摘 : 介绍了一种小型数控立式铣床的总体布局 、 要 主传动系统 、 主轴组件以及伺服进给系统等主要 机械结构设计 ,并分析了机床的功能及其应用范围 。该机床能够满足于教学上使用 , 有利于提高学生对 数控铣床的认识 。 关键词 : 数控铣床 ; 机械结构设计 ; 进给系统 中图分类号 : T G 659 文献标志码 :B Mechanical Structure Design of Small2sized CNC Vertical Mill ing Machine
数控机床作为一种高自动化 、 高柔性 、 高精度 、 高效率的机械加工设备 , 决定了它在现代制造业中 占有越来越重要的作用 。近年来 , 我国在中高档数 控机床关键技术上有了较大突破 , 创造出一批具有 自主知识产权的研究成果 。目前 , 在实际应用中有 部分工件在加工微型孔或铣削平面时 , 加工精度不 高 。如果我们用传统的数控铣床对其加工 , 将导致 加工效率低且加大设备和电力的损耗 。根据这种情 况 ,我们设计了一种小型数控立式铣床 。该铣床造 价大大低于传统数控机床 , 还能够满足教学上的使 用 ,提高学生对数控铣床的理解与认识 。下文就对 它的机械结构设计作一介绍 。
本机床是一台采用立式布置的小型数控铣床 , 机床床身尺寸 ( 长 × × ) 为 600 mm × 宽 高 800 mm × ( 如图 1 机床的结构简图所示) 机 1 405 mm ,主要由 床底座 ,横向溜板 , X 、 、 方向进给步进电动机 ,工 Y Z 作台 ,机床床身 ,三相异步电动机 , 主轴箱以及相关 的电气系统等部分组成 。机床的加工过程为 : 被加 工零件固定于工作台 4 上 ,能够实现横向 、 纵向的进 给运动 ; 铣刀装夹在主轴箱 8 上 ,能够沿立柱的上下 移动 ,进行铣削加工 。整个加工过程由 PC 进行控 制 ,实现工件的自动加工 。 该数控铣床的主要技术参数为 : 最大钻孔直径 :28 mm ; 最大铣削能力 : 平面 2. 6 × 5 mm2 ; 10
和主轴部件等部分组成 , 它与普通机床主传动系统 相比结构较简单 ,这是由于变速功能主要由无级变 速电动机来承担 。机床主传动为主轴的旋转运动 , 负载为恒功率型 ,选用 Y802 - 4 型号的三相异步电 动机即可满足要求 。由于主轴要求的恒功率变速范 围 R np 远大于电动机的恒功率变速范围 R dp , 在电动 ・51 ・
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机与主轴之间串联了一个分级变速箱 , 以扩大其恒 功率变速范围 ,满足低速大功率切削时对电动机的 输出功率要求 。通过计算 , 变速箱的变速级数确定 为 2 级传动 。对于降速传动 , 为防止从动齿轮的直 径过大而使变速机构的径向尺寸太大 , 常限制传动 副的最大传动比 imax ≤4 , 并且采用 “前慢后快” 的原 则 ,即前面传动组的传动比小些 ,后面的传动组的传 动比大些。由此可确定第 1 级的传动比 i11 = 21 65 , 第 2 级高速档的传动比 i21 = 1 , 第 2 级低速档 i22 =
数控机床的伺服进给系统作用是接收数控系统 发出的进给速度和位移指令信号 , 由伺服驱动电路 作转换和放大后 ,经伺服驱动装置 ( 直流 、 交流伺服 电动机 ,功率步进电动机 , 电液脉冲电动机等 ) 和机 械传动机构 ,驱动机床的工作台 、 主轴头架等执行部 件实现工作进给和快速运动 。 机床的纵向进给系统结构简图如图 3 所示 , 它 的基本参数为 : 工作台及夹具总重力为 1 000 N , 工 作台 纵 向 行 程 为 450 mm , 进 给 速 度 为 10 ～ 400 mm/ min ,快速进给速度为 V max = 15 m/ min ,定位精 度为 ± 02/ 300 mm 。机床选择 NL2505 型内循环 0. 螺纹调 整 预 紧 的 双 螺 母 滚 珠 丝 杠 副 , 直 径 为 25
mm ,导程为 5 mm , 滚珠直径为 3. 969 Байду номын сангаасm , 每个螺
母滚珠有 4 列 ,经计算符合设计要求 。机床的滚珠 丝杠采 用两 端轴 向固 定 , 用 一 对 接 触 角 为 25° 的 7001AC 型角接触球轴承面对面组配 。此种固定方 法能对丝杠施加预紧力 , 又能通过轴承端盖来补偿 丝杠的热变形 ,保持预紧力几乎不变 。步进电动机 轴的力矩经计算 ,选用 90B F003 型步进电动机可满 足设计要求 。
主轴组件由主轴 、 、 轴承 传动件和固定件等部分 组成 ,如图 2 所示 。机床工作时 ,由主轴夹持着刀具 直接进行表面成形运动 。所以主轴组件的工作性 能 ,对加工零件的质量和机床生产率都有重要的影
响。 机床主轴承受的轴向载荷较大 ,径向载荷稍小 , 精度要求不高 。通过分析 , 机床的主轴支撑方案确 定为 : 前轴承选用 3 个推力角接触球轴承 7015AC , 其中前面 2 个轴承开口向主轴前端 , 接触角为 25° , 用以承受轴向载荷 ; 第 3 个轴承开口朝里 ,接触角为 14° 3 个轴承的内外圈轴向由轴肩和箱体孔的台 。 阶固定 ,以承受轴向载荷 。后轴承由一对背对背的 推力角接触球轴承 7010AC 组成 ,只承受径向载荷 。
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近年来 ,固体润滑已经成为摩擦学 ( 摩擦 、 磨损 与润滑) 领域重要的研究课题之一 。固体润滑涂层 技术是指将固体物质涂或镀于摩擦副界面 , 作为固 体润滑材料或固体润滑剂 , 对摩擦副界面进行润滑 的方法 ,以降低摩擦或减少磨损 。利用固体润滑材
料进行润滑的方法称为固体润滑 。摩擦副表面实施 固体润滑涂层处理可在高温 、 高负荷 、 超低温 、 超高 真空 、 强氧化还原 、 强辐射 、 少油或无油润滑的工况 下使用 ,明显降低摩擦因数 , 提高耐磨性能 , 既可简 化润滑机构 ,延长使用寿命 ,同时又提高了设备的可
定位精度为 ±0. 02/ 300 mm 。经分析计算 , 机床选 用 NL3008 型内循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝 杠副 ,滚珠丝杠采用一端轴向固定 ,一端游动的支承 方式 。固定端采用 4 个接触角为 25° 的角接触球轴 承 ,2 个同向 、 面对面安装 ,加上预紧 ,轴向刚度和承 载能力能够达到设计要求 。进给驱动电动机选用由 奥托尼克斯电子 ( 嘉兴) 有限公司生产的具有制动功 能的步进电动机 ,型号为 A110 K - G5913 。
修方便 。 本机床使用范围较广 , 可进行中小型机械零部 件的加工及修配 。同时 ,该机床具有钻床 、 立铣床等 功能 ,可以完成钻直孔 、 斜孔 ; 铣水平面 、 铅重面 、 斜 面、 圆弧面 ; 攻丝 、 镗孔 、 铰孔等加工 , 配以适当的工 具可进一步扩大机床的功能 。
