數(shù)控銑床工作臺與床身設(shè)計
2018-12-13 來源： 中捷機(jī)床有限公司 作者：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，而近年來數(shù)控銑床的工作臺發(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，同時數(shù)控銑床的床身也得到了很大的提升，在床身的設(shè)計上注入了新的元素。
關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；工作臺；床身設(shè)計
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)運動，而銑床之所以能加工復(fù)雜的工件，是因為數(shù)控銑床是可以作 x，y，z 三軸運動，也就是升降臺式數(shù)控銑床。而數(shù)控銑床的設(shè)計上一般是需要通過這幾個部分進(jìn)行研究分析，分兩個主要部分，一個是數(shù)控裝置部分，另一個部分是機(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，包括動力系統(tǒng)、導(dǎo)向裝置、傳動元件、機(jī)械機(jī)構(gòu)等。
在數(shù)控銑床的機(jī)械部分，對于銑床的主傳動系統(tǒng)和齒輪設(shè)計，是最為重要的一部分，同時需要通過分析數(shù)控銑床的轉(zhuǎn)速圖和設(shè)計要求，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
工作臺的設(shè)計上，需要從多方位進(jìn)行設(shè)計，首先是對導(dǎo)軌的選擇，對于工作臺，它的要求需要工作臺的定位精度高，不要有爬行現(xiàn)象，同時在傳遞效率上要高，所以工作臺的導(dǎo)軌選擇直線滾動導(dǎo)軌副。
數(shù)控銑床的伺服電機(jī)與工作臺連接，使工作臺運動，需要通過絲杠螺母副進(jìn)行連接，本工作臺選取滾珠絲杠副，這樣可以使工作臺壽命長，精度高。
為了使工作臺的傳動精度高，不應(yīng)使工作臺的移動速度過快，盡量減輕工作臺軸上的扭轉(zhuǎn)力，這樣可以減輕工作臺的顫動，減小工作臺的慣量，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或者工件折算到電機(jī)軸上的慣量：式中：Jw-慣量；S-絲杠的導(dǎo)程；M-工作臺的質(zhì)量。
為了能更好的對工作臺進(jìn)行檢查，需要對數(shù)控銑床工作臺增加檢測裝置，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工作臺進(jìn)行監(jiān)測。通過以上的設(shè)計分析最終繪制出整體工作臺的方案圖，如圖1。
圖 1 工作臺總體方案示意圖
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，信號傳給電機(jī)，伺服電動機(jī)啟動，驅(qū)動電路控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過絲杠控制工作臺作 x，y，z 方向直線運動。
3 、床身設(shè)計
床身作為數(shù)控銑床的一個支撐件，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，能滿足整個銑床的整體震動，能有太大的噪音，需要有一定的動態(tài)特性，同時數(shù)控銑床在工作時候排屑要順暢，具有較好的工藝性。床身作為性能對整個數(shù)控銑床有著不小的影響，在床身的設(shè)計當(dāng)中，數(shù)控銑床的床身強度是一個重要的指標(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)計上要將懸梁、機(jī)床整體、底座、升降臺以及要加工零件的總質(zhì)量相加起來，通過這個總質(zhì)量來設(shè)計床身。
圖 2 受力模型
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)床工作時候切削力影響最大。床身的設(shè)計是通過對床身的受力分析，然后初步擬定設(shè)計方案和總體外形，再對這個設(shè)計方案進(jìn)行核算，或者進(jìn)行 CAD、3D 建模，如圖 3，如果設(shè)計方案不合理，再進(jìn)行修改，而對床身的材料設(shè)計上，要選擇合理的材料，滿足機(jī)床和設(shè)計要求，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，因為該材料的抗拉強度高，對于抗震性能高，可以吸震。
圖 3 三維建模示意圖
數(shù)控銑床的床身制造上，采用鑄造生產(chǎn)方法，因為鑄造成本低，同時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)計上，采用砂型鑄造方法。
4 、結(jié)束語
在機(jī)械設(shè)計專業(yè)，分析數(shù)據(jù)、查閱設(shè)計手冊、參考期刊資料設(shè)計出新型設(shè)備，或者改善現(xiàn)有設(shè)備的性能，是設(shè)計環(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)動傳動，像這樣的性能改善，是對數(shù)控銑床精度以及自動化的提升，同時也會使設(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)計出高品質(zhì)的數(shù)控銑床。
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