对加工中心滑枕的结构设计

对加工中心滑枕的结构设计摘要：数控机床及数控加工中心是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上就代表这个国家的制造业水平和竞争力。滑枕是加工中心的核心结构之一，是对零部件加工的直接执行机构，它的结构设计是否合理对加工中心的加工结果有着直接的影响。因而加工中心滑枕的结构设计尤为重要。关键词：加工；滑枕；结构设计1前言数字控制也是最近几年新兴起来的一种自动控制的技术，利用数字化的信息实现机床控制的一种方法。数字控制的机床是采用数字来对机床进行控制。数控的机床是装有数控控制的装备。数字控制的系统主要的功能就是采用逻辑处理的方式，或者是运用其他的运算符编码指令来对规定的程序进行编写，数控系统也是一种控制的系统，他能够完成对数控信息的输入、编码以及运算，对数控机床进行全面的加工。2数控机床及加工中心的工作原理数控机床的加工中心主要就是运用了计算机技术的自动控制，精密的测量方法和完善的机械设计等方面知识，也是机电一体化的产品，是未来机床的发展趋势。数控机床的工作原理是：首先将加工零件图上的信息和工艺的信息数字化，按照相关规定的代码和格式对其进行相应的加工。数字化信息的定义就是将工件与道具的坐标分割成一个小单位，也可以叫做最小位移量，数控系统是按照程序的要求，对信息进行处理和分配，使得坐标的移动可以是若干个小的位移单位，在工件与道具运动的过程中完成零件的加工。3数控加工中心滑枕结构设计主轴和主轴电机等构件与移动部分相连，随移动部件移动。丝杠电机与固定件连接。丝杠与固定部分连接，丝杠丝母控制移动部分上下移动。主轴电机选择西门子1PH7-137—NG，配套减速器型号为2LG4320。丝杠驱动电机选择西门子1FK7101-5AF71，配套减速器型号为LP155-M01。丝杠公称直径选为55mm，导程20mm，长度约为1200mm。丝母的型号选择为BNFN5520-5。联轴器选择为ROTEX梅花型弹性联轴器。型号NO.001-钢材料，规格38。3.1滑枕设计计算3.1.1滚珠丝杠选择计算（1）已知参数丝杠的公称直径55mm，导程20mm，长度1500mm，BNFN5520-5。（2)切削力的确定按照立铣（不对称顺铣）计算各向分力，如下图所示：已知主切削力Fc=5000(N)，fw—运转系数，见下表：表3.1运转系数选择运转状态运转系数无冲击运转1.0～1.2一般运转1.2～1.5有冲击运转1.5～2.5计算：250r/min20510001000＝＝×=Svns225101500025060106066＝＝××××=TnL小于丝杠额定动载荷463.5KN。（3）刚度计算滚珠丝杠副的轴向变形会影响进给系统的定位精度及运动的平稳性，因此应考虑以下引起轴向变形的因素：丝杠的拉伸或压缩变形量δ1：在总的变形量中占的比重较大。可以用计算方法确定。先用下式计算滚珠丝杠受工作负载的Fm的作用引起导程S的变化量ΔL（mm）在计算滚珠丝杠总长度上的拉伸或压缩变形量δ1（两端固定）。ΔL=±(Fm*S)/4EF式中，ΔL—在工作负载作用下引起每一导程的变化量，（mm）；Fm—工作负载，即进给牵引力，(N)；S—滚珠丝杠的导程，（mm）；E—材料弹性模数，对钢E=206×10³.，（N/mm²）；F—滚珠丝杠截面积（按内径确定）（mm2）“+”号用于拉伸，“-”号用于压缩。ΔL=±(Fm*S)/4EF=±(2600×20)/4×2.06×10³×¼×55.9²×3.14=0.26×10-4（mm）计算滚珠丝杠在总长度上拉伸或压缩的变形量δ1δ1ΔL*L/L0=2.6×10-5×1500/20=0.0039(mm)式中：—滚珠丝杠在支承间的受力长度。根据《实用机床设计手册》滚珠丝杠副的传动刚度主要由丝杠本身拉压刚度，丝杠副内的接触刚度，轴承和轴承座刚度，因此近似取拉压刚度的1/3(变形近似为拉压变形的3倍)。3δ1=0.0117＜0.02(mm)，符合要求定位精度±0.005/300(mm)。3.1.2机床主轴部分设计计算主轴电机及其减速器的选择计算：主轴电机型号及性能参数：西门子1PH7-137—NG额定功率：36KW，额定转速2000rpm，额定转矩172Nm，最高转速8000rpm，转动惯量0.19，重量130Kg2mKg⋅与1PH7-163—NF配套的减速机型号为2LG4320,其性能参数为：重量70Kg，转动惯量为电机联接减速器，减速器连接同步带轮，带动主轴，带传动1：1，主轴的转动惯量估计值：0.043㎏·㎡同步带轮的转动惯量估计值：材料铸钢，惯量匹配计算：不采用减速机的同步带1：1传动。0.109/（0.109+0.043+0.0113）=0.67，惯量匹配符合要求。带轮传动中心距275mm，同步带规格：1030-8-YU-70，北京高得。带轮：8-YU，60齿，北京高得。3.2同步带的设计计算3.2.1初步选择基本参数数据按照圆弧齿计算，8M型，基本参数如下：传动比1=i，节距，齿形角，齿根厚s=5.15，齿高8=bp142=β38.31=h，齿根角半径，齿顶园半径，带高76.0~64.0=rr46.2=ar0.6=sh。同步带的选择计算从动带轮节径.d1=152。79，外径42.1511do=151.42，主动带轮节径d2=152.79，外径d=151.42o。初定中心距：0.7(d1+d2)＜a0＜2(d1+d2)0.7(152.79+152.79)＜a0＜2(152.79+152.79)4滑枕的二维绘图及主要连接部位结构分析4.1滑枕的二维绘图介绍滑枕的二维图主要可以有CAXA来进行绘制。CAXA是在1996年推出的电子图书，目前在工程中和产品的设计绘图中的应用比较广泛，CAXA也是全国绘制图计算机考试的制定软件。CAXA的电子图主要就是以交互图的方式，对几何模型进行实施控制、编辑和修改。并且能够保存拓扑类信息的知识。CAXA的电子图版的图形设计主要能够帮助设计人员发挥其自身的创造性，不断提高其工作效率，不断缩短新产品的设计周期，可以帮助设计人员从繁重的设计绘图中走出来。这样更加有助于对产品设计标准的研究和规范。CAXA的电子图版更加适合于二维绘图的场合，利用CAXA可以进行零件图的设计和包装，装配图的设计和包装、零件图的组装而后装配、装配图的拆画零件、工艺图表的设计、平面包装的设计等等。CAXA可以有以下几个特点，首先具有易学的特点，CAXA在学习的过程中很简单，系统具有全面的中文界面和灵活的操作方式，在设计的过程中能够符合中国工程技术人员的设计习惯，也能够满足其设计的需要。对其零件功能的设计和绘制都是可以从使用的角度出发，按照步骤一步一步来进行简单的操作。用户在设计的过程中并不需要具备较深的设计知识，在很短的时间内，就可以独立的进行操作。其次，操作简单，属于智能设计。系统能够提供强大的智能化工程设计标准。可以有尺寸的设计标注，。坐标的标注，文字的标注，尺寸误差的标注，形位公差的标准，表面问题的标准等等。用户仅仅需要选择需要标准的方式，标注的过程中所有的细节并不是人工完成而是需要由系统来自动完成。系统可以提供强大的智能绘图的编辑功能和绘制功能，其中包括基本的点、圆、线、矩形等等多种线条，并且能够提供多方面的裁剪、交换、拉伸、陈列、黏贴等情况修改。再次，CAXA的体系比较开放，能够符合其实际应用的标准，能够符合国家标准的图框、标题栏，另外还可以根据自己的需要来自行的设定图框和标题栏。在绘制装配图的过程中，对数据的结构进行明确，能够有效的继承用户之前的成果，并且系统的数据交互，一般的系统对矢量字库都是支持的，另外也可以利用中文的平台来输入汉字，并且在各种图样中输入各种字体的文字。最后就是对参量各方面的设计，参量的设计系统可以提供高效的参量化图库，也可以方面的对预定义的图案进行调出，对相似的图形进行参数的设计，这样能够大大的减轻绘图过程中出现的负担，对图形的参数化过程进行既简单又明了的设计。系统要提供局部的参数进行设计，调用复杂的零件图形进行编辑和修改，然后给出合理的结果。4.2滑枕的主要连接部位结构分析（1）丝杠上端固定及丝杠电机的固定丝杠上端支撑处主要由丝杠驱动电机及丝杠上端支撑来承受电机的重量以及移动箱体移动时丝杠上所传来的力。丝杠驱动电机通过四个沉头螺钉固定在电机固定板上，然后电机固定板再通过螺钉固定在丝杠电机及丝杠上端支撑上。丝杠通过丝杠上端圆螺母把力传递给丝杠上端支撑处的轴承，再通过轴承传递给丝杠上端固定处的端盖及丝杠驱动电机及丝杠上端支撑上。丝杠驱动电机及丝杠上端支撑通过侧面的螺钉及上部的螺栓固定在固定件上。具体结构如图4.1和4.2所示。图4.1丝杠上端固定及丝杠电机固定正面示意图图4.2丝杠上端固定及丝杠电机固定侧面示意图（2）丝杠下端固定丝杠下端固定与丝杠上端固定类似，丝杠下端支撑的侧螺钉固定在固定件上，丝杠下端支撑主要承受来自丝杠上的力。丝杠通过丝杠上端圆螺母把力传递给丝杠下端支撑处的轴承，再通过轴承传递给丝杠下端固定处的端盖及丝杠下端支撑上。具体结构如图4.3和4.4所示。图4.3丝杠下端支撑正面示意图图4.4丝杠下端支撑侧面示意图（3）丝杠丝母与移动箱体连接处固定丝杠丝母与移动箱体通过移动固定件与移动箱体固定并带动移动箱体竖直运动。丝母与移动固定件通过螺钉连接，移动固定件与移动箱体通过侧螺钉连接。来自移动箱体的力主要通过如图4.5所示的面1、面2与面3来承受。具体结构如图4.5和4.6所示。图4.5丝母与移动箱体连接正面示意图图4.6丝母与移动箱体连接侧面示意图4.3滑枕三维建模（1）滑枕三维建模图展示:图5.2滑枕内部等轴侧视图图5.3滑枕正视图（2）滑枕结构和工作工程分析1）如图5.6,液压缸杆起支撑移动箱体及其连接件大部分重量的作用，上箱体固定在移动箱体上，随移动箱体一块移动。上箱体左部分与拉罩（图上未示出，参看总体图）连接，拉罩随移动箱体的移动而上下伸缩。图移动箱体上部结构3）如图5.7,丝杠驱动电机通过联轴器驱动丝杠旋转，带动丝母上下移动，从而带动移动箱体固定件移动。拉罩固定起到对拉罩下端固定的作用。在此图上同时也可以看到滑动轨道压板的位置。图固定件上部结构4）方滑枕左右两侧各有一个导轨，其中右边的导轨装有镶条。导轨由移动箱体在导轨中的滑动部分，导轨压板和固定件组成。5）丝杠下支撑通过如图所示侧螺钉固定在固定件上，丝杠下螺母和下端盖起到固定丝杠和支撑的作用。图丝杠下端固定处结构图6）动箱体固定件是连接丝杠丝母和移动箱体的一个重要零件，丝杠通过移动箱体固定件来带着移动箱体移动。移动箱体固定件通过如图所示的侧螺钉与移动件来连接。支撑板起到定位和支撑作用。调整垫片用来调整移动箱体固定件和移动箱体之间的配合间隙。7）如图5.10所示，吸刀液压缸起到吸刀的作用，可以拉住刀具防止其脱落。主轴电机带动带轮转动，带轮通过传动带（未建模）把转动传动给主轴，主轴带动刀具对加工件进行加工。其中主轴通过如图下端的螺钉固定在移动箱体上，主轴电机支撑架通过如图的侧螺钉固定在移动箱体上。图5.10主轴及主轴电机处结构图8)前箱体通过十字槽螺钉与移动箱体相连接，对主轴电机等起到保护、防护作用。5数控机床的重要性是位置精度检测及补偿数控的发展越来越好，这样数控机床的发展方向也越来越明了，精度也越来越大，人们对数控机床的精度的重要性也逐渐的被扩大，数控机床的精度与标准在设计的过程中也是比较重要的，在设计的过程中，需要对精度和标准进行评定。经过加工以后的几何参数比如：尺寸、形状和表面相互位置，与理想几何参数符合的程度叫数控机床的加工精度。用误差来表示精度的高低。测量中实际的值与理想的值一定会存在差值，这样也可以理解为是误差，若是精度越高可以说明误差越小。对工件精度的衡量可以分为三种：尺寸精度、形状精度、位置精度这三种。机械在技工的过程中，一般都是通过刀具和工件来安装机床上的零件，刀具和工件对其零件的切削的正确程度也决定了工件所加工的精度。这种技术也可以理解为指高新技术领域的技术测量，它与力学、损伤容限设计多种情况