数控机床市场网-专业的数控机床网站

      摘要：介紹了一種新型車銑復合加工中心的主傳動設計，其主要特點是采用2 個西門子IPH7 主電機驅動，通過2 套齒形鏈傳動，既能滿足完成大扭矩的車削運動需要，同時也可以完成銑削時進給運動的消隙需要。
 

     關鍵詞：車銑加工中心；主傳動；齒形鏈；雙電機消隙

     0 引言

     車銑復合加工機床具有較高的精度及豐富的加工性能，能夠實現一次裝夾找正完成多個加工工序，在核電、軍工、航空航天等領域被廣泛應用。而在車銑復合加工機床中，根據機床的用途其工作臺的傳動控制方式不同。當機床進行銑削加工時，工作臺做為銑削進給軸時被稱為C軸，C 軸需要具備分度及進給的功能，可參與聯動加工，一般要求的定位精度及重復定位精度較高，要求消除傳動鏈的間隙。當機床進行車削加工時，工作臺只作旋轉運動，對旋轉的位置不進行控制。作為C 軸時工作臺需要的驅動扭矩較小，而作為車削運動旋轉時需要的驅動扭矩較大。

     1 、傳動鏈工作原理及設計

     由于一對齒輪副在實際制造過程中很難保證每個齒的兩個齒面同時接觸，必然會存在間隙。但是工作臺作為C 軸使用時要求傳動鏈必須消除間隙才能滿足使用要求。本設計采用2 個西門子伺服電機，通過主-從控制方式分別控制2個伺服電機，以達到消除傳動間隙的目的，其布局結構如圖1 所示。

      
 
                 圖1 C 軸傳動布局
     1.伺服電機及減速箱2.工作臺底座3.工作臺4.傳動齒形鏈

    
     其中，伺服電機及減速箱1 通過支架把合在工作臺底座2 上，通過齒形鏈4 將減速箱輸出輪與底座上的輸入輪連接，工作臺底座上的輸出輪與工作臺3 上的大齒圈嚙合，傳動鏈共2 套，2個傳動鏈的輸出小齒輪同時與工作臺的大齒圈嚙合。

     1.2 C 軸消隙原理

     本設計中2 套伺服電機分別驅動2 個小齒輪與工作臺大齒圈同時嚙合，針對2 個伺服電機分別預加一對大小相等，方向相反的扭矩，這就保證了2 個小齒輪分別有1 個齒面是與大齒圈的齒面無間隙接觸，如圖2 所示，小齒輪1 被預加逆時針的扭矩，小齒輪2 被預加順時針扭矩，當工作臺接收到順時針旋轉的命令后，驅動小齒輪1的伺服電機作為主工作電機開始運轉，驅動大齒圈3 逆時針轉動，而驅動小齒輪2 的伺服電機則成為負載從動旋轉。如果工作臺逆時針旋轉，則驅動小齒輪1 與驅動小齒輪2 的伺服電機主從關系逆轉，驅動小齒輪1 的伺服電機成為負載。整個消隙系統的剛性取決于預加扭矩的大小，預加的扭矩越大則系統剛性越好，一般需要根據實際情況調整預加扭矩的值。

                              圖2 C 軸消隙原理圖
                          1.小齒輪2.小齒輪3.大齒圈

     伺服電機的編碼器與工作臺中心安裝的海德漢圓光柵形成閉環控制，保證工作臺準確定位。

     1.3 大扭矩傳動工作原理

     當機床進行粗加工或工作臺快速啟動時，工作臺需要提供較大扭矩，這時傳動鏈上的單個電機工作無法提供工作臺實際工作所需要的扭矩，此時，從動電機會自動啟動，旋向與主動電機相同，如圖3 所示，2 個疊加工作，提供較大扭矩。

                     圖3 雙電機疊加工作原理圖
                     1.小齒輪2.小齒輪3.大齒圈

      2 、應用實例

      以我公司生產的CXH5255×35/32（北京衛星）產品為例：工作臺最大扭矩為70 kNm；工作臺轉速范圍為0.5～50 r/min；電機為西門子1PH7224，功率2×55 kW；電機額定轉速為700 r/min；傳動鏈降速比為i=73；主傳動計算轉速為700/73=9.6 r/min。單個電機輸出工作臺最大扭矩為T=9550×Pm×η/n=9550×55×0.85/9.6=46.5 kN·m，46.5×2=93 kN·m>70 kN·m，因此滿足使用要求。

      3 、結語

        雙電機消隙技術具有結構簡單、傳動效率高、適應高速傳動、裝配容易等優點，廣泛用于大型機床的進給傳動系統，但該技術應用于立式車銑復合加工中心工作臺主傳動系統在國內尚處于探索階段，隨著立式車銑復合加工中心市場需求數量的增加，該技術的應用會越來越廣泛。