谈CQK5240数控双柱立式车床的设计
2017-1-22 来源：哈尔滨艾瑞汽车排气系统有限公司 作者：吴娜 陈君玲 赵玉英
摘要：介绍CQK5240 数控双柱立式车床分类及主要结构特点,)针对该车床工作台的设计要求，本文给出了该车床工作台结构及传动部分的设计。
关键词：立式车床工作台结构传动部分设计
一、我国数控机床的现状
我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代， 通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年， 我国数控产业发展迅速，1998～2004 年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%和34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，2004 年中国机床主机消费高达94.6 亿美元， 国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力， 究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势， 充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之间的差距。
二、CQK5240 数控双柱立式车床的结构特点
CQK5240 机床是数控双柱立式车床。不仅具有普通立式车床的粗车、精车工件外圆、内孔及端面等加工功能，还有加工大圆锥体、任意圆弧曲面等功能。该车床原采用主轴和进给系统采用交流电机拖动，用液压传动来实现工作台的变速、横梁夹紧机构的放松、立刀架滑枕的平衡，工作台变速由电磁换向阀控制齿轮变速手工调速。
主要由左、右立柱、顶梁、工作台、底座等部件组成的框架，以承受切削时的负荷。机床最大加工工件直径4000mm，最大加工工件高度1600mm，最大加工工件重量30吨，工作台直径3150mm，工作台转速14 级，工作台转速范围2～40r7/min，工作台的最大扭矩63000N.m， 交流主电机功率为55kw，刀架水平行程2200mm，刀架垂直行程1000mm。机床重量(约)46000Kg。机床操纵皆集中在悬挂操纵箱上进行。
三、CQK5240 数控双柱立式车床的主要结构设计
（一）CQK5240双柱式立式车床主传动伺服电机类型的选择
交流伺服电动机采用了全封闭无刷构造， 不需要定期检查维修。定子省去了铸造件壳体，结构紧凑，重量轻。定子铁心较一般电动机开槽多且深，绝缘可靠，磁场均匀。可对定子铁心直接冷却，散热效果好，因而传给机械部分的热量少，提高了整个系统的可靠性。转子采用具有精密磁极开关的永久磁铁，因而可得到高的转矩惯量比。因此，交流伺服电动机以其高性能、大容量得到广泛的应用。考虑到该车床的工作要求，选用变频调速电机。
（二）CQK5240 双柱式立式车床无级变速系统的设计
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3－5 所示， 主轴从最高转速nmax 到某一转速nj 间，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部功率。主轴的输出转矩不再随转速的降低而加大，而是保持nj 时的转矩不变。所能传递的功率，则随转速的降低而降低。
车床主轴的最高转速为nmax=25r/min， 最低转速为nmin=2r/min.根据《实用机床设计手册》P511，表3.1－1 各类机床的主轴计算转速表可得：因此主轴输出的恒功率范围而已主轴输出恒转矩范围为电动机的调磁（即恒功率） 调速范围为＝2 电动机的调压（即恒转矩）调速范围16.67因此电动机的总调速范围＝33.34 主轴的调速范围应是12.57
（三）传动方案的确定
圆柱齿轮用于平行轴间的传动，一般传动比单级可到8,最大20，两级可到45,最大60，三级可到200，最大300。传递功率可到10 万千瓦, 转速可到10 万转／分， 圆周速度可到300 米/ 秒。单级效率为0.96～0.99。直齿轮传动适用于中、低速传动。斜齿轮传动运转平稳，适用于中、高速传动。根据该车床主传动特点，选用直齿圆柱齿轮传动。
（四）主轴材料的选择
轴的常用材料是碳钢和合金钢。?碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好， 故应用最广， 一般用途的轴， 多用含碳量为0.25～0.5%的中碳钢。尤其是45 号钢，对于不重要或受力较小的轴也可用Q235A 等普通碳素钢。根据CQK5240 双柱式立式车床的特性，选用45 号钢。
四、结语
本文对CQK5240 双柱式立式车床结构、工作原理及特性进行了研究，并对该车床的主要结构进行设计。该车床主轴变速为液压变速14 级， 采用无级调速提高了生产效率和加工质量，考虑到其工作特性及使用寿命，工作台主轴的材料选用45号钢，以提高其使用寿命。
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