数控立式加工中心工作台的结构设计与研究


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数控技术和数控加工中心的诞生标志着生产和控制领域的一个崭新时代的到来。数控加工中心作为初加工设备,主要用于材料切割下料。从适用行业及企业来晉,数控加工中心重点发展高速、精密数控加工中心和高速;"高精度数控加工中心及高速、高精度立卧式加工中心等。

1方案确定

本文以XKA575数控立式加工中心为例,工作台的垂直方向进给传

动系统,是由交流伺服电动机通过速比为1: 2的一对梯形齿形同步带轮,将-动传到轴,再将运动传动至导程为6mm的滚珠丝杠,带运动。垂直方向通过制动器带动轴上的锥齿轮从而实现滚珠丝杠的减速和停止。横向进给是由交流伺服电动机通过速比为1: 2的一对梯形齿形同步带轮,将运动传动至导程为5mm的滚珠丝杠从而带动工作台运动。根据XKA575数控立式加工中心的技术参数,加工中心外形尺寸(长X宽X高)、工作台面积(宽X长)、工作台纵向行程、滑枕横向行程、工作台垂直行程、主轴端面到工作台面距离、主轴中心线到床身立导轨面距离、主轴转速、工作台的最大行程、进给速度、快速移动速度和电动机功率,确定了垂直进给的系统传动方案和横向进给的系统传动方案。

2垂直进给传动系统的设计

根据何服电机最大切削负载转矩,不得超过电机的额定转矩等选用要求,选择垂直方向伺服电机为1FT5-102-0AA01,重量为31kg,惯性矩 J=Ul*10_4kg.m2 额定转速 nN=1200r/min静扭矩 M0=27N.m根据选用的电机参数,对加工中心垂直进给系统进行了传动比的分配、滚珠丝杠的设计和安装设计,垂直进给丝杠所受轴向载荷分析、滚珠丝杠尺寸计算、切削力计算、最大载荷Fmax计算、垂直方向导轨摩擦力计算、滚珠丝杠螺母副的轴向负载力计算和垂直方向导轨摩擦力计算,设计出丝杠的安装及装配图。

通过对传动系统的运动和运动参数计算、传动系统的运动和运动参数计算,梯形同步带参数计算,进行了梯形同步带的设计。通过锥齿轮的参数选择,按齿面接触强度设计、几何尺寸计算、按齿面接触强度校核,按齿根抗弯强度校核进行了锥齿轮的设计,并对交流伺服电机进行了校核和传动轴的设计。最后,进行轴承的校核和制动器的设计之后,将所有零件装配,设计得到垂直进给系统三维传动装配图,如图1所示。

本节主要内容是垂直进给系统中各个零部件基本结构、基本尺寸

进行了详细的设计、计算,并利用Pro/E对数控加工中心的结构进行三维建模。

此设计实现了 XKAOTO加工中心升降台垂直进给系统的传动路线,使用高效率的梯形同步带和锥齿轮传动,但是方案还是有待改善,可以使用联轴器将传动轴与交流伺服电机相连,实现更准确更有效的传动。

3横向进给传动系统的设计

通过对横向进给系统主切削力计箅、各切削分力计算、导轨摩擦力计算、滚珠丝杆螺母副的轴向负载力计算、丝杠导程及长度计算、作用在丝杠上的最大动负荷Ca计算、滚珠丝杠的稳压校核、刚度的验算和效率计算等参数计算,设计出滚珠丝杆螺母副的轴向载荷图。

—最^进行了何服驱动电机的选择和梯形同步带的设计,设计出如图2所示横向进给传动系统丝杠的三维装配图。本节主要内容是横向进给系统中各个零部件的参数设计和校核,最后使用CAD与Pro/E制图软件画出了零件图和装配图,并对图形进行了分析。缺点在于使fl]「梯形同步带进行过渡传动,可以直接将滚珠丝杠与交流伺服电机轴相连,提高传动效率,同时降低成本,也使XKA5750的横向进给的传动更合理。

4结论

本次设计实现了 XKA加工中心升降台的垂直进给和横向进给传动。创新之处是使用了滚珠丝杠副,摒弃了以往的滑动丝杠副的传动,具有轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等优点,但是由于滚珠丝杠不能自锁,具有传动的可逆性,所以在垂直传动系统的设计中使用了制动器。垂直进给方向中可以不使用梯形同步带,而使用联轴器将传动轴与交流何服电机相连,这个方案更经济,效率更高。横向进给方向中也可以去掉梯形同步带部分,直接将滚^坌二与交流何服电机相连,同样可以将交流何服电机改为步进电机更经济,更合理,效率更高。

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