數(shù)控加工中心主傳動(dòng)多檔變速傳動(dòng)比優(yōu)化設(shè)計(jì)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(qǐng)刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試，手機(jī)瀏覽可能無(wú)法正常使用！精工加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)一般采叫齒形同步帶聯(lián)接，電機(jī)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(shí)現(xiàn)分段無(wú)級(jí)變速，若參數(shù)選擇不當(dāng)，通常會(huì)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(dòng)機(jī)功率無(wú)法達(dá)到其額定功率，輸川扭矩也會(huì)急劇減小，因而功率缺口的大小直接影響主軸的機(jī)械特性。1主傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺口的原因及常規(guī)判定有無(wú)功率缺口的方法主傳動(dòng)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(dǎo)致實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)速下降至電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速以下來(lái)滿足無(wú)級(jí)變速的要求，而主軸電機(jī)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(jī)功率無(wú)法達(dá)到******而出現(xiàn)了功率缺口。如圖2所示：為保證設(shè)計(jì)的系統(tǒng)無(wú)功率缺口，通常需要保證髙速級(jí)與低速級(jí)速比設(shè)定為：低速級(jí)時(shí)的最高轉(zhuǎn)速_電機(jī)額定轉(zhuǎn)速_i 1髙速級(jí)時(shí)的最高轉(zhuǎn)速_電機(jī)最高轉(zhuǎn)速可4如若系統(tǒng)的速比無(wú)法滿足，則系統(tǒng)會(huì)I!現(xiàn)功率缺口，此時(shí)需要增加中速級(jí)，而往往中速級(jí)使用測(cè)試法進(jìn)行選擇.導(dǎo)致轉(zhuǎn)速范圍有部分重疊。2主傳動(dòng)多檔變速不產(chǎn)生功率缺口數(shù)學(xué)模型的建立根據(jù)主傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺口的原因可知，要確保主傳動(dòng)系統(tǒng)無(wú)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(biāo)函數(shù),傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械和幾何尺寸要求為約束進(jìn)行建模以求得各傳動(dòng)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(duì)像進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建立。ru=為電機(jī)最高轉(zhuǎn)速ru電機(jī)額定轉(zhuǎn)速fh n，’為電機(jī)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(duì)應(yīng)電''機(jī)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(dòng)系統(tǒng)無(wú)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(biāo)函數(shù)可以確Si為：min = ra4-ra2 + ra5-n.3同時(shí)式(1)和式(2)作為目標(biāo)函數(shù)的約束以保證轉(zhuǎn)速范圍重疊最小和無(wú)功率缺口。由系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、幾何尺寸和設(shè)計(jì)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(dòng)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(duì)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(shí)際的需要，需要保證各齒輪齒數(shù)的最小值,sp:c,為設(shè)計(jì)的主軸額定轉(zhuǎn)速與計(jì)算出的額定轉(zhuǎn)速之允差，常數(shù),可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整；~為設(shè)計(jì)的主軸最高轉(zhuǎn)速與計(jì)算出的最高轉(zhuǎn)速之允差，常數(shù)，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整；最終得到如下數(shù)學(xué)模型：3案例應(yīng)用3.1設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)某公司XH718立式加T中心，主軸電機(jī)為FANUC al5電機(jī)，要求采用齒輪變速箱實(shí)現(xiàn)多檔變速，提高扭矩，無(wú)功率缺口，主軸額定轉(zhuǎn)述180rpm,最高轉(zhuǎn)速3600rpm，其電機(jī)軸通過(guò)一對(duì)齒輪減速后傳遞到滑移齒輪軸進(jìn)行換檔調(diào)速,其齒輪模數(shù)為4,中心距分別為：152mm(電機(jī)軸與滑移齒輪軸）和190mm(滑移齒輪軸與主軸)。求各檔位傳動(dòng)參數(shù)。3.2模型參數(shù)確定根據(jù)設(shè)H•原始數(shù)據(jù)可知：FANUC cd5電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速1500rpm，最高轉(zhuǎn)速7000rpm,故nmax取5000 rpm (電機(jī)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(shè)計(jì)的額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速分別為/=180 rpm和?max =3600rpm ,—般應(yīng)首先滿M額定轉(zhuǎn)速，所以在此取cl=5，c2=100,即，計(jì)算丨I!來(lái)的參數(shù)保證額定轉(zhuǎn)速和設(shè)計(jì)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(wèn)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(shì)，LINGO軟件內(nèi)置建模語(yǔ)言，提供幾十個(gè)內(nèi)部函數(shù)，從而以較少語(yǔ)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(yùn)行速度快，汁算結(jié)果準(zhǔn)確，可以方便地從其他軟件獲取數(shù)據(jù)，是解決優(yōu)化問(wèn)題的******選擇。在本例中，根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型,代人相關(guān)參數(shù)，按照LINGO軟件特定的語(yǔ)法進(jìn)行編程i十算從圖五可以看出，計(jì)算結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，主軸額定轉(zhuǎn)速181rpm，最高轉(zhuǎn)速3685rpm，在主傳動(dòng)變速范圍內(nèi)無(wú)功率缺口，轉(zhuǎn)速重疊范圍295轉(zhuǎn),是滿足設(shè)計(jì)要求且重疊最少的方案。計(jì)算出的最高轉(zhuǎn)速比設(shè)計(jì)要求高85rpm,可通過(guò)電氣參數(shù)設(shè)置，將最高轉(zhuǎn)速限制在3600rpm。4結(jié)語(yǔ)本文以精工加工中心主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速范圍重疊最小為目標(biāo)函數(shù)，機(jī)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(dòng)不產(chǎn)生功率缺口的數(shù)學(xué)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(yīng)用到不同檔位數(shù)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。海天精工是一家集銷售、應(yīng)用及服務(wù)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(jī)、石墨機(jī)、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機(jī)床的生產(chǎn)工廠設(shè)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(wù)！聲明：本站文章均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，所有內(nèi)容不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任！