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【题名】：CKA6140数控车床主运动系统的设计分析精密制造技术与高效装备论文(CKA6140ShuKongCheChuangZhuYunDongXiTongDeSheJiFenXiJingMiZhiZaoJiShuYuGaoXiaoZhuangBeiLunWen)
【keywords】：ShuKongCheChuang ZhuYunDongXiTong CheChuang
【作者】：徐志忠     
【期刊名称】：精密制造技术与高效装备(JingMiZhiZaoJiShuYuGaoXiaoZhuangBei)
【作者单位】：不详(BuXiang)
【分类号】：TG519.102      【页码】：-17-19      【出版年】：1996.2

摘要：通过实例分析了主运动采用交流变频电机的经济型数控车床，必须增加两组齿轮变速实现机床主轴与交流变频电机的恒功率匹配，以满足机床加工的需要。

关键词：数控车床 主运动系统 车床

    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nmax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。

 
图1 主轴功率转距与转速的特性曲线

    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YP132M-4，图2为该电动机的转矩T、功率P和转速n_电的特性曲线。由图2可见，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a′为恒功率区；从最低转速n_min(电)至额定转速n_额(电)的区域b′为恒转矩区。 

 
图2 YP132M-4交流调频电机功率转矩与转速的特性曲线

    从图1、图2可见：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CKA6140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n_max(电)=5040r/min(168Hz)；调频电动机的n_额(电)=1500r/min。

    现主轴恒功率调速范围为：
                 K = nmax/n计 = 2400/210 = 11.43
    而电动机恒功率调整范围为：
                K电= nmax(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。

 
图3 CKA6140数控车床转速分布图

    由图3可见，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→nmax(主)(2400r/min)采用变速齿轮为K′1=1.32=50/38的一组齿轮啮合。
    两组齿轮的传动可参见图4。

 
图4 CKA6140数控车床主传动系统图

    在nmin(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。