數(shù)控銑床工作臺(tái)與床身設(shè)計(jì)

王巖+++郝寶珠

摘 要：數(shù)控車床是對回轉(zhuǎn)體進(jìn)行加工的設(shè)備，它可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體加工，但是對于其他的復(fù)雜非回轉(zhuǎn)體的零件，就不能用車床加工了，加工這種零件需要用到數(shù)控銑床，數(shù)控銑床具有智能化、加工多元化的特點(diǎn)，而近年來數(shù)控銑床的工作臺(tái)發(fā)展也比較迅速，與以前相比加入了一些新的技術(shù)，提高了生產(chǎn)效率，使數(shù)控銑床的整體質(zhì)量提高了很多，同時(shí)數(shù)控銑床的床身也得到了很大的提升，在床身的設(shè)計(jì)上注入了新的元素。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；工作臺(tái)；床身設(shè)計(jì)

1 數(shù)控銑床

數(shù)控銑床大多數(shù)是立式銑床，和車床一樣也是主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而銑床之所以能加工復(fù)雜的工件，是因?yàn)閿?shù)控銑床是可以作x，y，z三軸運(yùn)動(dòng)，也就是升降臺(tái)式數(shù)控銑床。

而數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)上一般是需要通過這幾個(gè)部分進(jìn)行研究分析，分兩個(gè)主要部分，一個(gè)是數(shù)控裝置部分，另一個(gè)部分是機(jī)械部分，數(shù)控裝置部分是數(shù)控銑床的系統(tǒng)，也就相當(dāng)于人體的大腦，而機(jī)械部分就是數(shù)控銑床的機(jī)構(gòu)組成部分，包括動(dòng)力系統(tǒng)、導(dǎo)向裝置、傳動(dòng)元件、機(jī)械機(jī)構(gòu)等。

在數(shù)控銑床的機(jī)械部分，對于銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)和齒輪設(shè)計(jì)，是最為重要的一部分，同時(shí)需要通過分析數(shù)控銑床的轉(zhuǎn)速圖和設(shè)計(jì)要求，最終繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖，再將裝配圖拆分成零件圖。

2 工作臺(tái)

工作臺(tái)的設(shè)計(jì)上，需要從多方位進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先是對導(dǎo)軌的選擇，對于工作臺(tái)，它的要求需要工作臺(tái)的定位精度高，不要有爬行現(xiàn)象，同時(shí)在傳遞效率上要高，所以工作臺(tái)的導(dǎo)軌選擇直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。

數(shù)控銑床的伺服電機(jī)與工作臺(tái)連接，使工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，需要通過絲杠螺母副進(jìn)行連接，本工作臺(tái)選取滾珠絲杠副，這樣可以使工作臺(tái)壽命長，精度高。

為了使工作臺(tái)的傳動(dòng)精度高，不應(yīng)使工作臺(tái)的移動(dòng)速度過快，盡量減輕工作臺(tái)軸上的扭轉(zhuǎn)力，這樣可以減輕工作臺(tái)的顫動(dòng)，減小工作臺(tái)的慣量，所以選取聯(lián)軸起到減速裝置的作用，通過以下公式來對工作臺(tái)或者工件折算到電機(jī)軸上的慣量：

為了能更好的對工作臺(tái)進(jìn)行檢查，需要對數(shù)控銑床工作臺(tái)增加檢測裝置，檢測裝置可以選用開環(huán)也可以選用閉環(huán)控制系統(tǒng)，本工作臺(tái)的檢測系統(tǒng)采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，安裝光柵尺來對整個(gè)工作臺(tái)進(jìn)行監(jiān)測。

通過以上的設(shè)計(jì)分析最終繪制出整體工作臺(tái)的方案圖，如圖1。

通過圖中可以看出，人是主要控制者，電機(jī)通過接到控制信息，信號(hào)傳給電機(jī)，伺服電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過絲杠控制工作臺(tái)作x，y，z方向直線運(yùn)動(dòng)。

3 床身設(shè)計(jì)

床身作為數(shù)控銑床的一個(gè)支撐件，是最基礎(chǔ)的部分，在對床身的要求上，要使床身的剛度比較大，能滿足整個(gè)銑床的整體震動(dòng)，不能有太大的噪音，需要有一定的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)數(shù)控銑床在工作時(shí)候排屑要順暢，具有較好的工藝性。

床身作為性能對整個(gè)數(shù)控銑床有著不小的影響，在床身的設(shè)計(jì)當(dāng)中，數(shù)控銑床的床身強(qiáng)度是一個(gè)重要的指標(biāo)，圖2是數(shù)控銑床整體受力的模型，床身的重量又是占數(shù)控機(jī)床整體重量最大的部分，在數(shù)控銑床床身的設(shè)計(jì)上要將懸梁、機(jī)床整體、底座、升降臺(tái)以及要加工零件的總質(zhì)量相加起來，通過這個(gè)總質(zhì)量來設(shè)計(jì)床身。

但在數(shù)控銑床的受力上并不是床身的重量對機(jī)床影響最大，數(shù)控銑床外載荷和機(jī)床工作時(shí)候切削力影響最大。

床身的設(shè)計(jì)是通過對床身的受力分析，然后初步擬定設(shè)計(jì)方案和總體外形，再對這個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行核算，或者進(jìn)行CAD、3D建模，如圖3，如果設(shè)計(jì)方案不合理，再進(jìn)行修改，而對床身的材料設(shè)計(jì)上，要選擇合理的材料，滿足機(jī)床和設(shè)計(jì)要求，不能使用高成本材料，也不能選用太重的材料，數(shù)控銑床床身的材料選擇灰鑄鐵，因?yàn)樵摬牧系目估瓘?qiáng)度高，對于抗震性能高，可以吸震。

數(shù)控銑床的床身制造上，采用鑄造生產(chǎn)方法，因?yàn)殍T造成本低，同時(shí)鑄造的制造方法工藝性能好，對復(fù)雜的零件，異形零件都可以實(shí)現(xiàn)制造，但在鑄造方法中也是分不同的方法，本次床身的設(shè)計(jì)上，采用砂型鑄造方法。

4 結(jié)束語

在機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)，分析數(shù)據(jù)、查閱設(shè)計(jì)手冊、參考期刊資料設(shè)計(jì)出新型設(shè)備，或者改善現(xiàn)有設(shè)備的性能，是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)最普遍也是最基礎(chǔ)的能力，本數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)中，就是采用對數(shù)控銑床的性能提升。伺服系統(tǒng)采用的步進(jìn)電機(jī)，就是起到多元化驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)，像這樣的性能改善，是對數(shù)控銑床精度以及自動(dòng)化的提升，同時(shí)也會(huì)使設(shè)備及元件的壽命延長，但隨之而來的也是有著成本上的提高，但可以設(shè)計(jì)出高品質(zhì)的數(shù)控銑床。

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