第二章 C5225立式车床主传动变速系统的改造
主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速(速度) 和一定的变速范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同 要求的工件，并能方便地实现运动的开停、变速、换向和制动等。
在数控机床的主传动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机 无级调速系统，可以大大简化机械机构，便于实现自动变速、连续变速和负载下 变速。为扩大调速范围，适应低速大扭矩的要求，也经常应用齿轮有级调速和电 动机无级调速相结合的调速方式。
2．1 C5225立式车床主传动系统概述
C5225立式车床主传动采用交流电机，液压变速16级，采用停车手工变档方 式，图2-1是它的主传动系统简图。
其传动路线表达式是：
机床通过液压缸，活塞杆带动I、II和VV双联滑移齿轮来获得不同的传递路线，重而获得16级变速。图2-2为C5225立式车床主传动系统的转速图。机床变速机构的液压控制回路如图2-3所示，转速与电磁铁工作状态的对应关系表如图2-4所示。
2.2 主轴电动机的确定
2．2．1调速方式的选择
无级变速传动可以在一定的变速范围内连续改变转速，以便得到最有利的切 削速度；能在运转中变速，便于实现变速自动化；能在负载下变速，便于车削大 端面时保持恒定的切削速度，以提高生产效率和加工质量。C5225立式车床主轴 变速为液压变速16级，采用停车手工变档方式，比较费时繁琐，生产效率低，并 且影响加工精度。本次机床改造将原手工变速改造为无级调速以利于提高生产效 率和加工质量。
机床上常用的无级变速机构为直流或交流调速电动机。直流调速和交流调速 都属于变流调速，两种调速方式随着元器件的开发及电机技术的发展而发展，各 有千秋。交流电机体积小，转动惯量小，动态响应快，没有电刷，磨损和故障也 少，在中、小功率领域应用广泛。缺点是交流电机通过变频在较低转速运行时， 运行稳定性较差，不利于提高零件的加工精度。直流电机具有良好的启动、制动 性能和调速性能，可以方便地在很宽的范围内平滑调速，但尺寸大，价格高，炭 刷、换向器易磨损。直流调速在控制力度和精度上比交流变频调速要好，在大功 率和低速工作场合，调速性能更稳定一些。考虑到立车为大功率、大转矩加工机 床，常在低速下运行，故本次改造选择直流无级调速。 2.2.2 直流电动机的选择
机床主轴所传递的功率或转矩与转速之间的关系，称为机床主轴的功率或转 矩特性，如图2—5所示，主轴从最高转速nmax一到某一转速nj问，能传递运动源的全部功率，在这个区域内，主轴的最大输出转矩应随转速的降低而加大，称之
图2-5 功率转矩特性曲线
为恒功率区，从nj以下直到最低转速nmin，这个区域内的各级转速并不传递全
nj时的转矩不变。
所能传递的功率，则随转速的降低而降低。nj是主轴能传递全功率的最低转速，
称为主轴的计算转速。
C5225立式车床主轴的最高转速为63r/min， 最低转速为2r/min，则计算 转速 nj=nmin(
nmax0.25)=2x(63/2)0.25 =4.73(r/min) nminN (3-1) nt工作台在作旋转运动时: Mn=9550
其中：Mn—工作台的额定扭矩，已知工作台的最大扭矩M=61740N．111
ni—工作台传递功率的最低转速(r/min) N 一传递额定扭矩所需的理论功率(kW)
Mn?nj则：N=
9550=
61740?4.73=30.6（Kw）
9550N = Nd??
式中：Nd一直流电机所需的功率(kw)
?一直流电机至工作台的总传动效率，考虑到齿轮的传动效率，轴承的传动效率，以及工作台环形导轨的传动效率等因素，取?=0．7。 则： Nd =
N?=30.6?0.7=43.7(kw)
为保证右刀架的常规加工及参考原交流电机功率，选择低速大扭矩直流电机：型号：z4--200-31，额定功率55kW，额定转速1000r/min，最高转速2000 r/min，电机转速工作范围400--1800r/min。
2.3 C5225立式车床主传动系统传动路线的改造
在改造主传动系统时，要考虑电动机与机床主轴功率特性的匹配问题。由于 主轴要求的恒功率变速范围Rnp远大于电动机的恒功率变速范围Rdp却，所以电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱，以扩大其恒功率变速范围，以满足低速大转矩切削时对电动机的输出功率的要求。
C5225立式车床主轴的主轴最高转速为63r/min，最低转速为2r/min，计算 转速为4.73 r/min，直流电机额定转速为1000 r/min，最高转速为2000r/in。 主轴要求的恒功率变速范围Rnp=63/4.73=13.3 电动机的恒功率变速范围Rdp=2000/1000=2