机床传动系统驱动参数的计算

摘 要：机床传动系统驱动参数的计算是机床设计的重要环节，包含动力参数和运动参数两方面的计算。本文主要以主传动为回转运动的机床为例，分析机床动力参数及运动参数的计算方法。

关键词：机床；动力参数；运动参数；计算

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

1 引言

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传动系统驱动参数组成。为了达到其相应的加工工艺要求，主传动或进给传动系统的驱动电机应具备一定的功率和变速范围，通常，电机（包括主轴电机和进给电机）的驱动功率称为动力参数；其转速及变速范围，称为运动参数。

2 动力参数的计算

2.1 主传动驱动功率的计算

主传动功率P是选择主电机及进行机床零件和结构强度计算的主要依据。主传动功率P可根据切削功率与主传动效率η 来确定，即：

主传动的总效率一般可取为η=0.7～0.85，当主传动链较长时，损耗大，传动效率偏低，可取较小值；当主传动链较短时，损耗小，传动效率偏高，可取较大值。

式（1）中，切削功率可在选定具有代表性的切削用量（机床设计标准或用户要求）后，按照下式计算：

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 进给传动驱动功率的计算

进给传动驱动功率包含进给传动功率和空程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、机械效率来确定，即：

式中，机械效率取值为0.15～0.2，进给力则根据机床设计时所采用的导轨形式计算得出。

计算空行程快速移动功率时，可根据工作台或滑板刀架等移动部件的惯性力和传动摩擦力计算，公式为：

式中：--安全系数，取值1.5～2.5（依安全指标定）；M--克服惯性力所需的扭矩（N·m）；n—电机转速（r/min）；W—移动部件重力（N）；f—移动部件与导轨的摩擦因数，取值0.15～0.2；--快速移动速度（m/min），按照机床设计指标定；η—机械效率，取值为0.15～0.2。

3 运动参数及其范围

3.1 主传动极限转速和变速范围

主传动为回转运动的机床，为了适应切削速度v和工件（刀具）直径d的变化，主轴的最低转速和最高转速可根据下式确定：

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，称为变速范围，即：

机床设计时，变速范围的确定即要考虑工艺需要，也要考虑切削加工的发展趋势，变速范围过大，则机床的设计制造成本高；变速范围过小，则机床通用性不高。

3.2 进给传动转速和调速范围

进给传动驱动电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，当电机直接与丝杆相连时，机床工作台（刀架）由丝杆螺母传动机构带动，则电机转速应满足：

式中：--工作台快进速度（mm/min）；--丝杆导程（mm）。

如电机与丝杆间有减速机构，则：

式中：i—减速机构传动比；

如电机通过蜗轮蜗杆减速机构驱动回转工作台转动时，则：

式中：i—电机至回转工作台的传动比；

—回转工作台的快进速度（r/min）

由此可见，电机转速的选择与机械传动机构的设计有关。

电机的调速范围取决于机床加工的最小进给量和快速移动的最大速度。通常，机械加工的变速范围D为：

考虑到空行程的快速移动速度，则：

4 结语

机床传动系统各零部件的形状、尺寸是根据其动力参数来确定的，而机床的工艺范围则由运动参数确定，因此，这些参数的理论计算结果为合理的设计机床提供了重要依据。然而，机床的加工范围广，加工情况多变，要更准确的选用动力参数及运动参数，除了用理论计算的方法来确定外，还应同时使用类比、测试等方法相互比较来确定。

参考文献：

[1]王爱玲等.现代数控机床[M].北京：国防工业出版社，2009.

[2]现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3]黄敢.机床设计中运动參数的确定[J].机床与液压，2001， （06）：103-105.

[4]郑志扬.机床主轴最佳参数的实用计算[J].制造技术与机床， 1995（06）：32-36.

作者简介：陈明亮（1986-），男，广西桂林人，本科，研究方向：机床与自动控制技术。