CA6140車(chē)床主軸箱優(yōu)化設(shè)計(jì)

郝繪坤 楊碩

摘要：隨著我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的高速發(fā)展，作為現(xiàn)在工業(yè)基石的數(shù)控機(jī)床也得到了優(yōu)越的發(fā)展前景。車(chē)床用途比較廣，這也決定了車(chē)床的功能和開(kāi)發(fā)都要擁有自己的元素，基于主軸箱在機(jī)床中的重要作用，對(duì)CA6140車(chē)床主軸箱結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)細(xì)節(jié)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，采用經(jīng)驗(yàn)公式和有限元分析法進(jìn)行各種參數(shù)分析計(jì)算，總結(jié)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：CA6140車(chē)床 ?主軸箱 ?有限元分析 ?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

數(shù)控車(chē)床具有加工品質(zhì)好、精度高，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，我們對(duì)機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu)的要求也是越來(lái)越高，而CA6140是中型車(chē)床，主要加工回轉(zhuǎn)類(lèi)零件，工程中常用來(lái)切削內(nèi)外圓柱面、圓錐面等。通過(guò)分析CA6140機(jī)床主軸箱的所有零件，大致可以把主軸箱里的零件分為箱體零件、齒輪零件、軸銷(xiāo)零件、鏈輪零件等。傳統(tǒng)的機(jī)床主軸箱優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要依據(jù)材料力學(xué)理論進(jìn)行，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立主軸箱模型，主軸箱性能的好壞必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試來(lái)核定。

1 ?CA6140車(chē)床主軸箱結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化方案

CA6140車(chē)床是一種在原C620型普通車(chē)床基礎(chǔ)上而來(lái)的臥式車(chē)床，CA6140型普通車(chē)床的主要組成部件有：主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。普通車(chē)床是能對(duì)軸、盤(pán)、環(huán)等多種類(lèi)型工件進(jìn)行多種工序加工的臥式車(chē)床，常用于加工工件的內(nèi)外回轉(zhuǎn)表面、端面和各種內(nèi)外螺紋，采用相應(yīng)的刀具和附件，還可進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、攻絲和滾花等。普通車(chē)床是車(chē)床中應(yīng)用最廣泛的一種，約占車(chē)床類(lèi)總數(shù)的65%，因其主軸以水平方式放置故稱(chēng)為臥式車(chē)床。并在加工過(guò)程中，還應(yīng)考慮材料的剛度和硬度。在分析其優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，完成CA6140車(chē)床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。

2 ?課題研究主要內(nèi)容

通過(guò)查閱大量與CA6140車(chē)床主軸箱相關(guān)的資料，對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程做了充分的了解。由于目前對(duì)于數(shù)控機(jī)床零件的設(shè)計(jì)還是以經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行各種參數(shù)分析，根據(jù)該方式對(duì)可能發(fā)生損壞的地方進(jìn)行增厚、加厚的方式進(jìn)行構(gòu)建。由于主軸箱內(nèi)部零件的復(fù)雜，經(jīng)驗(yàn)計(jì)算準(zhǔn)確度較低，對(duì)可能損壞的地方增大、增厚考慮地不嚴(yán)謹(jǐn)，以至于零部件出現(xiàn)不好的狀況。本課題主要研究機(jī)床主軸箱，對(duì)CA6140車(chē)床主軸箱結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)細(xì)節(jié)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，采用經(jīng)驗(yàn)公式和有限元分析法進(jìn)行各種參數(shù)分析計(jì)算，找到薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)CA6140車(chē)床主軸箱進(jìn)行合理的改造，并驗(yàn)證其合理性。

3.1主軸箱組成

主軸箱是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，它是用于不知機(jī)床工作主軸及其傳動(dòng)零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu)，箱體包括主軸、軸承、安裝在主軸上的傳動(dòng)件和密封件等。具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示：

3.2 ?主軸箱的主要參數(shù)

目前的自動(dòng)化工件最大回轉(zhuǎn)直徑：400mm

工件最大長(zhǎng)度（四種規(guī)格）：1000mm

主軸孔徑：48mm

主軸前端孔錐度：400mm

主軸轉(zhuǎn)速范圍：正轉(zhuǎn)：10～ 1400r/min;反轉(zhuǎn)：14～ 1580 r/min

加工螺紋范圍：1～192mm/2～24牙/英寸 ?模數(shù)：0.25～48mm

縱向進(jìn)給量范圍：0.1mm，橫向進(jìn)給量：0.05mm

刀架快速移動(dòng)速度： 4m/min

主電機(jī)：功率：7.5千瓦;轉(zhuǎn)速：1450r/min

快速電機(jī)：功率： 370瓦;轉(zhuǎn)速： 2600r/min

冷卻泵：功率： 90瓦;流量：25L/min

3.3 ?主軸箱參數(shù)運(yùn)算和有限元分析

通過(guò)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算機(jī)床的主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)及機(jī)床需要達(dá)到的工作精度，其次根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定主軸箱箱體的總體尺寸及各項(xiàng)細(xì)節(jié);第三根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)公式，分別完成機(jī)床主軸箱箱體的剛度計(jì)算和軸承壽命校核;最后采用有限元分析法對(duì)主軸箱箱體進(jìn)行靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果。

通過(guò)有限元分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比得到：在最大載荷情況下，當(dāng)主軸箱的前板厚度為18mm厚時(shí)，箱體的最大變形、最大應(yīng)力均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并且還有一定的余量;厚度為15mm時(shí)，剛度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，但強(qiáng)度符合工作要求。算出該主軸箱前六階的模態(tài)振型和固有頻率，最低階固有頻率為418.5Hz，遠(yuǎn)大于車(chē)床的最高工作頻率（33. 3Hz），符合工作要求：另發(fā)現(xiàn)主軸箱內(nèi)的內(nèi)板和后壁的振動(dòng)變形較大：這就為該類(lèi)零部件的進(jìn)一步優(yōu)化提供了依據(jù)和研究思路。

4 ?結(jié)語(yǔ)

CA6140普通車(chē)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)，針對(duì)現(xiàn)有常規(guī)CA6140普遍車(chē)床的缺點(diǎn)， 實(shí)現(xiàn)數(shù)控改裝方案和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高加工精度和擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。如今機(jī)械制造業(yè)不斷向著更高方向發(fā)展，對(duì)機(jī)床主軸的維護(hù)也成為一個(gè)重要方向，通過(guò)不斷的深入研究，能夠使得普通機(jī)床具有更好地加工精度，從而提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，進(jìn)一步為國(guó)家機(jī)械制造業(yè)增添活力。

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