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談CQK5240數(shù)控雙柱立式車床的設(shè)計
2017-1-22  來源:哈爾濱艾瑞汽車排氣系統(tǒng)有限公司  作者:吳娜 陳君玲 趙玉英

      摘要:介紹CQK5240 數(shù)控雙柱立式車床分類及主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn),)針對該車床工作臺的設(shè)計要求,本文給出了該車床工作臺結(jié)構(gòu)及傳動部分的設(shè)計。

      關(guān)鍵詞:立式車床工作臺結(jié)構(gòu)傳動部分設(shè)計

      一、我國數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀

      我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代, 通過“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù),“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”,我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績。特別是最近幾年, 我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,1998~2004 年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此,進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢頭依然強(qiáng)勁,2004 年中國機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6 億美元, 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯,70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場競爭力, 究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應(yīng)看清形勢, 充分認(rèn)識國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足,努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù),加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度,以縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。

      二、CQK5240 數(shù)控雙柱立式車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

      CQK5240 機(jī)床是數(shù)控雙柱立式車床。不僅具有普通立式車床的粗車、精車工件外圓、內(nèi)孔及端面等加工功能,還有加工大圓錐體、任意圓弧曲面等功能。該車床原采用主軸和進(jìn)給系統(tǒng)采用交流電機(jī)拖動,用液壓傳動來實(shí)現(xiàn)工作臺的變速、橫梁夾緊機(jī)構(gòu)的放松、立刀架滑枕的平衡,工作臺變速由電磁換向閥控制齒輪變速手工調(diào)速。

      主要由左、右立柱、頂梁、工作臺、底座等部件組成的框架,以承受切削時的負(fù)荷。機(jī)床最大加工工件直徑4000mm,最大加工工件高度1600mm,最大加工工件重量30噸,工作臺直徑3150mm,工作臺轉(zhuǎn)速14 級,工作臺轉(zhuǎn)速范圍2~40r7/min,工作臺的最大扭矩63000N.m, 交流主電機(jī)功率為55kw,刀架水平行程2200mm,刀架垂直行程1000mm。機(jī)床重量(約)46000Kg。機(jī)床操縱皆集中在懸掛操縱箱上進(jìn)行。

      三、CQK5240 數(shù)控雙柱立式車床的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計

      (一)CQK5240雙柱式立式車床主傳動伺服電機(jī)類型的選擇

      交流伺服電動機(jī)采用了全封閉無刷構(gòu)造, 不需要定期檢查維修。定子省去了鑄造件殼體,結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕。定子鐵心較一般電動機(jī)開槽多且深,絕緣可靠,磁場均勻。可對定子鐵心直接冷卻,散熱效果好,因而傳給機(jī)械部分的熱量少,提高了整個系統(tǒng)的可靠性。轉(zhuǎn)子采用具有精密磁極開關(guān)的永久磁鐵,因而可得到高的轉(zhuǎn)矩慣量比。因此,交流伺服電動機(jī)以其高性能、大容量得到廣泛的應(yīng)用。考慮到該車床的工作要求,選用變頻調(diào)速電機(jī)。

      (二)CQK5240 雙柱式立式車床無級變速系統(tǒng)的設(shè)計

      機(jī)床主軸所傳遞的功率或轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系, 稱為機(jī)床主軸的功率或轉(zhuǎn)矩特性, 如圖3-5 所示, 主軸從最高轉(zhuǎn)速nmax 到某一轉(zhuǎn)速nj 間,能傳遞運(yùn)動源的全部功率,在這個區(qū)域內(nèi),主軸的最大輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)隨轉(zhuǎn)速的降低而加大,稱之為恒功率區(qū),從nj 以下直到最低轉(zhuǎn)速nmin,這個區(qū)域內(nèi)的各級轉(zhuǎn)速并不傳遞全部功率。主軸的輸出轉(zhuǎn)矩不再隨轉(zhuǎn)速的降低而加大,而是保持nj 時的轉(zhuǎn)矩不變。所能傳遞的功率,則隨轉(zhuǎn)速的降低而降低。


      車床主軸的最高轉(zhuǎn)速為nmax=25r/min, 最低轉(zhuǎn)速為nmin=2r/min.根據(jù)《實(shí)用機(jī)床設(shè)計手冊》P511,表3.1-1 各類機(jī)床的主軸計算轉(zhuǎn)速表可得:因此主軸輸出的恒功率范圍而已主軸輸出恒轉(zhuǎn)矩范圍為電動機(jī)的調(diào)磁(即恒功率) 調(diào)速范圍為=2 電動機(jī)的調(diào)壓(即恒轉(zhuǎn)矩)調(diào)速范圍16.67因此電動機(jī)的總調(diào)速范圍=33.34 主軸的調(diào)速范圍應(yīng)是12.57

      (三)傳動方案的確定

圓柱齒輪用于平行軸間的傳動,一般傳動比單級可到8,最大20,兩級可到45,最大60,三級可到200,最大300。傳遞功率可到10 萬千瓦, 轉(zhuǎn)速可到10 萬轉(zhuǎn)/分, 圓周速度可到300 米/ 秒。單級效率為0.96~0.99。直齒輪傳動適用于中、低速傳動。斜齒輪傳動運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),適用于中、高速傳動。根據(jù)該車床主傳動特點(diǎn),選用直齒圓柱齒輪傳動。

      (四)主軸材料的選擇

      軸的常用材料是碳鋼和合金鋼。?碳鋼比合金鋼價格低廉,對應(yīng)力集中的敏感性低,可通過熱處理改善其綜合性能,加工工藝性好, 故應(yīng)用最廣, 一般用途的軸, 多用含碳量為0.25~0.5%的中碳鋼。尤其是45 號鋼,對于不重要或受力較小的軸也可用Q235A 等普通碳素鋼。根據(jù)CQK5240 雙柱式立式車床的特性,選用45 號鋼。

      四、結(jié)語

      本文對CQK5240 雙柱式立式車床結(jié)構(gòu)、工作原理及特性進(jìn)行了研究,并對該車床的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。該車床主軸變速為液壓變速14 級, 采用無級調(diào)速提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量,考慮到其工作特性及使用壽命,工作臺主軸的材料選用45號鋼,以提高其使用壽命。

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