數(shù)控立式車床設計

【摘要】現(xiàn)代數(shù)控機床是制造行業(yè)的機車，它打破了以前普通機床的不足，大大的提高了生產率，有效地減少了勞動力，而在數(shù)控立式車床的設計過程中，要根據(jù)所要的設計參數(shù)，根據(jù)以往的經驗公式，計算出立式車床在車削加工下的切削載荷，同時也要對數(shù)控立式車床橫梁結構的設計，而機床的結構模型分析也是重要的一部分。

【關鍵詞】機床整體分析;力學分析;橫梁設計

1.立車整體結構

在對機床的整體結構分析和設計時，有的設計者利用有限元法對機床的整體進行分析，然后得到數(shù)學模型，得到設計者想要的數(shù)據(jù)，從而對機床的整體進行設計，數(shù)控立式車床是通過立柱底面和連接體的底面，在通過地腳螺釘進行與底面的固定，因此對機床的整體固定設計是，要對機床的底座進行全約束設計，這樣能滿足機床安裝固定時的穩(wěn)定性。

在對機床的整體結構剛度設計時候，考慮機床的靜剛度，立式車床的機構本身就是一個彈性系統(tǒng)，在切削力和重力以及夾緊力的作用下，機床的整體會產生一個拉壓、扭轉的變形，對于靜剛度的分析中，加工表面垂直方向上（Y向）的靜剛度Ky在數(shù)值為Y向受到的靜載荷Py（N）與綜合位移y（um）的比值。

應力在機床的整體設計當中也是要重要的因素之一，因為機床的整體應力均勻分布才能使機床的整體不能破壞，出現(xiàn)集中應力會使機床的整體機構的剛度下降，有可能會使機床發(fā)生變形，同時也會使機床的加工精度下降，在車刀處集中力的應力值要低于刀具材料的強度極限，所以在機床整體設計中，應力要滿足設計要求，安全系數(shù)可以取大一些，進行保守設計，下圖為數(shù)控立式車床的實體圖。

開停裝置這種裝置時數(shù)控機床必須擁有的裝置，用來改變車床的主運動執(zhí)行件（如主軸）盡快地停止與啟動運動，通常采用離合器或直接開停電動機，例如，搖臂鉆床的開停電動機，它的作用就是來盡快的停止運動，這樣減少不必要的沖擊，噪音等。

2.切削力計算

對數(shù)控立式車床的車削加工工況進行力學分析，在數(shù)控立式車床的兩個刀架上，即左右刀架均可以進行車削加工，而且還能同時進行，現(xiàn)建立右刀架的重量模型為1300Kg，而左刀架的重量模型為900Kg，通過這個數(shù)學模型看出右刀架因為重量的緣故會對機床整體性能影響相對顯著，在進行分析的時候將左刀架假設布置在靠近橫梁正中間的位置，右邊的刀架為粗加工，加工的最大直徑取2500mm，這樣是受力最惡劣的情況，也是對機床整體極限的計算。

在切削時候，使零件發(fā)生變形的力為切削力，而機床在切削的時候切削力可以分為三種，一種是主切削力Fc，背向力Fp和進給力Ff，在這些切削力中，主切削力是與切削速度方向一致，背向力的方向是垂直于進給方向，而進給力就是軸向力的方向。圖2為車削加工原理圖，可以看到合力與分力。

計算切削力的經驗公式：

在一些其他參數(shù)和系數(shù)上選擇背吃刀量ap=8mm，進給量f=0.4mm，切削線速度Vc=5.16m/s，CFc=2795，CFP=1940，CFf=2880，這樣就可以計算出相應的切削力。

3.橫梁設計

橫梁為箱式鑄鐵結構，具有很強的抗扭和抗彎特性，同時他也是整個立式車床一個非常重要的部件，橫梁的移動是橫梁W軸在立柱前面的導軌上上下移動并夾緊，W軸單側導向定位。

滑板的X軸導軌采用反變形設計補償由于銑頭重量及其彎扭帶來的變形，可以保證在機床精度測試的范圍內，實現(xiàn)直線水平運動。對于主軸沿橫梁的直線運動，數(shù)控系統(tǒng)也提供了進一步的補償作用。

橫梁前側X軸移動。通過帶交流電機、減速機、滾珠絲杠組成的驅動裝置實現(xiàn)，導軌等防護通過滑板兩側的伸縮蓋保護。

1）橫梁的剛度分析

從橫梁的位移結構分析由于橫梁受力而引起的變形主要在橫梁的頭部，橫梁的剛性反映整個機床的加工精度，在X、Y的位移上表現(xiàn)的最為突出。

2）應力分析

一般機床的橫梁最大應力值為6.70Mpa，通常選取橫梁的材料為45號鋼，屈服極限為355Mpa，這種橫梁的材料在抵抗破壞時候是有很大能力的。這種是保守設計，下表是一個考慮綜合參數(shù)而設計出來的橫梁。

表1 橫梁參數(shù)

項目（單位）數(shù)值

高mm770

長mm2840

寬mm350

頂板厚mm40

底板厚mm40

左右側板壁厚mm35

后側壁厚mm35

總重量Kg3756