摘 要：機(jī)床傳動系統(tǒng)驅(qū)動參數(shù)的計算是機(jī)床設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，包含動力參數(shù)和運(yùn)動參數(shù)兩方面的計算。本文主要以主傳動為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)床為例，分析機(jī)床動力參數(shù)及運(yùn)動參數(shù)的計算方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)床；動力參數(shù)；運(yùn)動參數(shù)；計算

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.047

1 引言

機(jī)床（車床、銑床等）的傳動系統(tǒng)驅(qū)動參數(shù)由主傳動驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)和進(jìn)給傳動系統(tǒng)驅(qū)動參數(shù)組成。為了達(dá)到其相應(yīng)的加工工藝要求，主傳動或進(jìn)給傳動系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)應(yīng)具備一定的功率和變速范圍，通常，電機(jī)（包括主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)）的驅(qū)動功率稱為動力參數(shù)；其轉(zhuǎn)速及變速范圍，稱為運(yùn)動參數(shù)。

2 動力參數(shù)的計算

2.1 主傳動驅(qū)動功率的計算

主傳動功率P是選擇主電機(jī)及進(jìn)行機(jī)床零件和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算的主要依據(jù)。主傳動功率P可根據(jù)切削功率與主傳動效率η 來確定，即：

主傳動的總效率一般可取為η=0.7～0.85，當(dāng)主傳動鏈較長時，損耗大，傳動效率偏低，可取較小值；當(dāng)主傳動鏈較短時，損耗小，傳動效率偏高，可取較大值。

式（1）中，切削功率可在選定具有代表性的切削用量（機(jī)床設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或用戶要求）后，按照下式計算：

式中：—主切削力（N）；v—切削速度（m/min）；M—切削扭矩（N·m）；n—主軸轉(zhuǎn)速（r/min）。

2.2 進(jìn)給傳動驅(qū)動功率的計算

進(jìn)給傳動驅(qū)動功率包含進(jìn)給傳動功率和空程快速移動功率兩部分。計算進(jìn)給功率時，可根據(jù)進(jìn)給力F、進(jìn)給速度v、機(jī)械效率來確定，即：

式中，機(jī)械效率取值為0.15～0.2，進(jìn)給力則根據(jù)機(jī)床設(shè)計時所采用的導(dǎo)軌形式計算得出。

計算空行程快速移動功率時，可根據(jù)工作臺或滑板刀架等移動部件的慣性力和傳動摩擦力計算，公式為：

式中：--安全系數(shù)，取值1.5～2.5（依安全指標(biāo)定）；M--克服慣性力所需的扭矩（N·m）；n—電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；W—移動部件重力（N）；f—移動部件與導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，取值0.15～0.2；--快速移動速度（m/min），按照機(jī)床設(shè)計指標(biāo)定；η—機(jī)械效率，取值為0.15～0.2。

3 運(yùn)動參數(shù)及其范圍

3.1 主傳動極限轉(zhuǎn)速和變速范圍

主傳動為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)床，為了適應(yīng)切削速度v和工件（刀具）直徑d的變化，主軸的最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速可根據(jù)下式確定：

式中：--最小加工直徑（mm）；—最大加工直徑（mm）； --最小切削速度（m/min）；—最大切削速度（m/min）。

在主傳動中，最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，稱為變速范圍，即：

機(jī)床設(shè)計時，變速范圍的確定即要考慮工藝需要，也要考慮切削加工的發(fā)展趨勢，變速范圍過大，則機(jī)床的設(shè)計制造成本高；變速范圍過小，則機(jī)床通用性不高。

3.2 進(jìn)給傳動轉(zhuǎn)速和調(diào)速范圍

進(jìn)給傳動驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速由機(jī)床工作臺或刀架的工作進(jìn)給速度和空行程快速移動速度決定，當(dāng)電機(jī)直接與絲桿相連時，機(jī)床工作臺（刀架）由絲桿螺母傳動機(jī)構(gòu)帶動，則電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足：

式中：--工作臺快進(jìn)速度（mm/min）；--絲桿導(dǎo)程（mm）。

如電機(jī)與絲桿間有減速機(jī)構(gòu)，則：

式中：i—減速機(jī)構(gòu)傳動比；

如電機(jī)通過蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動時，則：

式中：i—電機(jī)至回轉(zhuǎn)工作臺的傳動比；

—回轉(zhuǎn)工作臺的快進(jìn)速度（r/min）

由此可見，電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇與機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計有關(guān)。

電機(jī)的調(diào)速范圍取決于機(jī)床加工的最小進(jìn)給量和快速移動的最大速度。通常，機(jī)械加工的變速范圍D為：

考慮到空行程的快速移動速度，則：

4 結(jié)語

機(jī)床傳動系統(tǒng)各零部件的形狀、尺寸是根據(jù)其動力參數(shù)來確定的，而機(jī)床的工藝范圍則由運(yùn)動參數(shù)確定，因此，這些參數(shù)的理論計算結(jié)果為合理的設(shè)計機(jī)床提供了重要依據(jù)。然而，機(jī)床的加工范圍廣，加工情況多變，要更準(zhǔn)確的選用動力參數(shù)及運(yùn)動參數(shù)，除了用理論計算的方法來確定外，還應(yīng)同時使用類比、測試等方法相互比較來確定。

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作者簡介：陳明亮（1986-），男，廣西桂林人，本科，研究方向：機(jī)床與自動控制技術(shù)。