數(shù)控立式銑床工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

數(shù)控立式銑床工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究本課題主要對(duì)XKA5750數(shù)控立式銑床升降臺(tái)橫向進(jìn)給、垂直進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原理分析、零件尺寸計(jì)算及強(qiáng)度較核，基本上實(shí)現(xiàn)了升降臺(tái)的正常運(yùn)行，主要工作包括橫向進(jìn)給、垂直進(jìn)給系統(tǒng)內(nèi)部傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇，滾珠絲杠的選擇計(jì)算，傳動(dòng)齒輪的選取計(jì)算，以及相應(yīng)的重點(diǎn)部件如軸、軸承的強(qiáng)度校核，確?？煽啃栽O(shè)計(jì)。標(biāo)簽：數(shù)控；銑床；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)0緒論數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床的誕生標(biāo)志著生產(chǎn)和控制領(lǐng)域的一個(gè)嶄新時(shí)代的到來。數(shù)控銑床作為初加工設(shè)備，主要用于材料切割下料。從適用行業(yè)及企業(yè)來看，數(shù)控銑床重點(diǎn)發(fā)展高速、精密數(shù)控銑床和高速、高精度數(shù)控銑床及高速、高精度立臥式加工中心等。1方案確定本文以XKA5750數(shù)控立式銑床為例，工作臺(tái)的垂直方向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，是由交流伺服電動(dòng)機(jī)通過速比為1：2的一對(duì)梯形齒形同步帶輪，將運(yùn)動(dòng)傳到軸，再將運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)至導(dǎo)程為6mm的滾珠絲杠，帶動(dòng)升降臺(tái)運(yùn)動(dòng)。垂直方向通過制動(dòng)器帶動(dòng)軸上的錐齒輪從而實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的減速和停止。橫向進(jìn)給是由交流伺服電動(dòng)機(jī)通過速比為1：2的一對(duì)梯形齒形同步帶輪，將運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)至導(dǎo)程為5mm的滾珠絲杠從而帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)XKA5750數(shù)控立式銑床的技術(shù)參數(shù)，機(jī)床外形尺寸（長×寬×高）、工作臺(tái)面積（寬×長）、工作臺(tái)縱向行程、滑枕橫向行程、工作臺(tái)垂直行程、主軸端面到工作臺(tái)面距離、主軸中心線到床身立導(dǎo)軌面距離、主軸轉(zhuǎn)速、工作臺(tái)的最大行程、進(jìn)給速度、快速移動(dòng)速度和電動(dòng)機(jī)功率，確定了垂直進(jìn)給的系統(tǒng)傳動(dòng)方案和橫向進(jìn)給的系統(tǒng)傳動(dòng)方案。2垂直進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)伺服電機(jī)最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩，不得超過電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩等選用要求，選擇垂直方向伺服電機(jī)為1FT5-102-0AA01，重量為31kg，慣性矩J=131*10-4kg.m2額定轉(zhuǎn)速nN=1200r/min，靜扭矩M0=27N.m。根據(jù)選用的電機(jī)參數(shù)，對(duì)銑床垂直進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了傳動(dòng)比的分配、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)和安裝設(shè)計(jì)，垂直進(jìn)給絲杠所受軸向載荷分析、滾珠絲杠尺寸計(jì)算、切削力計(jì)算、最大載荷Fmax計(jì)算、垂直方向?qū)к壞Σ亮τ?jì)算、滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力計(jì)算和垂直方向?qū)к壞Σ亮τ?jì)算，設(shè)計(jì)出絲杠的安裝及裝配圖。通過對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算、傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算，梯形同步帶參數(shù)計(jì)算，進(jìn)行了梯形同步帶的設(shè)計(jì)。通過錐齒輪的參數(shù)選擇，按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)、幾何尺寸計(jì)算、按齒面接觸強(qiáng)度校核，按齒根抗彎強(qiáng)度校核進(jìn)行了錐齒輪的設(shè)計(jì)，并對(duì)交流伺服電機(jī)進(jìn)行了校核和傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)。最后，進(jìn)行軸承的校核和制動(dòng)器的設(shè)計(jì)之后，將所有零件裝配，設(shè)計(jì)得到垂直進(jìn)給系統(tǒng)三維傳動(dòng)裝配圖，如圖1所示。本節(jié)主要內(nèi)容是垂直進(jìn)給系統(tǒng)中各個(gè)零部件基本結(jié)構(gòu)、基本尺寸進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)、計(jì)算，并利用Pro/E對(duì)數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模。此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了XKA5750銑床升降臺(tái)垂直進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)路線，使用高效率的梯形同步帶和錐齒輪傳動(dòng)，但是方案還是有待改善，可以使用聯(lián)軸器將傳動(dòng)軸與交流伺服電機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確更有效的傳動(dòng)。3橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過對(duì)橫向進(jìn)給系統(tǒng)主切削力計(jì)算、各切削分力計(jì)算、導(dǎo)軌摩擦力計(jì)算、滾珠絲桿螺母副的軸向負(fù)載力計(jì)算、絲杠導(dǎo)程及長度計(jì)算、作用在絲杠上的最大動(dòng)負(fù)荷Ca計(jì)算、滾珠絲杠的穩(wěn)壓校核、剛度的驗(yàn)算和效率計(jì)算等參數(shù)計(jì)算，設(shè)計(jì)出滾珠絲桿螺母副的軸向載荷圖。最后進(jìn)行了伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇和梯形同步帶的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出如圖2所示橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)絲杠的三維裝配圖。本節(jié)主要內(nèi)容是橫向進(jìn)給系統(tǒng)中各個(gè)零部件的參數(shù)設(shè)計(jì)和校核，最后使用CAD與Pro/E制圖軟件畫出了零件圖和裝配圖，并對(duì)圖形進(jìn)行了分析。缺點(diǎn)在于使用了梯形同步帶進(jìn)行過渡傳動(dòng)，可以直接將滾珠絲杠與交流伺服電機(jī)軸相連，提高傳動(dòng)效率，同時(shí)降低成本，也使XKA5750的橫向進(jìn)給的傳動(dòng)更合理。4結(jié)論本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了XKA5750銑床升降臺(tái)的垂直進(jìn)給和橫向進(jìn)給傳動(dòng)。創(chuàng)新之處是使用了滾珠絲杠副，摒棄了以往的滑動(dòng)絲杠副的傳動(dòng)，具有軸向剛度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)精度高、不易磨損、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但是由于滾珠絲杠不能自鎖，具有傳動(dòng)的可逆性，所以在垂直傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中使用了制動(dòng)器。垂直進(jìn)給方向中可以不使用梯形同步帶，而使用聯(lián)軸器將傳動(dòng)軸與交流伺服電機(jī)相連，這個(gè)方案更經(jīng)濟(jì)，效率更高。橫向進(jìn)給方向中也可以去掉梯形同步帶部分，直接將滾珠絲杠與交流伺服電機(jī)相連，同樣可以將交流伺服電機(jī)改為步進(jìn)電機(jī)，更經(jīng)濟(jì)，更合理，效率更高。參考文獻(xiàn)：[1]王文斌.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].機(jī)械工業(yè)出版社，2006（08）.[2]紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2010（09）.[3]周志紅，文懷興，楊東生.滾珠絲杠安裝方式的研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2007（08）.[4]胡秋.數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[A].中國工程物理研究所機(jī)械制造工藝研究所.