對(duì)加工中心滑枕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、對(duì)加工中心滑枕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，一個(gè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量和技術(shù)水平在某種程度上就代表這個(gè)國(guó)家的制造業(yè)水平和競(jìng)爭(zhēng)力?；硎羌庸ぶ行牡暮诵慕Y(jié)構(gòu)之一，是對(duì)零部件加工的直接執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理對(duì)加工中心的加工結(jié)果有著直接的影響。因而加工中心滑枕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為重要。關(guān)鍵詞：加工；滑枕；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1前言數(shù)字控制也是最近幾年新興起來的一種自動(dòng)控制的技術(shù)，利用數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的一種方法。數(shù)字控制的機(jī)床是采用數(shù)字來對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制。數(shù)控的機(jī)床是裝有數(shù)控控制的裝備。數(shù)字控制的系統(tǒng)主要的功能就是采用邏輯處理的方式，或者是運(yùn)用其他的運(yùn)算符編碼指令來對(duì)規(guī)定的程序進(jìn)

2、行編寫，數(shù)控系統(tǒng)也是一種控制的系統(tǒng)，他能夠完成對(duì)數(shù)控信息的輸入、編碼以及運(yùn)算，對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行全面的加工。2數(shù)控機(jī)床及加工中心的工作原理數(shù)控機(jī)床的加工中心主要就是運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)的自動(dòng)控制，精密的測(cè)量方法和完善的機(jī)械設(shè)計(jì)等方面知識(shí)，也是機(jī)電一體化的產(chǎn)品，是未來機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)控機(jī)床的工作原理是：首先將加工零件圖上的信息和工藝的信息數(shù)字化，按照相關(guān)規(guī)定的代碼和格式對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的加工。數(shù)字化信息的定義就是將工件與道具的坐標(biāo)分割成一個(gè)小單位，也可以叫做最小位移量，數(shù)控系統(tǒng)是按照程序的要求，對(duì)信息進(jìn)行處理和分配，使得坐標(biāo)的移動(dòng)可以是若干個(gè)小的位移單位，在工件與道具運(yùn)動(dòng)的過程中完成零件的加工。3 數(shù)控加

3、工中心滑枕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主軸和主軸電機(jī)等構(gòu)件與移動(dòng)部分相連，隨移動(dòng)部件移動(dòng)。絲杠電機(jī)與固定件連接。絲杠與固定部分連接，絲杠絲母控制移動(dòng)部分上下移動(dòng)。主軸電機(jī)選擇西門子1PH7-137NG，配套減速器型號(hào)為2LG4320。絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇西門子1FK7101-5AF71，配套減速器型號(hào)為L(zhǎng)P155-M01。絲杠公稱直徑選為55 mm，導(dǎo)程20 mm，長(zhǎng)度約為1200 mm。絲母的型號(hào)選擇為BNFN5520-5。聯(lián)軸器選擇為ROTEX梅花型彈性聯(lián)軸器。型號(hào)NO.001-鋼材料，規(guī)格38。3.1滑枕設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1.1滾珠絲杠選擇計(jì)算（1） 已知參數(shù) 絲杠的公稱直徑55mm，導(dǎo)程20mm，長(zhǎng)度1500m

4、m，BNFN5520-5。 （2) 切削力的確定 按照立銑（不對(duì)稱順銑）計(jì)算各向分力，如下圖所示：已知主切削力Fc =5000(N)，fw運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，見下表：表3.1運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)選擇 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 無沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 1.01.2 一般 運(yùn) 轉(zhuǎn) 1.21.5 有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 1.52.5 計(jì)算： 250r/min20510001000×=Svns 225101500025060106066××××=TnL 小于絲杠額定動(dòng)載荷463.5KN。 （3）剛度計(jì)算 滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：絲杠的

5、拉伸或壓縮變形量1： 在總的變形量中占的比重較大?？梢杂糜?jì)算方法確定。 先用下式計(jì)算滾珠絲杠受工作負(fù)載的Fm的作用引起導(dǎo)程S的變化量L（mm） 在計(jì)算滾珠絲杠總長(zhǎng)度上的拉伸或壓縮變形量1（兩端固定）。 L=±(Fm*S) /4EF式中， L在工作負(fù)載作用下引起每一導(dǎo)程的變化量，（mm）；Fm 工作負(fù)載，即進(jìn)給牽引力，(N)； S滾珠絲杠的導(dǎo)程，（mm）； E 材料彈性模數(shù)，對(duì)鋼E=206×10³.，（N/ mm²）； F滾珠絲杠截面積（按內(nèi)徑確定）（mm2） “+”號(hào)用于拉伸，“-”號(hào)用于壓縮。L=±(Fm*S) /4EF=±(260

6、0×20)/4×2.06×10³×¼×55.9²×3.14=0.26×10-4（mm） 計(jì)算滾珠絲杠在總長(zhǎng)度上拉伸或壓縮的變形量1 1 L*L/L0=2.6×10-5×1500/20=0.0039(mm)式中：滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度。 根據(jù)實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度主要由絲杠本身拉壓剛度，絲杠副內(nèi)的接觸剛度，軸承和軸承座剛度，因此近似取拉壓剛度的1/3(變形近似為拉壓變形的3倍)。31=0.01170.02(mm) ，符合要求定位精度±0.005/30

7、0(mm)。3.1.2 機(jī)床主軸部分設(shè)計(jì)計(jì)算 主軸電機(jī)及其減速器的選擇計(jì)算：主軸電機(jī)型號(hào)及性能參數(shù)：西門子1PH7-137NG 額定功率：36KW，額定轉(zhuǎn)速2000rpm，額定轉(zhuǎn)矩172Nm，最高轉(zhuǎn)速8000rpm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.19，重量130Kg 2mKg與1PH7-163NF配套的減速機(jī)型號(hào)為2LG4320,其性能參數(shù)為：重量70Kg，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 電機(jī)聯(lián)接減速器，減速器連接同步帶輪，帶動(dòng)主軸，帶傳動(dòng)1：1，主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估計(jì)值：0.043·同步帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估計(jì)值：材料鑄鋼，慣量匹配計(jì)算：不采用減速機(jī)的同步帶1：1傳動(dòng)。 0.109/（0.109+0.043+0.0113）=0.

8、67，慣量匹配符合要求。 帶輪傳動(dòng)中心距275mm，同步帶規(guī)格：1030-8-YU-70，北京高得 。帶輪：8-YU，60齒，北京高得。 3.2 同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 初步選擇基本參數(shù)數(shù)據(jù)按照?qǐng)A弧齒計(jì)算，8M型，基本參數(shù)如下：傳動(dòng)比1=i， 節(jié)距，齒形角，齒根厚s=5.15，齒高8=bpo142=38.31=h，齒根角半徑，齒頂園半徑，帶高76.064.0=rr46.2=ar0.6=sh 。同步帶的選擇計(jì)算從動(dòng)帶輪節(jié)徑. d1=152。79，外徑42.1511do=151.42， 主動(dòng)帶輪節(jié)徑d2=152.79，外徑d=151.42o。 初定中心距：0.7 (d1+ d2) a02 (

9、d1+d2) 0.7 (152.79+152.79) a02 (152.79+152.79) 4滑枕的二維繪圖及主要連接部位結(jié)構(gòu)分析 4.1滑枕的二維繪圖介紹滑枕的二維圖主要可以有CAXA來進(jìn)行繪制。CAXA是在1996年推出的電子圖書，目前在工程中和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)繪圖中的應(yīng)用比較廣泛，CAXA也是全國(guó)繪制圖計(jì)算機(jī)考試的制定軟件。CAXA的電子圖主要就是以交互圖的方式，對(duì)幾何模型進(jìn)行實(shí)施控制、編輯和修改。并且能夠保存拓?fù)漕愋畔⒌闹R(shí)。CAXA的電子圖版的圖形設(shè)計(jì)主要能夠幫助設(shè)計(jì)人員發(fā)揮其自身的創(chuàng)造性，不斷提高其工作效率，不斷縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，可以幫助設(shè)計(jì)人員從繁重的設(shè)計(jì)繪圖中走出來。這樣更加有

10、助于對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的研究和規(guī)范。CAXA的電子圖版更加適合于二維繪圖的場(chǎng)合，利用CAXA可以進(jìn)行零件圖的設(shè)計(jì)和包裝，裝配圖的設(shè)計(jì)和包裝、零件圖的組裝而后裝配、裝配圖的拆畫零件、工藝圖表的設(shè)計(jì)、平面包裝的設(shè)計(jì)等等。CAXA可以有以下幾個(gè)特點(diǎn)，首先具有易學(xué)的特點(diǎn)，CAXA在學(xué)習(xí)的過程中很簡(jiǎn)單，系統(tǒng)具有全面的中文界面和靈活的操作方式，在設(shè)計(jì)的過程中能夠符合中國(guó)工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)習(xí)慣，也能夠滿足其設(shè)計(jì)的需要。對(duì)其零件功能的設(shè)計(jì)和繪制都是可以從使用的角度出發(fā)，按照步驟一步一步來進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作。用戶在設(shè)計(jì)的過程中并不需要具備較深的設(shè)計(jì)知識(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)，就可以獨(dú)立的進(jìn)行操作。其次，操作簡(jiǎn)單，屬于智能設(shè)計(jì)

11、。系統(tǒng)能夠提供強(qiáng)大的智能化工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?？梢杂谐叽绲脑O(shè)計(jì)標(biāo)注，。坐標(biāo)的標(biāo)注，文字的標(biāo)注，尺寸誤差的標(biāo)注，形位公差的標(biāo)準(zhǔn)，表面問題的標(biāo)準(zhǔn)等等。用戶僅僅需要選擇需要標(biāo)準(zhǔn)的方式，標(biāo)注的過程中所有的細(xì)節(jié)并不是人工完成而是需要由系統(tǒng)來自動(dòng)完成。系統(tǒng)可以提供強(qiáng)大的智能繪圖的編輯功能和繪制功能，其中包括基本的點(diǎn)、圓、線、矩形等等多種線條，并且能夠提供多方面的裁剪、交換、拉伸、陳列、黏貼等情況修改。再次，CAXA的體系比較開放，能夠符合其實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，能夠符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的圖框、標(biāo)題欄，另外還可以根據(jù)自己的需要來自行的設(shè)定圖框和標(biāo)題欄。在繪制裝配圖的過程中，對(duì)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行明確，能夠有效的繼承用戶之前的成果，并

12、且系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，一般的系統(tǒng)對(duì)矢量字庫都是支持的，另外也可以利用中文的平臺(tái)來輸入漢字，并且在各種圖樣中輸入各種字體的文字。最后就是對(duì)參量各方面的設(shè)計(jì)，參量的設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以提供高效的參量化圖庫，也可以方面的對(duì)預(yù)定義的圖案進(jìn)行調(diào)出，對(duì)相似的圖形進(jìn)行參數(shù)的設(shè)計(jì)，這樣能夠大大的減輕繪圖過程中出現(xiàn)的負(fù)擔(dān)，對(duì)圖形的參數(shù)化過程進(jìn)行既簡(jiǎn)單又明了的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)要提供局部的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，調(diào)用復(fù)雜的零件圖形進(jìn)行編輯和修改，然后給出合理的結(jié)果。4.2滑枕的主要連接部位結(jié)構(gòu)分析（1）絲杠上端固定及絲杠電機(jī)的固定 絲杠上端支撐處主要由絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)及絲杠上端支撐來承受電機(jī)的重量以及移動(dòng)箱體移動(dòng)時(shí)絲杠上所傳來的力。絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)通

13、過四個(gè)沉頭螺釘固定在電機(jī)固定板上，然后電機(jī)固定板再通過螺釘固定在絲杠電機(jī)及絲杠上端支撐上。絲杠通過絲杠上端圓螺母把力傳遞給絲杠上端支撐處的軸承，再通過軸承傳遞給絲杠上端固定處的端蓋及絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)及絲杠上端支撐上。絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)及絲杠上端支撐通過側(cè)面的螺釘及上部的螺栓固定在固定件上。具體結(jié)構(gòu)如圖4.1和4.2所示。 圖4.1 絲杠上端固定及絲杠電機(jī)固定正面示意圖 圖4.2絲杠上端固定及絲杠電機(jī)固定側(cè)面示意圖（2）絲杠下端固定絲杠下端固定與絲杠上端固定類似，絲杠下端支撐的側(cè)螺釘固定在固定件上，絲杠下端支撐主要承受來自絲杠上的力。絲杠通過絲杠上端圓螺母把力傳遞給絲杠下端支撐處的軸承，再通過軸承傳遞給絲

14、杠下端固定處的端蓋及絲杠下端支撐上。具體結(jié)構(gòu)如圖4.3和4.4所示。 圖4.3 絲杠下端支撐正面示意圖 圖4.4 絲杠下端支撐側(cè)面示意圖（3）絲杠絲母與移動(dòng)箱體連接處固定絲杠絲母與移動(dòng)箱體通過移動(dòng)固定件與移動(dòng)箱體固定并帶動(dòng)移動(dòng)箱體豎直運(yùn)動(dòng)。絲母與移動(dòng)固定件通過螺釘連接，移動(dòng)固定件與移動(dòng)箱體通過側(cè)螺釘連接。來自移動(dòng)箱體的力主要通過如圖4.5所示的面1、面2與面3來承受。具體結(jié)構(gòu)如圖4.5和4.6所示。 圖4.5絲母與移動(dòng)箱體連接正面示意圖圖4.6絲母與移動(dòng)箱體連接側(cè)面示意圖 4.3滑枕三維建模（1） 滑枕三維建模圖展示: 圖5.2滑枕內(nèi)部等軸側(cè)視圖 圖5.3滑枕正視圖（2） 滑枕結(jié)構(gòu)和工作工程分

15、析 1）如圖5.6,液壓缸桿起支撐移動(dòng)箱體及其連接件大部分重量的作用，上箱體固定在移動(dòng)箱體上，隨移動(dòng)箱體一塊移動(dòng)。上箱體左部分與拉罩（圖上未示出，參看總體圖）連接，拉罩隨移動(dòng)箱體的移動(dòng)而上下伸縮。 圖移動(dòng)箱體上部結(jié)構(gòu)3）如圖5.7,絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)絲母上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)移動(dòng)箱體固定件移動(dòng)。拉罩固定起到對(duì)拉罩下端固定的作用。在此圖上同時(shí)也可以看到滑動(dòng)軌道壓板的位置。 圖固定件上部結(jié)構(gòu)4）方滑枕左右兩側(cè)各有一個(gè)導(dǎo)軌，其中右邊的導(dǎo)軌裝有鑲條。導(dǎo)軌由移動(dòng)箱體在導(dǎo)軌中的滑動(dòng)部分，導(dǎo)軌壓板和固定件組成。5）絲杠下支撐通過如圖所示側(cè)螺釘固定在固定件上，絲杠下螺母和下端蓋起到固定絲杠和

16、支撐的作用。圖絲杠下端固定處結(jié)構(gòu)圖6）動(dòng)箱體固定件是連接絲杠絲母和移動(dòng)箱體的一個(gè)重要零件，絲杠通過移動(dòng)箱體固定件來帶著移動(dòng)箱體移動(dòng)。移動(dòng)箱體固定件通過如圖所示的側(cè)螺釘與移動(dòng)件來連接。支撐板起到定位和支撐作用。調(diào)整墊片用來調(diào)整移動(dòng)箱體固定件和移動(dòng)箱體之間的配合間隙。7）如圖5.10所示，吸刀液壓缸起到吸刀的作用，可以拉住刀具防止其脫落。主軸電機(jī)帶動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶輪通過傳動(dòng)帶（未建模）把轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)給主軸，主軸帶動(dòng)刀具對(duì)加工件進(jìn)行加工。其中主軸通過如圖下端的螺釘固定在移動(dòng)箱體上，主軸電機(jī)支撐架通過如圖的側(cè)螺釘固定在移動(dòng)箱體上。圖5.10 主軸及主軸電機(jī)處結(jié)構(gòu)圖8)前箱體通過十字槽螺釘與移動(dòng)箱體相連接，對(duì)

17、主軸電機(jī)等起到保護(hù)、防護(hù)作用。5數(shù)控機(jī)床的重要性是位置精度檢測(cè)及補(bǔ)償數(shù)控的發(fā)展越來越好，這樣數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向也越來越明了，精度也越來越大，人們對(duì)數(shù)控機(jī)床的精度的重要性也逐漸的被擴(kuò)大，數(shù)控機(jī)床的精度與標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)的過程中也是比較重要的，在設(shè)計(jì)的過程中，需要對(duì)精度和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。經(jīng)過加工以后的幾何參數(shù)比如：尺寸、形狀和表面相互位置，與理想幾何參數(shù)符合的程度叫數(shù)控機(jī)床的加工精度。用誤差來表示精度的高低。測(cè)量中實(shí)際的值與理想的值一定會(huì)存在差值，這樣也可以理解為是誤差，若是精度越高可以說明誤差越小。對(duì)工件精度的衡量可以分為三種：尺寸精度、形狀精度、位置精度這三種。機(jī)械在技工的過程中，一般都是通過刀具和工

18、件來安裝機(jī)床上的零件，刀具和工件對(duì)其零件的切削的正確程度也決定了工件所加工的精度。這種技術(shù)也可以理解為指高新技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)測(cè)量，它與力學(xué)、損傷容限設(shè)計(jì)多種情況的設(shè)計(jì)都結(jié)合在一起。精度不僅僅能夠有效的測(cè)出位韓星的缺陷，并且能夠檢測(cè)出缺陷存在的位置、數(shù)量、大小、密度、長(zhǎng)度等等情況。格局這些情況能夠?qū)υO(shè)備繼續(xù)運(yùn)行的安全性做出評(píng)價(jià)，因此，設(shè)備在施工的過程中一般推廣的都是無損的技術(shù)，并且相信能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。在機(jī)械加工的過程中，直接或通過安裝在機(jī)床上的刀具和工件，刀具和工件在切削成形運(yùn)動(dòng)過程中相互位置的正確程度決定了工件的加工精度。技術(shù)屬于高新科技領(lǐng)域的特種測(cè)試技術(shù)，當(dāng)把它與斷裂力學(xué)、損傷容限設(shè)計(jì)等安全評(píng)價(jià)技術(shù)相結(jié)合時(shí)