速度。通常，機(jī)械加工的變速范圍D為：

考慮到空行程的快速移動(dòng)速度，則：

4 結(jié)語

機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)各零部件的形狀、尺寸是根據(jù)其動(dòng)力參數(shù)來確定的，而機(jī)床的工藝范圍則由運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定，因此，這些參數(shù)的理論計(jì)算結(jié)果為合理的設(shè)計(jì)機(jī)床提供了重要依據(jù)。然而，機(jī)床的加工范圍廣，加工情況多變，要更準(zhǔn)確的選用動(dòng)力參數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，除了用理論計(jì)算的方法來確定外，還應(yīng)同時(shí)使用類比、測(cè)試等方法相互比較來確定。

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作者簡(jiǎn)介：陳明亮（1986-），男，廣西桂林人，本科，研究方向：機(jī)床與自動(dòng)控制技術(shù)。