數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要：現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是集高新技術(shù)于一體的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)（如機(jī)床床身、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、刀架和主軸箱等）的幾何精度與變形產(chǎn)生的定位誤差在加工過(guò)程中不能為此調(diào)整與補(bǔ)償，因此，必須把各處機(jī)械結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生的彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以保證所要求的加工精度與表面質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床，對(duì)機(jī)床床身、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、主軸箱設(shè)計(jì)及計(jì)算加以闡述。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；工作臺(tái)；主軸；刀庫(kù)

1 前言

數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)件主要包括床身、立柱、工作臺(tái)、進(jìn)給部分及主軸控制部分等支承件，它們的基本功能是支承承載和保持各執(zhí)行器官的相對(duì)位置。數(shù)控機(jī)床集粗精加工于一體，既要能夠承受粗加工時(shí)大吃刀、大走刀的最大切削力、又要能夠保證精加工時(shí)的高精度。因此，對(duì)基礎(chǔ)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在強(qiáng)度、剛度、抗振性、熱變形和內(nèi)應(yīng)力等都提出了很高的要求。

2 機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 床身導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)床身時(shí)考慮了在強(qiáng)度、剛度、抗振性、熱變形和內(nèi)應(yīng)力等因素。本次設(shè)計(jì)床身鑄件采用全封閉截面，合理布置內(nèi)部隔板和肋條，機(jī)床床身為箱體結(jié)構(gòu)，根據(jù)床身結(jié)構(gòu)和載荷分布情況對(duì)床身進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)。床身采用傾斜的隔板使排屑和排水更加順暢。機(jī)床導(dǎo)軌與機(jī)床為整體鑄造，提高了機(jī)床的剛性和精度。

導(dǎo)軌的橫截面為矩形，這種截面制造維修方便，承載能力大。貼塑導(dǎo)軌將塑料基的自潤(rùn)滑復(fù)合材料覆蓋并粘貼于滑動(dòng)部件的導(dǎo)軌上，與鑄鐵的床身導(dǎo)軌配用，可改變?cè)瓩C(jī)床導(dǎo)軌的摩擦狀態(tài)。

2.2 主軸控制部分設(shè)計(jì)

2.2.1 主軸部件設(shè)計(jì)

主軸控制部分由主軸箱、主軸、主動(dòng)帶輪、皮帶、漲圈、帶輪壓蓋、馬達(dá)座、打刀缸座、增壓缸、主軸馬達(dá)組成。馬達(dá)選擇伺服馬達(dá)為機(jī)床提供了無(wú)級(jí)調(diào)速，使機(jī)床的調(diào)速范圍更大。主軸箱為整體鑄造的箱體結(jié)構(gòu)使主軸控制部分具有較高的精度和剛度及良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。

主傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種刀具和工件所需的切削功率，且在盡可能大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保證恒功率輸出，同時(shí)為使數(shù)控機(jī)床能獲得最佳的切削速度，主傳動(dòng)須在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。對(duì)于機(jī)床主軸箱這樣的支承大件，采用整體鑄造結(jié)構(gòu)，它可以減少接觸變形，提高剛度。

2.2.2 主軸部件計(jì)算

機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)有動(dòng)力參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。機(jī)床主傳動(dòng)的功率P可根據(jù)切削功率Pc與主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率η由下式來(lái)確定：

數(shù)控機(jī)床的加工范圍一般都比較大，切削功率Pc 可根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削抗力Fz按下式來(lái)確定：

2.4 機(jī)床總體設(shè)計(jì)

本次機(jī)床總體布局設(shè)計(jì)中要完成了下列任務(wù)，初步確定各部件形狀、尺寸，安排機(jī)床各部件的相互位置，協(xié)調(diào)各部件間的尺寸關(guān)系，設(shè)計(jì)機(jī)床外形。它是機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)十分煩瑣和復(fù)雜的工作，它直接影響著機(jī)床設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。因此，應(yīng)用CAD進(jìn)行機(jī)床總體布局設(shè)計(jì)是一個(gè)便捷的工具。

3 總結(jié)

本文主要介紹了數(shù)控機(jī)床的主要關(guān)鍵件的結(jié)構(gòu)及工作原理，同時(shí)對(duì)數(shù)控機(jī)床的主要部件的計(jì)算作了簡(jiǎn)要說(shuō)明?？梢酝ㄟ^(guò)本文使相關(guān)人員對(duì)機(jī)床有個(gè)理性的認(rèn)識(shí)，了解機(jī)床的構(gòu)造、原理、及運(yùn)動(dòng)方式。希望通過(guò)本文使相關(guān)人員更好更快使用數(shù)控機(jī)床。

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（作者單位：中航上海汽車技術(shù)有限公司）