談CQK5240數控雙柱立式車床的設計
2017-1-22 來源：哈爾濱艾瑞汽車排氣系統有限公司 作者：吳娜 陳君玲 趙玉英
摘要：介紹CQK5240 數控雙柱立式車床分類及主要結構特點,)針對該車床工作臺的設計要求，本文給出了該車床工作臺結構及傳動部分的設計。
關鍵詞：立式車床工作臺結構傳動部分設計
一、我國數控機床的現狀
我國數控技術的發展起步于二十世紀五十年代， 通過“六五”期間引進數控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”，我國數控技術和數控產業取得了相當大的成績。特別是最近幾年， 我國數控產業發展迅速，1998～2004 年國產數控機床產量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發展勢頭依然強勁，2004 年中國機床主機消費高達94.6 億美元， 國內數控機床制造企業在中高檔與大型數控機床的研究開發方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數控機床特別是中高檔數控機床仍然缺乏市場競爭力， 究其原因主要在于國產數控機床的研究開發深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數控,系統生產應用推廣不力及數控人才缺乏等。我們應看清形勢， 充分認識國產數控機床的不足，努力發展先進技術，加大技術創新與培訓服務力度，以縮短與發達國家之間的差距。
二、CQK5240 數控雙柱立式車床的結構特點
CQK5240 機床是數控雙柱立式車床。不僅具有普通立式車床的粗車、精車工件外圓、內孔及端面等加工功能，還有加工大圓錐體、任意圓弧曲面等功能。該車床原采用主軸和進給系統采用交流電機拖動，用液壓傳動來實現工作臺的變速、橫梁夾緊機構的放松、立刀架滑枕的平衡，工作臺變速由電磁換向閥控制齒輪變速手工調速。
主要由左、右立柱、頂梁、工作臺、底座等部件組成的框架，以承受切削時的負荷。機床最大加工工件直徑4000mm，最大加工工件高度1600mm，最大加工工件重量30噸，工作臺直徑3150mm，工作臺轉速14 級，工作臺轉速范圍2～40r7/min，工作臺的最大扭矩63000N.m， 交流主電機功率為55kw，刀架水平行程2200mm，刀架垂直行程1000mm。機床重量(約)46000Kg。機床操縱皆集中在懸掛操縱箱上進行。
三、CQK5240 數控雙柱立式車床的主要結構設計
（一）CQK5240雙柱式立式車床主傳動伺服電機類型的選擇
交流伺服電動機采用了全封閉無刷構造， 不需要定期檢查維修。定子省去了鑄造件殼體，結構緊湊，重量輕。定子鐵心較一般電動機開槽多且深，絕緣可靠，磁場均勻。可對定子鐵心直接冷卻，散熱效果好，因而傳給機械部分的熱量少，提高了整個系統的可靠性。轉子采用具有精密磁極開關的永久磁鐵，因而可得到高的轉矩慣量比。因此，交流伺服電動機以其高性能、大容量得到廣泛的應用。考慮到該車床的工作要求，選用變頻調速電機。
（二）CQK5240 雙柱式立式車床無級變速系統的設計
機床主軸所傳遞的功率或轉矩與轉速之間的關系， 稱為機床主軸的功率或轉矩特性， 如圖3－5 所示， 主軸從最高轉速nmax 到某一轉速nj 間，能傳遞運動源的全部功率，在這個區域內，主軸的最大輸出轉矩應隨轉速的降低而加大，稱之為恒功率區，從nj 以下直到最低轉速nmin，這個區域內的各級轉速并不傳遞全部功率。主軸的輸出轉矩不再隨轉速的降低而加大，而是保持nj 時的轉矩不變。所能傳遞的功率，則隨轉速的降低而降低。
車床主軸的最高轉速為nmax=25r/min， 最低轉速為nmin=2r/min.根據《實用機床設計手冊》P511，表3.1－1 各類機床的主軸計算轉速表可得：因此主軸輸出的恒功率范圍而已主軸輸出恒轉矩范圍為電動機的調磁（即恒功率） 調速范圍為＝2 電動機的調壓（即恒轉矩）調速范圍16.67因此電動機的總調速范圍＝33.34 主軸的調速范圍應是12.57
（三）傳動方案的確定
圓柱齒輪用于平行軸間的傳動，一般傳動比單級可到8,最大20，兩級可到45,最大60，三級可到200，最大300。傳遞功率可到10 萬千瓦, 轉速可到10 萬轉／分， 圓周速度可到300 米/ 秒。單級效率為0.96～0.99。直齒輪傳動適用于中、低速傳動。斜齒輪傳動運轉平穩，適用于中、高速傳動。根據該車床主傳動特點，選用直齒圓柱齒輪傳動。
（四）主軸材料的選擇
軸的常用材料是碳鋼和合金鋼。?碳鋼比合金鋼價格低廉，對應力集中的敏感性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好， 故應用最廣， 一般用途的軸， 多用含碳量為0.25～0.5%的中碳鋼。尤其是45 號鋼，對于不重要或受力較小的軸也可用Q235A 等普通碳素鋼。根據CQK5240 雙柱式立式車床的特性，選用45 號鋼。
四、結語
本文對CQK5240 雙柱式立式車床結構、工作原理及特性進行了研究，并對該車床的主要結構進行設計。該車床主軸變速為液壓變速14 級， 采用無級調速提高了生產效率和加工質量，考慮到其工作特性及使用壽命，工作臺主軸的材料選用45號鋼，以提高其使用壽命。
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