淺談重型機(jī)床超長進(jìn)給機(jī)構(gòu)齒條與減速器的選型計算
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論文導(dǎo)讀：但對于重型超長機(jī)床則會因?yàn)闈L珠絲杠太長，造成彎曲變形使工作臺移動定位精度超差，采用高剛性的齒輪齒條傳動結(jié)構(gòu)將會有效的解決這一問題，針對重型機(jī)床負(fù)載大這一特點(diǎn)，選擇伺服電機(jī)加減速器的驅(qū)動方式成為必要的解決方案，而如何選擇合適的減速器則必需通過負(fù)載的受力分析，經(jīng)過計算進(jìn)行最優(yōu)的選型。實(shí)例：刀架水平驅(qū)動應(yīng)用，驅(qū)動負(fù)載為1522Kg，刀架最大切削力為88.2KN，空載快速移動時速度6m/min，最大加速度初步設(shè)計為1m/s2，切削加工時最大進(jìn)給速度為6m/min，加工時最大加速度初步設(shè)計為0.1m/s，導(dǎo)軌摩擦系數(shù)選擇0.1，行程為10m。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床，超長，驅(qū)動，受力
引言
一般情況下機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)傳動方式采取由伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠副旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)工作臺的移動。但對于重型超長機(jī)床則會因?yàn)闈L珠絲杠太長，造成彎曲變形使工作臺移動定位精度超差，采用高剛性的齒輪齒條傳動結(jié)構(gòu)將會有效的解決這一問題，針對重型機(jī)床負(fù)載大這一特點(diǎn)，選擇伺服電機(jī)加減速器的驅(qū)動方式成為必要的解決方案，而如何選擇合適的減速器則必需通過負(fù)載的受力分析，經(jīng)過計算進(jìn)行最優(yōu)的選型。免費(fèi)論文網(wǎng)。下面將對選型的計算過程進(jìn)行參數(shù)分析和詳細(xì)的綜述。
實(shí)例：刀架水平驅(qū)動應(yīng)用，驅(qū)動負(fù)載為 1522Kg，刀架最大切削力為 88.2KN，空載快速移動時速度6m/min，最大加速度初步設(shè)計為 1m/s2，切削加工時最大進(jìn)給速度為 6m/min，加工時最大加速度初步設(shè)計為0.1m/s ，導(dǎo)軌摩擦系數(shù)選擇0.1，行程為10m。單邊齒輪齒條驅(qū)動。
一、工況及參數(shù)分析
1. 作用于齒條方向進(jìn)給力確定
因?yàn)槭擒嚧矐?yīng)用，切削力在各個方向的分力，如下圖1如示
圖１車削分力
理論切向切削 FC=
，在不同的切削應(yīng)用中，各分力之間的關(guān)系如下圖2所示：按圖2所示關(guān)系計算，在圖示切削應(yīng)用中，理論切削力 Fc 分別大約等于4.58Fx， 2.29Fz，F(xiàn)c=1.145Ft，在本項(xiàng)目中，刀架最大切削力為 88.2KN，我們按Ft=88200N/1.145＝77030N 來設(shè)計該驅(qū)動方案。
如圖2示，在直線切削階段，齒條進(jìn)給方向的切削分力為最大，此時齒條方向的進(jìn)給力 Fz＝38515N
圖２切削分力之間關(guān)系
2、負(fù)載循環(huán)及安全系數(shù)確定 ：
空載快速移動時
速度：V2b＝6m/min=0.1m/s；加速度：A2=1 m/s2；加速時間：ta=V2b/A2=0.067/1.5≈0.1s
按照設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，工作周期時間：Tc=5ta=0.5s；每小時循環(huán)次數(shù)：3600/0.5=7200
直線切削和面加工時：
V2b=2m/min=0.033m/s； A2=0.1m/s2 ta=V2b/A2=0.033/0.1=0.33s
按照設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，工作周期時間：Tc=5ta＝1.667s；每小時循環(huán)次數(shù)：3600/1.667=2160
鉆孔加工時 ：
V2b=2m/min=0.033m/s A2=0.1m/s2加速時間：ta=V2b/A2=0.033/0.1=0.33s
按照設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，工作周期時間：Tc=5ta＝1.667s每小時循環(huán)次數(shù)：3600/1.667=2160
在此方案設(shè)計中，我們需要分別考慮連續(xù)工作制的安全系數(shù) K1 和周期工作制震動系數(shù) Ka,根據(jù)車床工作特點(diǎn)，各工作階段最小安全系數(shù)和震動系數(shù)要求如下表所示：
3. 各工作階段受力情況分析
根據(jù)應(yīng)用參數(shù)要求，計算各階段受力情況：
最大的驅(qū)動負(fù)載 1522KG，齒條方向進(jìn)給力F2c 為38515N （按照μ=0.1 計算），在水平移動情況下， F 2ac=ma ；F 2f = f
(水平和旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動時) F2ac 為加速力，F(xiàn)2f 為工作時摩擦力；W 為重量；F2cT 為作用于齒條的法向垂直作用力； F2cR 為作用于齒條的水平作用力
(1).空載階段總應(yīng)用力
在空載階段 F2ct、F2cR及進(jìn)給力 F2c 均為零
F2a=F2ac+F2f =1522×1+1522×9.81×0. 1=3015N
(2).加工階段最大應(yīng)用力：
F2a= F2ac+F2f+ F2c = ma+ f +F2c
=1522×0.5+0.1×
+38515=48063N
4、 預(yù)選齒條
Gudel 公司生產(chǎn)的 M=8 直齒條240083 系列的最大承載力為91220N，最大承載扭矩為
17298Nm，可以滿足要求。
二、減速器選型
１. 初選減速器型號：
在這兒我們初選速器為 GSP4+，定制輸出齒輪M8，Z16，直齒，分度圓直徑 128mm。
配合 Gudel 公司 M=8 直齒條，型號240083，最大承載力91220N。
�。�. 計算峰值扭矩，計算輸出齒輪最大正切力 F2b：
F2b = (F2a. [%u] + [F2pA %]) /2 ；[F2pA%] = F2s. [%u].[Tp%]
平衡驅(qū)動力百分比 u% 取 100%；預(yù)載間隙扭矩百分比Tp%取100%
單邊驅(qū)動應(yīng)用中，選擇預(yù)載力為最大應(yīng)用力，F(xiàn)2s=F2a，因此， 空載快速移動階段輸出齒輪最大正切力： F2b= (F2a×100%+F2a×100%×100%)/2=3015N
加工階段輸出齒輪最大正切力：
F2b= (F2a×100%+F2a×100%×60%)/2=48063N
空載階段齒輪最大扭力T2b=F2b×D/2=3015×128/2000=193Nm。
加工階段齒輪最大扭力T2b=F2b×D/2=48063×128/2000=3076Nm。免費(fèi)論文網(wǎng)。
S5 周期工作制工作時：
我們需要考慮振動安全系數(shù) KA 計算修正后的峰值扭矩T2bc=F2b×D/2×KA（按照最大KA=1.65 計算） 空載快速T2bc=193×1.65=318Nm；切削加工T2bc=3076×1.65=5075Nm從產(chǎn)品樣本參數(shù)表中可以看到，GSP4+ 減速比 31 的減速器，其峰值輸出扭矩T2B=6000NM, 額定輸出扭矩T2N=3600Nm。T2B>T2bc 滿足本方案輸出扭矩要求！
S1 連續(xù)工作制工作時：
計算當(dāng)量輸出扭矩T2e=
Max.T2e=3071Nm。 GSP4+系列，速比31 的減速器額定輸出扭矩為T2N=3600Nm。
3600/3071=1.17，此時的安全系數(shù)K1 為 1.17 T2N>T2ec，滿足要求。免費(fèi)論文網(wǎng)。
所以選擇 GSP4+ 速比為 31 的減速器，配合Gudel 公司M8 直齒條驅(qū)動，可以滿足本項(xiàng)目扭矩要求。
結(jié)束語：
通過實(shí)例的詳細(xì)計算，我們可以在重型機(jī)床超長進(jìn)給機(jī)構(gòu)中合理而優(yōu)化的選擇驅(qū)動中的關(guān)鍵零部件--齒條和減速器，使機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單且高效，保證了方案設(shè)計的先進(jìn)性。
