數(shù)控加工中心主傳動多檔變速傳動比優(yōu)化設計研究
海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：海天精工 備注：為保證文章的完整度,，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試,，手機瀏覽可能無法正常使用,！精工加工中心主傳動系統(tǒng)一般采叫齒形同步帶聯(lián)接，電機直聯(lián)主軸聯(lián)接和齒輪變速箱聯(lián)接等方式,。在大中型加工中心中,，為了獲得較大的恒功率范圍和低速大扭矩一般采用齒輪變速箱聯(lián)接實現(xiàn)分段無級變速，若參數(shù)選擇不當,，通常會產(chǎn)生一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的功率損失現(xiàn)象,，即功率缺口，在功率缺口轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),，主軸電動機功率無法達到其額定功率,，輸川扭矩也會急劇減小，因而功率缺口的大小直接影響主軸的機械特性,。1主傳動系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺口的原因及常規(guī)判定有無功率缺口的方法主傳動系統(tǒng);丨!現(xiàn)功率缺口的根本原因是高速檔額定轉(zhuǎn)速大于了低速檔的最高轉(zhuǎn)速,導致實現(xiàn)無級變速時轉(zhuǎn)速處于低速檔最卨轉(zhuǎn)速到“速檔額定轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速范圍.需要讓電機轉(zhuǎn)速下降至電機的額定轉(zhuǎn)速以下來滿足無級變速的要求,，而主軸電機的特性是額定轉(zhuǎn)速以下為恒扭矩區(qū)，功率線性上升(見圖1),從而;I丨現(xiàn)在這一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),，電機功率無法達到******而出現(xiàn)了功率缺口,。如圖2所示：為保證設計的系統(tǒng)無功率缺口，通常需要保證髙速級與低速級速比設定為：低速級時的最高轉(zhuǎn)速_電機額定轉(zhuǎn)速_i 1髙速級時的最高轉(zhuǎn)速_電機最高轉(zhuǎn)速可4如若系統(tǒng)的速比無法滿足,，則系統(tǒng)會I!現(xiàn)功率缺口,，此時需要增加中速級，而往往中速級使用測試法進行選擇.導致轉(zhuǎn)速范圍有部分重疊,。2主傳動多檔變速不產(chǎn)生功率缺口數(shù)學模型的建立根據(jù)主傳動系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺口的原因可知,，要確保主傳動系統(tǒng)無功率缺口，需要保證在轉(zhuǎn)速圖中（閣3 ),，高檔位額定轉(zhuǎn)速低于低檔位最高轉(zhuǎn)速,，故可選擇低速檔最高轉(zhuǎn)速與高速檔額定轉(zhuǎn)速之差最小為目標函數(shù),傳動系統(tǒng)機械和幾何尺寸要求為約束進行建模以求得各傳動參數(shù)。由于在精工加工中心轉(zhuǎn)速范圍較寬情況下,，一般采用高中低三檔變速,，故在此以三檔變速為研究對像進行數(shù)學模型的建立。ru=為電機最高轉(zhuǎn)速ru電機額定轉(zhuǎn)速fh n,，’為電機軸減速后傳遞n到滑移齒輪軸的轉(zhuǎn)速ru門2 ru n: ru⑴ru m分別對應電''機額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速經(jīng)低中髙錘減速后的主軸轉(zhuǎn)速圖3轉(zhuǎn)速圖從圖3可知,，若要傳動系統(tǒng)無功率缺口，：要保證：中檔額記轉(zhuǎn)速小于低速檔最高轉(zhuǎn)速即：n2 < n4 (1)高檔額定轉(zhuǎn)速小于中檔最高轉(zhuǎn)速,，即：n3 < n5 (2)故目標函數(shù)可以確Si為：min = ra4-ra2 + ra5-n.3同時式(1)和式(2)作為目標函數(shù)的約束以保證轉(zhuǎn)速范圍重疊最小和無功率缺口,。由系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu),、幾何尺寸和設計要求,S要增加以下約束：根據(jù)結(jié)構(gòu)和尺寸可以確定各傳動齒輪副的齒數(shù)，即：其中：：,!,；=L2 電flL軸初次減速齒輪副齒數(shù),；q i = 3,4,…，8, r, EZ低中高檔減速齒輪對的齒輪副齒數(shù),；p,為將AL軸初次減速齒輪副的齒數(shù)和(可根據(jù)中心距換算p2低中高檔減速齒輪副的齒數(shù)和(可根據(jù)中心距換算根據(jù)漸開線齒輪的要求和實際的需要,，需要保證各齒輪齒數(shù)的最小值,sp:c,為設計的主軸額定轉(zhuǎn)速與計算出的額定轉(zhuǎn)速之允差，常數(shù),可根據(jù)實際情況適當調(diào)整,；~為設計的主軸最高轉(zhuǎn)速與計算出的最高轉(zhuǎn)速之允差,，常數(shù)，可根據(jù)實際情況適當調(diào)整,；最終得到如下數(shù)學模型：3案例應用3.1設計原始數(shù)據(jù)某公司XH718立式加T中心,，主軸電機為FANUC al5電機，要求采用齒輪變速箱實現(xiàn)多檔變速,，提高扭矩,，無功率缺口，主軸額定轉(zhuǎn)述180rpm,最高轉(zhuǎn)速3600rpm,，其電機軸通過一對齒輪減速后傳遞到滑移齒輪軸進行換檔調(diào)速,其齒輪模數(shù)為4,中心距分別為：152mm(電機軸與滑移齒輪軸）和190mm(滑移齒輪軸與主軸),。求各檔位傳動參數(shù)。3.2模型參數(shù)確定根據(jù)設H•原始數(shù)據(jù)可知：FANUC cd5電機,，額定轉(zhuǎn)速1500rpm,，最高轉(zhuǎn)速7000rpm,故nmax取5000 rpm (電機最高轉(zhuǎn)速為7000 rpm ,考慮齒輪最高線速度限制，最髙使5000rpm ),，=1500 rpm,，/?丨=76?ram, 丨=95mm ,主軸設計的額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速分別為/=180 rpm和?max =3600rpm ,—般應首先滿M額定轉(zhuǎn)速，所以在此取cl=5,，c2=100,即,，計算丨I!來的參數(shù)保證額定轉(zhuǎn)速和設計要求額定轉(zhuǎn)速相差最多為5 rpm,而最高轉(zhuǎn)速的誤差為0~100 rpm。3.3求解及結(jié)果分析LINGO軟件是美H Lindo公司推;1丨的求解最優(yōu)化問題的專,、丨k軟件包,，在求解各種大型線性非線性和整數(shù)規(guī)劃方面有明顯的優(yōu)勢，LINGO軟件內(nèi)置建模語言,，提供幾十個內(nèi)部函數(shù),，從而以較少語句較直觀的方式描述較大規(guī)模的優(yōu)化模型而且軟件運行速度快，汁算結(jié)果準確,，可以方便地從其他軟件獲取數(shù)據(jù),，是解決優(yōu)化問題的******選擇。在本例中,，根據(jù)所建立的數(shù)學模型,代人相關(guān)參數(shù)，按照LINGO軟件特定的語法進行編程i十算從圖五可以看出，計算結(jié)果滿足設計要求,，主軸額定轉(zhuǎn)速181rpm,，最高轉(zhuǎn)速3685rpm，在主傳動變速范圍內(nèi)無功率缺口,，轉(zhuǎn)速重疊范圍295轉(zhuǎn),是滿足設計要求且重疊最少的方案,。計算出的最高轉(zhuǎn)速比設計要求高85rpm,可通過電氣參數(shù)設置，將最高轉(zhuǎn)速限制在3600rpm,。4結(jié)語本文以精工加工中心主傳動轉(zhuǎn)速范圍重疊最小為目標函數(shù),，機械結(jié)構(gòu)和幾何要求為約束建立了精工加工中心主傳動不產(chǎn)生功率缺口的數(shù)學模型，能夠有效方便快速求得各齒輪的齒數(shù)和各檔位速度.并可推廣應用到不同檔位數(shù)的傳動系統(tǒng)設計,。海天精工是一家集銷售,、應用及服務于一體的公司。產(chǎn)品包括：CNC加工中心,、鉆攻中心,、龍門加工中心、雕銑機,、石墨機,、五軸加工中心、立式加工中心,、臥式加工中心等,。我們機床的生產(chǎn)工廠設在廣東省寧波市，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口,，其中出口到歐洲占到50%,。我們盡心、盡力,、盡意的服務,！聲明：本站文章均來自網(wǎng)絡，所有內(nèi)容不代表本站觀點,，本站不承擔任何法律責任,！