数控立式铣床机械结构设计.pdf

小型数控立式铣床机械结构设计 李武波 ( 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广东 广州 510640) 摘? 要: 介绍了一种小型数控立式铣床的总体布局、 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 Small?sized CNC Vertical Milling Machine LI Wubo ( College of M echanical 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? 105mm2; 主轴箱上下移动最大行程: 345 mm; 工作台工作面积: 730 mm ? 350 mm; 工作台最大纵向行程: 450 mm; 工作台最大横向行程: 250 mm; 机床底座面积: 400 mm ? 680 mm; 主轴变速范围: 80 1 650 r/ min。 图 1? 机床的结构简图 2? 机床主传动系统及主轴组件设计 2. 1? 机床主传动系统 数控铣床主传动系统由主轴电动机、 传动系统 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 Rnp远大于电动机的恒功率变速范围Rdp, 在电动 ?51?新技术新工艺? ?数字技术与机械加工工艺装备? 2010年 ? 第 2期 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 im ax? 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= 2 ?65, 第 2 级高速档的传动比 i21= 1, 第 2级低速档 i22= 3。 小齿轮齿数分别为 22、 40、 20, 即 i11= 22 58, i 21= 40 40, i 22= 20 60, 如图 2 所示。 图 2? 机床的主传动系统图 2. 2? 主轴组件 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。 图 2? 主轴组件结构简图 3? 机床伺服进给系统设计 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 Vmax= 15 m/ min, 定位精 度为? 0. 02/ 300 mm。机床选择 NL2505 型内循环 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 mm, 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 90BF003 型步进电动机可满 足设计要求。 图 3? 机床纵向进给结构简图 图 4? 机床主轴箱进给结构简图 机床主轴箱的进给系统结构简图如图 4所示, 工 作台上下运动最大行程为 345 mm, 进给速度为 10 200 mm/ min, 快速进给速度为 Vmax= 10 m/ min, ?52?新技术新工艺? ?数字技术与机械加工工艺装备? 2010年 ? 第 2期 热加工工艺技术与材料研究 固体润滑高分子涂层材料研究进展 张? 利, 律微波, 王绪科, 张新恩, 李金辉, 王? 林, 张荣军 (山东省科学院 新材料研究所, 山东 济南 250014) 摘? 要: 固体润滑材料已经成为摩擦学研究的热点之一。本文介绍了高分子基涂层材料研究发展和 应用研究状况, 综述了聚苯硫醚( PPS) 、 环氧树脂、 聚酰亚胺( PI) 、 聚四氟乙烯( PTFE) 、 聚醚醚酮( PEEK) 作为固体润滑材料的研究应用进展。 关键词: 固体润滑; 摩擦; 高分子 中图分类号: T Q 31? ? 文献标志码: A Research Advance on Solid Lubricant Polymer Coating Materials ZHANG Li, LV Weibo, WANG Xuke, ZHANG Xinen, LI Jinhui, WANG Lin, ZHANG Rongjun ( New Material Institute of Shandong Sciences Academy, Jinan 250014, China) Abstract:The research on the solid lubricant polymer coating materials are one of the hot points of the tribology re? search. In this paper, the research advance and applications of the polymer coating materials are introduced. Finally the re? search and application advances of the PPS, EP, PI, PTFE, PEEK composites are summarized. Key words: Solid lubricating, Friction, Polymer ? ? 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 A110K- G5913。 4? 结语 小型数控钻铣床的机械部分设计的研究工作包 括总体布局、 主传动系统、 主轴组件和进给系统设 计。归纳研究成果, 得出如下结论。 1) 总体设计采用单立柱布置方案, 加工精度、 生产率和自动化程度高, 结构简单、 紧凑、 具有较好 的综合特性。 2) 机床主轴采用变频电动机调速, 无级变速, 调速范围宽, 性能稳定优良。 3) 机床进给系统采用步进电动机的开环控制, 定位精度满足要求, 稳定性较好, 成本较低, 调试维 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。 参考文献 1 文怀兴, 夏田. 数控机床系统设计 M. 北京: 化学工业 出版社, 2005. 2 北京航空学院机械加工教研室. 数控机床的结构与传动 M. 北京: 国防工业出版社, 1977. 3 机床设计手册编写组编. 机床设计手册