張濤然 周利平 段丹丹

(1.西華大學 機械工程與自動化學院，四川 成都 610039;2.西華大學 機械工程與自動化學院，四川 成都 610039;3.西華大學 外國語學院，四川 成都 610039)

0 引言

世界上最早對數(shù)控機床的研究開始于二十世紀四十年代后期，經(jīng)過不懈的努力，終于在1952年制成第一臺數(shù)控銑床。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，特別是機械電子和計算機控制技術(shù)在機床上的普及應(yīng)用，數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)也在不斷發(fā)生變化。數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)包括：機床的基礎(chǔ)件(如床身、立柱)、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、導軌、自動換刀裝置及其他輔助裝。其中主傳動系統(tǒng)要傳遞一定的功率和充足的轉(zhuǎn)矩，以保證數(shù)控機床正常工作的需要，但是目前機床主傳動的變速范圍不能很好的滿足實際生產(chǎn)中的要求。針對這一問題，設(shè)計了四種擴大分級變速傳動系統(tǒng)變速范圍的機械結(jié)構(gòu)。

1 結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式的確定

在確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式時，應(yīng)該遵守兩個原則：1)傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍。在降速傳動時，一般使最小傳動比umin≥1/4，這樣可以避免被動齒輪的直徑過大，從而使整個傳動系統(tǒng)的徑向尺寸控制在一定范圍內(nèi)。在升速時，一般使最大傳動比umax≤2(直齒圓柱齒輪)，umax≤2(斜齒圓柱齒輪)，這樣可以有效地減小振動和噪聲，提高系統(tǒng)傳遞的穩(wěn)定性和可靠性。因此，主傳動鏈任一傳動組的極限變速范圍一般為基本組和擴大組的排列順序。需選擇中間傳動軸最小的方案，因為如果各方案同號傳動軸的最高轉(zhuǎn)速相同時，則變速范圍小的最低轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，傳動件的尺寸也就小些，即所謂“前密后疏”原則。

2 擬定轉(zhuǎn)速圖

當計算出結(jié)構(gòu)式之后，對每個傳動組的傳動比進行合理分組，然后確定出中間軸的轉(zhuǎn)速和定比傳動，就可畫出轉(zhuǎn)速圖。

對傳動組的傳動比進行合理分組時，為盡量減小傳動件的尺寸，應(yīng)使中間軸的轉(zhuǎn)速較高。通常從電動機到主軸大多為降速傳動，為使尺寸小的傳動件盡量多一些，按傳動順序，各傳動組的最小傳動比應(yīng)采用所謂“前緩后急”原則，即uamin

3 擴大變速范圍的方法

由于主傳動鏈中傳動組的極限變速范圍為這就使最后擴大組的放大倍數(shù)受到限制，因此常規(guī)傳動系統(tǒng)的主軸最大變速范圍是有限的。假如兩傳動副的傳動組作為最后一組，主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)為Z，則它的變速范圍為R=，由于極限傳動比的限制，R。即當傳動鏈的變速范圍，則當時，最大的;則當時，最大的。這樣的變速范圍顯然不能滿足實際生產(chǎn)中的要求，因此需要通過以下幾種措施加以改進。

4 擴大傳動系統(tǒng)的變速范圍有以下幾種方法

4.1 增加變速組

在原有變速傳動系統(tǒng)中再增加一個變速組，是擴大變速范圍的最簡便方法。但由于受到變速組極限傳動比的限制，將導致部分轉(zhuǎn)速出現(xiàn)重復，比如在Z=12的傳動系統(tǒng)中，如果增加一個雙傳動副的傳動組，結(jié)構(gòu)式似應(yīng)為但最后一個擴大組的級比指數(shù)最大只能為6，故結(jié)構(gòu)式應(yīng)為這時重復了6級轉(zhuǎn)速，使得主軸實際的轉(zhuǎn)速為Z=3，則變速范圍可達?？梢娫黾幼兯俳M擴大了主軸的轉(zhuǎn)速范圍，增加了主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)。

4.2 采用背輪機構(gòu)

背輪機構(gòu)，又稱單回曲機構(gòu)。如圖1所示。

圖1 背輪機構(gòu)

背輪機構(gòu)運動原理：運動輸入軸I和運動輸出軸III同軸線，可合上離合器直接傳動，此時傳動比為i=。也可如圖所示經(jīng)過、兩次降速傳動，極限傳動比為，則背輪機構(gòu)的極限變速范圍，很容易達到擴大變速范圍的目的。同時，從機械結(jié)構(gòu)上看，這種機構(gòu)只占兩排孔的空間，從而縮小了變速箱的整體尺寸，因此這種機構(gòu)在數(shù)控機床上具有很好的應(yīng)用價值。

4.3 對稱公比傳動系統(tǒng)

通過改變轉(zhuǎn)動副數(shù)為2的基本組，可以得到對稱雙公比傳動系統(tǒng)。在不增加主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)的前提下擴大變速范圍。如圖2所示。

圖2

4.4 雙速電機傳動系統(tǒng)

1)如圖3所示，兩電動機的速度分別為1450r/min和730r/min，他們作為第一變速組和擴大組，但是這兩個電動機的傳動順序和擴大順序有所不同。

2)φ =1.26時 P0=3，φ =1.41時，P0=2.如圖3所示。

圖3

5 結(jié)束語

上述四種方法能夠較好地實現(xiàn)擴大主傳動系統(tǒng)變速范圍的問題，這使數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的變速范圍進一步擴大，并在一定程度上提高了傳動路線的傳動效率。因此，使得數(shù)控機床分級變速傳動系統(tǒng)具有更好的實際應(yīng)用性和創(chuàng)新性。

［1］周利平.數(shù)控裝備設(shè)計.重慶：重慶大學出版社，2011.

［2］戴署.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

［3］胡占齊，楊莉.機床數(shù)控技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［4］濮良貴，紀名剛等.機械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2006.