机床(车床、铣床等)的传动系统驱动参数由主传动驱动系统参数和进给驱动系统驱动参数组成。为满足相应的加工要求,主传动或进给驱动系统的驱动电机应具有一定的功率和转速范围。通常把电机(包括主轴电机和进给电机)的驱动功率称为功率参数;其转速和转速范围称为运动参数。
2 动力学参数计算
2.1主传动驱动功率计算
主传动功率P是选择主电机、计算机床零件、结构强度的主要依据。主传动功率P可根据切削功率和主传动效率η确定,即:
主传动总效率一般可取η=0.7~0.85。当主传动链较长时,损耗较大,传动效率较低,可取较小值;当主传动链较短时,损耗较小,传动效率较高,可取较大值。
在公式(1)中,选取一个有代表性的切削参数(机床设计标准或用户要求)后,切削功率可按下式计算:
式中:——主切削力(N);v——切削速度(m/min);M——切削扭矩(N·m);n——主轴转速(r/min)。
2.2 进给传动驱动功率计算
进给传动驱动功率包括进给传动功率和空转快速移动功率两部分。计算进给功率时,可根据进给力F、进给速度v、机械效率确定,即:
式中机械效率取0.15~0.2,进给力根据机床设计时所采用的导轨形式计算。
计算空行程快速移动功率时,可根据工作台或滑动刀架等运动部件的惯性力和传动摩擦力来计算,其公式为:
式中:——安全系数,取值1.5~2.5(根据安全指标确定);M——克服惯性力所需转矩(N·m);n-电机转速(r/min);W-运动部件重量(N);f-运动部件与导轨之间的摩擦系数,取值0.15~0.2;——快速移动速度(m/min),根据机床设计指标确定;η-机械效率,取值0.15~0.2。
3 运动参数及其范围
3.1 主传动转速限制及调速范围
对于以旋转运动为主传动的机床,为了适应切削速度v和工件(刀具)直径d的变化,可按下式确定最低和最高主轴转速:
式中:——最小加工直径(mm);——最大加工直径(mm);——最小切削速度(m/min);——最大切削速度(m/min)。
在主传动中,最高转速与最低转速之比称为转速范围,即:
在设计机床时,既要根据工艺要求,又要根据切削加工的发展趋势来确定转速范围。转速范围过大,机床的设计、制造成本就高;转速范围过小,机床的通用性不高。
3.2 进给驱动速度及调速范围
进给驱动电动机的转速由机床工作台或刀架的工作进给速度和空行程快速移动速度决定。当电动机与丝杠直联时,机床工作台(刀架)由丝杠螺母传动机构驱动,电动机转速应满足下列要求:
式中:——工作台快速进给速度(mm/min);——丝杠导程(mm)。
若电机与丝杆之间有减速机构,则:
式中:i——减速机构传动比;
若电动机通过蜗轮减速机构带动转盘旋转,则:
式中:i——电机至转台的传动比;
—转盘快进速度(r/min)
可见,电机转速的选择与机械传动机构的设计有关。
电动机的调速范围取决于机床的最小进给速度和快速移动的最大速度。
4。结论
机床传动系统各部件的形状、尺寸是根据其动力参数确定的,而机床的加工范围又由运动参数决定,因此这些参数的理论计算结果为机床的合理设计提供了重要依据。但机床的加工范围较广,加工条件多变,为了更准确地选取动力参数和运动参数,除采用理论计算方法确定外,还应采用类比、试验等方法进行比较确定。