卧式加工中心主轴传动部分设计研究 以卧式加工中心主轴设计为例,详细阐述主轴的结构设计及理论计算。通过机床样机测试,验证主轴的结构设计合理、设计计算过程正确。 一、引言 作为机床核心部件,主轴的工作性能对机床有直接影响,主轴设计主要考虑以下几个方面:刚度、精度稳定性、回转精度、抗振和热变形等方面。 二、结构设计 开发卧式加工中心确定的主轴具体参数是:主轴锥孔型号No.7:24ISO50,主轴变档3档,主轴转速范围20rpm~4000rpm,主电机功率30KW,主轴最大轴向抗力20000N,主轴前轴承直径Ф140mm,主轴结构采用了日本公司高精度和高刚性的组合轴承,回转精度高、刚性好,可保证主轴加工精度。主轴最大扭矩2246Nm。 主轴箱内的齿轮传动机构具有增大扭矩作用。动力由主轴伺服电机通过电机轴的齿轮啮合,将运动传给中间轴。机械公社www.jx-gs.com 中间轴上通过三位油缸推动滑移齿轮实现自动3档变速,传动档次由滑移齿轮所处的位置确定,最后由中间轴传给主轴。主轴箱结构图如图1所示。
图1 主轴箱展开图
主轴后部的液压油缸压缩碟形弹簧,使夹紧装置的弹性夹头张开,并借助推杆将刀具推出。 该卧式加工中心主轴电机根据计算得到,选择FANUCα30/6000i型号,根据电机的特性曲线,通过计算,可以得到主轴驱动系统特性曲线。 三、理论计算 1.传动比计算 主轴箱有3档齿轮变速,其各档减速比按如下公式计算。 低档减速比:
高档减速比:
2.主轴性能参数计
图2 主电机功率扭矩图
为了能充分发挥电机各阶段的性能,在适合的转速下进行机械换挡,能够得到最优的功率扭矩曲线,机械公社www.jx-gs.com 机械档数为高,中,低3档,主电机转速:低档:20rpm~478rpm;中 档:479rpm~1188rpm;高档:1189rpm~4000rpm。换挡速度计算公式如下:
[hide] 为主电机还没有衰减时的转速(3500)经过齿轮箱,能够加大扭矩的传递,主轴连续扭矩为:
3.主电机功率的确定
图3 主轴功率扭矩图 根据机床最大负荷工作情况计算,机床最大许用扭矩(铣削)或最大进给抗力(钻削)情况下所需之功率,由经验可知:铣削功率大大超过钻削,故以铣削确定主轴电机功率。
铣削时各参数如表所示。
(2) 求N空载。
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