内容发布更新时间 : 2024/5/21 20:56:02星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机所能提供的恒功率变速范围，故必须配以分级变速箱。 取变速箱的公比?= Rdp=2 则由于无级变速时Rnp=?故变速箱的变速级数Z=

z?1fRdp=?=

fz

lgRnp lg?flg13.3=3.73 lg2取Z=4。如果重新设计变速箱，除更换变速箱外，还需重新更换液压系统， 这样就会使改造周期变长，改造成本变高。为减少改造的工作量，降低改造成本， 经计算和分析，可以保留原变速箱机构，将液压变速16级改造为液压变速4级， 转速图如图，传动路线如下： Ⅳ档传动路线：

24273524602022电机-Ⅰ—-Ⅱ－-Ⅲ--—Ⅳ——Ⅴ—-Ⅵ—-Ⅵ——主轴 47436024321383524273524602022传动比i = =0.0319 ??????474335602432138当电机转速由2000r/min降至1000r/min(恒功率区)，主轴转速由64r/min降至32r/min。 Ⅲ档传动路线：

28272024602022电机-Ⅰ—-Ⅱ－-Ⅲ--—Ⅳ——Ⅴ—-Ⅵ—-Ⅵ——主轴 43435060243213828272060202422传动比i= =0.0163 ??????434350243260138当电机转速由2000r/min降至1000r/min(恒功率区)，主轴转速由32r/min降至16r/min。 Ⅱ档传动路线：

24353524182022电机-Ⅰ—-Ⅱ－-Ⅲ--—Ⅳ——Ⅴ—-Ⅵ—-Ⅵ——主轴 47604532138353524353524182022传动比i= =0.00814 ???????473535604532138当电机转速由2000r/min降至1000r/min(恒功率区)，主轴转速由16r/min 降至8r/mjn。 Ⅰ档传动路线：

28352024182022电机-Ⅰ—-Ⅱ－-Ⅲ--—Ⅳ——Ⅴ—-Ⅵ—-Ⅵ——主轴 43506045321383528352060201822传动比i= =0.00415 ??????433550243245138当电机转速由2000r/min降至1000r/min(恒功率区)，主轴转速由8r/min 降至4r/mjn。

当电机转速由1000r/min降至400r/min(恒转矩区)，主轴转速由4r/min降至1.6r/min。

图2-6为C5225立式车床主传动系统传动路线改造后的转速图，转速与液压 回路电磁铁工作状态的对应关系表如图2-7所示。

2．4本章小节

在保留原变速箱机构基础上，将C5225立式车床液压16级手工变速改造为液 压4级无级变速，缩短了改造周期，减少了改造的工作量，降低了改造成本。无 级变速传动可以使C5225立式车床在加工中得到最有利的切削速度；能在运转中 变速；能在负载下变速，便于车削大端面时保持恒定的切削速度，以提高生产效 率和加工质量。本章节介绍了C5225立式车床原主传动变速机构的传动路线和液 压回路的工作状态；介绍了通过对直流调速和交流调速两者特点的比较确定机床 调速方案；介绍了直流电动机的功率计算和型号选择；介绍了直流电动机与机床 主轴功率特性的匹配计算；介绍了主传动系统传动路线和液压回路工作状态的改 造。

第三章 C5225立式车床进给系统的改造

3.1 伺服进给系统概述

数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及 执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺 服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置(直流、交流伺服电动机，功率步 进电动机，电液脉冲马达等)和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实 现工作进给和快速运动。

数控机床进给系统要求具有较高的定位精度，还有良好的动态响应特性，即 系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好。为了确保数控机床进给系统的传动 精度和工作稳定性，要求进给系统达到无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率以 及有适宜的阻尼等。

伺服进给系统的控制方式有以下三种：

1)采用步进电机的开环系统，系统中没有反馈电路,不带检测装置，控制指令单向传递，系统对工作台的实际偏差不能修正，控制精度取决于步进电机的步进精度和传动机构的精度，其控制精度不高。

2)采用伺服电机的半闭环系统,检测元件装在电机轴或丝杠轴的端部(一般是集成在伺服电机内)，通过测量电机轴或丝杠轴的角位移、角速度来间接测量移动部件的位置。系统的控制环内不包括机械传动环节，因此传动机构的传动误差仍会影响移动部件的位移精度。

3)采用伺服电机的闭环系统,闭环系统在移动部件位置上直接装有直线位移检测装置，通过直接测量移到部件的位移实现高精度的反馈控制，但这种测量装置的安装与调整都比较复杂且不易保养。

闭环伺服系统结构复杂，设计难度大，成本高，尤其是机械系统的动态性能 难以提高，系统稳定性难以保证。半闭环控制，其性能介于开环和闭环控制之间， 调速范围宽，过载能力强，性能远优于步进电动机的开环控制。其反馈环节不包 括大部分机械传动元件，虽然控制精度较闭环低，但调试比闭环简单，系统的稳 定性较易保证，比闭环容易实现。故本次改造采用半闭环控制。

3.2 滚珠丝杠螺母副

滚珠丝杠螺母副又称为滚珠螺旋传动机构，其结构如图3-4，在丝杠和螺母 滚道之间放入适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杠转动时，带动滚珠沿螺 纹滚道滚动。螺母上设有返向器，与螺纹滚道构 成滚珠的循环通道。为了在滚珠与滚道之间形成 无间隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置。为延 长工作寿命，可设置润滑件和密封件。

滚珠螺旋传动与滑动螺旋传动或其它直线运 动副相比，有下列特点：

(1)传动效率高滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90％～98％，为传统的滑动丝杠系统的2～4倍，耗费能量仅为滑动丝杆

的1／3，所以能以较小的扭矩得到较大的推力。

(2)运动平稳滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，

工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，预紧后可消除间隙产生过盈，提高接触刚度和传动精度，因此可精密地控制微量进给。 (3)工作寿命长滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为高硬度(HRC58--62)、高精度，具有较长的工作寿命和精度保持性。寿命约为滑动丝杆副的4~10倍以上。

(4)定位精度和重复定位精度高由于滚珠丝杆副摩擦小、温升小、无爬行、 无间隙，通过预紧进行预拉伸以补偿热膨胀。因此可达到较高的定位精度和重复定位精度。

(5)同步性好由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杆副同时传动几个相同的运动部件，可得到较好的同步运动。 (6)可靠性高与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。

(7)不能自锁用于垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。

3.3 C5225立式车床进给系统的改造方案

根据用户要求，在保留左滑座体、左刀架体和左滑枕的基础上对左刀架作简 易数控化改造，改造时拆除原机床的进给箱及T形丝杠，将伺服电机减速齿轮箱

图3-5 C5225立式车床进给系统简图

安装在原机床的尾端，采用一级齿轮减速。将原来的T形丝杠替换为滚珠丝杠， 滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置如图3—5所示。滚珠丝杠由西门子1FT7交流伺服 电机驱动。

滚珠丝杠的支承方式采用“单推一单推”式，如图3—6。它的优点是可对丝杠进行预拉伸安装。预拉伸的好处有：(1)减少丝杠因自重引起的弯曲；(2)在推力轴承预紧力大于丝杠最大轴向载荷1/3的条件下，丝杠拉压刚度可提高四倍；

图3-6单推一单推

改造后的横向、纵向进给系统如图3—7，图3—8所示。