CK61125数控车床“Z”轴齿条传动消隙机构分析

上海重型机床厂有限公司

编写：丁国兴  2013-4-6

1．        CK61125数控车床溜板箱齿轮消隙机构

1.1结构图：

 略(可下载后,看清楚的图文)

 1.2油路图

快速移动时YV3电磁阀工作（吸），消隙机构油缸工作压力由溢流阀调至0.5MPa。

非快速移动时YV3电磁阀不吸，消隙机构油缸工作压力由减压阀调至1.5MPa。

2 计算

2.1电机产生的进給力计算

Z轴伺服电机：Ais50/2000HV。额定功率P=4KW，额定转速N=2000r/min，额定转矩Te=18Nm，堵转矩T₀=53Nm，最大扭矩Tmax=170Nm。电机输出转矩随转速升高呈线性下降（0~2000r/min：53~18Nm）。

传动比i= × × =0.05314。（cos10°58ˊ= 0.98174）

与齿条传动的齿轮 M=5；Z=15；β=10°58ˊ。节圆周长=3.14×M×Z×cosβ=231.317mm。

电机额定转速时的移动速度V=2000×0.05314×231.317 =24.6m/min。

设：传动效率η=0.75

计算：1）电机在额定功率额定转速时对拖板产生的推力

f= η=(4×60×0.75)÷24.6=7.3kN=730kg

2）Z轴快速：4m/min，对应电机转速= ×2000=325r/min。根据FANUC 提供的电机转速/转矩特性图，该电机转速在325r/min时输出转矩为47Nm。对应的推力= ×730=1900kg

2.2 预加载计算

设：拖板导轨摩擦系数k=0.1；拖板部分重量为2000kg，

则：摩擦力=0.1×2000=200kg。快速移动时电机负载率=200÷1900=10.5%。

设定：消隙机构的预加载力为1.5倍的摩擦力，

则：预加载力为Fy=300kg。

2.3 消隙机构油缸所需油压计算

1）    油缸作用面积 S=3.14×（2×2）=12.6 c㎡。（油缸直径Φ= 4cm）

2）    齿轮减速比= × =0.144

3）    消隙机构斜齿轮β=20°所产生的增力作用=tanβ=tan20=0.364

4）    增力作用E=1÷（2×0.364)÷0.144=9.5倍

5）    消隙机构液缸工作压力

P=Fy÷E÷S÷η=300÷9.5÷12.6÷η=3.6÷0.5=5.0kg/c㎡。（η=0.5）

3．消隙机构液压装置改进意见

3.1 减压阀改为平衡阀

齿条的传动间隙有变化时要保持消隙机构有一个不变的预加载力，必须采用平衡阀。

平衡阀压力应用范围的最低压力值≥7.0kg/c㎡，以上计算值小于该值。说明将平衡阀压力调至5.0kg/c㎡的话液压系统工作是不会稳定的。

3．2消隙机构液缸的直径宜改小至Φ= 2.5cm

油缸作用面积 S=3.14×（1.25×1.25）=4.9 c㎡。

消隙机构液缸工作压力：P=Fy÷E÷S÷η=300÷9.5÷4.9÷η=3.6÷0.5=13.0kg/c㎡。（η=0.5）

平衡阀压力调至13.0kg/c㎡, 消隙机构液缸工作于合理的压力范围内。

3.3建议：液压原理重新设计。

快速移动时YV3电磁阀工作（吸），消隙机构油缸工作压力由溢流阀调至0.5MPa。以上液压原理会产生下述问题：液压系统的工作压力会被拉下，影响整个系统的工作。

液压原理可参照WOHLENBERG公司的液压原理图。

有一个二位四通阀分别选通二个平衡阀。二个平衡阀分别对应二种进給方式下的压力要求。但问题是压力不能小于0.7MPa。如要应用该原理图，消隙机构液缸的直径宜改小至Φ≤ 2.0cm

CK61125数控车床“Z”轴齿条传动消隙机构分析

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