數(shù)控立式銑床工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究

摘 要：本課題主要對XKA5750數(shù)控立式銑床升降臺橫向進給、垂直進給系統(tǒng)進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計、原理分析、零件尺寸計算及強度較核，基本上實現(xiàn)了升降臺的正常運行，主要工作包括橫向進給、垂直進給系統(tǒng)內(nèi)部傳動系統(tǒng)的設(shè)計，進給系統(tǒng)驅(qū)動電機的選擇，滾珠絲杠的選擇計算，傳動齒輪的選取計算，以及相應(yīng)的重點部件如軸、軸承的強度校核，確保可靠性設(shè)計。

關(guān)鍵詞：數(shù)控；銑床；結(jié)構(gòu)設(shè)計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.040

0 緒論

數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機床的誕生標(biāo)志著生產(chǎn)和控制領(lǐng)域的一個嶄新時代的到來。數(shù)控銑床作為初加工設(shè)備，主要用于材料切割下料。從適用行業(yè)及企業(yè)來看，數(shù)控銑床重點發(fā)展高速、精密數(shù)控銑床和高速、高精度數(shù)控銑床及高速、高精度立臥式加工中心等。

1 方案確定

本文以XKA5750數(shù)控立式銑床為例，工作臺的垂直方向進給傳動系統(tǒng)，是由交流伺服電動機通過速比為1：2的一對梯形齒形同步帶輪，將運動傳到軸，再將運動傳動至導(dǎo)程為6mm的滾珠絲杠，帶動升降臺運動。垂直方向通過制動器帶動軸上的錐齒輪從而實現(xiàn)滾珠絲杠的減速和停止。橫向進給是由交流伺服電動機通過速比為1：2的一對梯形齒形同步帶輪，將運動傳動至導(dǎo)程為5mm的滾珠絲杠從而帶動工作臺運動。根據(jù)XKA5750數(shù)控立式銑床的技術(shù)參數(shù)，機床外形尺寸（長×寬×高）、工作臺面積（寬×長） 、工作臺縱向行程、滑枕橫向行程、工作臺垂直行程、主軸端面到工作臺面距離、主軸中心線到床身立導(dǎo)軌面距離、主軸轉(zhuǎn)速、工作臺的最大行程、進給速度、快速移動速度和電動機功率，確定了垂直進給的系統(tǒng)傳動方案和橫向進給的系統(tǒng)傳動方案。

2 垂直進給傳動系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)伺服電機最大切削負載轉(zhuǎn)矩，不得超過電機的額定轉(zhuǎn)矩等選用要求，選擇垂直方向伺服電機為1FT5-102-0AA01，重量為31kg，慣性矩J=131*10-4kg.m2額定轉(zhuǎn)速nN=1200r/min，靜扭矩M0=27N.m。

根據(jù)選用的電機參數(shù)，對銑床垂直進給系統(tǒng)進行了傳動比的分配、滾珠絲杠的設(shè)計和安裝設(shè)計，垂直進給絲杠所受軸向載荷分析、滾珠絲杠尺寸計算、切削力計算、最大載荷Fmax計算、垂直方向?qū)к壞Σ亮τ嬎恪L珠絲杠螺母副的軸向負載力計算和垂直方向?qū)к壞Σ亮τ嬎悖O(shè)計出絲杠的安裝及裝配圖。

通過對傳動系統(tǒng)的運動和運動參數(shù)計算、傳動系統(tǒng)的運動和運動參數(shù)計算，梯形同步帶參數(shù)計算，進行了梯形同步帶的設(shè)計。通過錐齒輪的參數(shù)選擇，按齒面接觸強度設(shè)計、幾何尺寸計算、按齒面接觸強度校核，按齒根抗彎強度校核進行了錐齒輪的設(shè)計，并對交流伺服電機進行了校核和傳動軸的設(shè)計。最后，進行軸承的校核和制動器的設(shè)計之后，將所有零件裝配，設(shè)計得到垂直進給系統(tǒng)三維傳動裝配圖，如圖1所示。

本節(jié)主要內(nèi)容是垂直進給系統(tǒng)中各個零部件基本結(jié)構(gòu)、基本尺寸進行了詳細的設(shè)計、計算，并利用Pro/E對數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)進行三維建模。

此設(shè)計實現(xiàn)了XKA5750銑床升降臺垂直進給系統(tǒng)的傳動路線，使用高效率的梯形同步帶和錐齒輪傳動，但是方案還是有待改善，可以使用聯(lián)軸器將傳動軸與交流伺服電機相連，實現(xiàn)更準(zhǔn)確更有效的傳動。

3 橫向進給傳動系統(tǒng)的設(shè)計

通過對橫向進給系統(tǒng)主切削力計算、各切削分力計算、導(dǎo)軌摩擦力計算、滾珠絲桿螺母副的軸向負載力計算、絲杠導(dǎo)程及長度計算、作用在絲杠上的最大動負荷Ca計算、滾珠絲杠的穩(wěn)壓校核、剛度的驗算和效率計算等參數(shù)計算，設(shè)計出滾珠絲桿螺母副的軸向載荷圖。

最后進行了伺服驅(qū)動電機的選擇和梯形同步帶的設(shè)計，設(shè)計出如圖2所示橫向進給傳動系統(tǒng)絲杠的三維裝配圖。本節(jié)主要內(nèi)容是橫向進給系統(tǒng)中各個零部件的參數(shù)設(shè)計和校核，最后使用CAD與Pro/E制圖軟件畫出了零件圖和裝配圖，并對圖形進行了分析。缺點在于使用了梯形同步帶進行過渡傳動，可以直接將滾珠絲杠與交流伺服電機軸相連，提高傳動效率，同時降低成本，也使XKA5750的橫向進給的傳動更合理。

4 結(jié)論

本次設(shè)計實現(xiàn)了XKA5750銑床升降臺的垂直進給和橫向進給傳動。創(chuàng)新之處是使用了滾珠絲杠副，摒棄了以往的滑動絲杠副的傳動，具有軸向剛度高、運動平穩(wěn)、傳動精度高、不易磨損、使用壽命長等優(yōu)點，但是由于滾珠絲杠不能自鎖，具有傳動的可逆性，所以在垂直傳動系統(tǒng)的設(shè)計中使用了制動器。垂直進給方向中可以不使用梯形同步帶，而使用聯(lián)軸器將傳動軸與交流伺服電機相連，這個方案更經(jīng)濟，效率更高。橫向進給方向中也可以去掉梯形同步帶部分，直接將滾珠絲杠與交流伺服電機相連，同樣可以將交流伺服電機改為步進電機，更經(jīng)濟，更合理，效率更高。

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作者簡介：李應(yīng)弟（1988-），女，廣西陽朔人，碩士研究生，主要研究方向：機械工程。