【文章內(nèi)容簡介】 床身要有足夠的剛度。普通精度級加工中心，床身導軌需淬火、磨削。這種床身的材料宜采用HT300鑄鐵。直線滾動導軌的床身，雖然導軌面不必淬火，但從機床剛度要求考慮，亦宜采用HT300鑄鐵。 立柱 立柱的結(jié)構(gòu)加工中心的立柱，隨臥式加工中心和立式加工中心的不同，其結(jié)構(gòu)形式亦不相同。但它們既然是加工中心的立柱，就要支承主軸箱，使之沿垂直方向上下移動。這就使它在承受切削力、振動、溫度變化等惡劣條件下進行工作。因此，立柱亦和床身一樣是加工中心的關(guān)鍵大件之一，要求具有足夠的構(gòu)件剛度和良好的抗振性以及抗熱變形性。加工中心的布局使主軸箱的主軸中心位于立柱的對稱面內(nèi)，立柱則不再承受由主軸箱自重產(chǎn)生的彎矩和由切削力產(chǎn)生的扭矩，從而改善了立柱的受力狀況，減小了立柱的彎曲、扭轉(zhuǎn)變形，提高了剛度 。 合理布置基礎(chǔ)件的筋板可以提高靜剛度，表21 給出了立柱的幾種不同筋板布置時的相對靜剛度。從表中可知：縱向筋板能提高立柱的抗彎和抗扭剛度，提高抗扭剛度效果更為顯著；對角線斜置筋板和對角線交叉筋板對提高立柱的剛度更為有效。表21 不同筋板布置時立柱的靜剛度對比右圖為立式加工中心立柱的橫截面圖。由于該立柱承受彎扭組合載荷，故截面采用接近正方形的封閉外形，為了進一步提高抗彎、抗扭剛度，內(nèi)部采用了對角線交叉筋板。所以，這立柱有很高的抗彎、抗扭剛度。框式立柱布局的優(yōu)點是熱變形對加工精度的影響小 立柱與床身的聯(lián)接立柱與床身的聯(lián)接，一般都采用螺栓緊固。為了提高立柱與床身的接觸剛度，通常采用如下措施：① 采用預(yù)緊力。螺栓聯(lián)接時應(yīng)使結(jié)合面保持在不小于2MPa的預(yù)緊壓力。② 提高有效接觸面平面度，減小接觸面的粗糙度值，以提高結(jié)合剛度。通常采用刮研或磨削手段來實現(xiàn)。③ 增加局部剛度。在緊固螺栓位置處，加大加厚凸緣或增添加強肋。第三章 進給系統(tǒng) 進給傳動系統(tǒng)的要求 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)常用伺服進給系統(tǒng)來工作。伺服進給系統(tǒng)的作用是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)傳來的指令信息，進行放大以后控制執(zhí)行部件的運動，不僅控制進給運動的速度，同時還要精確控制刀具相對于工件的移動位置和軌跡。與普通機床相比，數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求除了具有較高的定位精度之外，還應(yīng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性，系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好。一個典型的數(shù)控機床閉環(huán)控制的進給傳動系統(tǒng)通常由位置比較、放大元件、驅(qū)動元件、機械傳動裝置和檢測反饋元件等幾個部分組成。而機械傳動裝置是位置控制環(huán)中的一個重要環(huán)節(jié)，是指將驅(qū)動源旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楣ぷ髋_直線運動的整個機械傳動鏈。如圖31為本次設(shè)計的進給系統(tǒng)。圖32 立式加工中心伺服進給機構(gòu)傳統(tǒng)進給傳動系統(tǒng)與數(shù)控伺服進給系統(tǒng)的區(qū)別：① 傳統(tǒng)進給傳動系統(tǒng)：多采用一個電機，執(zhí)行件之間采用大量的齒輪傳動，以實現(xiàn)內(nèi)外傳動鏈的各種傳動比要求。故傳動鏈很長，結(jié)構(gòu)相當復(fù)雜。②數(shù)控伺服進給系統(tǒng)：每一個運動都由單獨的伺服電機驅(qū)動，傳動鏈大大縮短，傳動件大大減少，有利于減少傳動誤差，提高傳動精度。為了確保數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的傳動精度和工作的平穩(wěn)性，對進給傳動系統(tǒng)提出如下的要求。① 減少摩擦阻力為了提高數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運動精度，必須減少運動部件的摩擦阻力和動、靜摩擦力之差。為了滿足上述要求，在本次設(shè)計中采用滾珠絲杠螺母副+滾動導軌副的組合如 圖32 所示。 圖32珠絲杠螺母副+滾動導軌副 ②減小各運動零部件的慣量③高的傳動精度和定位精度④寬的進給調(diào)速范圍⑤無間隙傳動（反向間隙）⑥穩(wěn)定性好、壽命長、使用維護方便。 伺服電機 伺服電機的選定主要技術(shù)指標工作臺尺寸(mm) 160250 左右行程(X) 200前后行程(Y) 160上下行程(Z) 200 工作臺最大承重(kg)50工作臺T型槽 318 主軸錐孔 BT30 快速進給(m/min) 10 切削進給(m/min)5定位精度(mm)177。重復(fù)定位精度(mm) 177。數(shù)控系統(tǒng)所發(fā)出的控制指令，是通過伺服驅(qū)動器和伺服電機驅(qū)動機床執(zhí)行部件的。所選電機應(yīng)滿足下列條件：在所有進給速度范圍內(nèi)，空載進給扭矩小于電機額定轉(zhuǎn)矩；最大負載扭矩小于電機額定轉(zhuǎn)矩；電機轉(zhuǎn)動慣量與進給負載轉(zhuǎn)動慣量合理匹配；定位加速度時的最大扭矩小于電機最大轉(zhuǎn)矩。因此必須進行最大負載扭矩計算、慣量匹配計算和加速度扭矩計算，據(jù)此確定合理電機型號。 （一）電機負載轉(zhuǎn)矩的計算負載軸轉(zhuǎn)速：=5/=1000(min1)電機軸的轉(zhuǎn)速：減速比為1,因此 1000(min1)X、Y軸切削力以不對稱逆銑時的銑削力為最大，加速度 負載轉(zhuǎn)矩 式中 TL——負載轉(zhuǎn)矩（） ——摩擦系數(shù) ——滾珠絲桿的導程 ——機械效率 ——滾珠絲杠螺母和軸承加到電機軸上的摩擦力矩=2Nm 最后按滿足的條件選擇伺服電機式中 TS——伺服電動機的額定轉(zhuǎn)矩根據(jù)某品牌交流伺服電機樣本，在考慮保險富裕量的情況下，選擇電機。電機技術(shù)數(shù)據(jù)：額定功率(kw)額定轉(zhuǎn)矩（）最大轉(zhuǎn)矩（）額定轉(zhuǎn)速（r/min）最大轉(zhuǎn)速（r/min）10002000額定電流(A)最大電流（A）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（）電機重量（kg）速度/位置檢測器光電編碼器:2500p/rev (二)慣量匹配計算為了使伺服進給系統(tǒng)的執(zhí)行部件具有快速響應(yīng)能力，必須選用加速能力大的電機，即大慣量電機，但又不能盲目追求大慣量，應(yīng)綜合考慮其性價比，使電機轉(zhuǎn)動慣量與進給負載慣量之間合理匹配。通常在電機慣量與負載慣量(折算至電動機軸)或總慣量之間，推薦下列匹配關(guān)系： 圖331 電機 2 聯(lián)軸器 圓螺母 滾動絲杠固定端 5 滾珠絲杠 滾珠絲杠支承端 滾珠絲杠的慣量計算 ——滾珠絲杠的長度 d——絲杠直徑 工作臺等直線運動部件的慣量計算 m——負載質(zhì)量m=200kg ——滾珠絲杠導程=5mm 聯(lián)軸節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量 由于連軸器已標準化，查表知聯(lián)軸節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量 型電動機的轉(zhuǎn)動慣量為 因為所以電動機慣量與負載慣量匹配。 伺服電機與進給絲杠的聯(lián)接在加工中心進給驅(qū)動系統(tǒng)中，伺服電機與滾珠絲杠聯(lián)接，要保證傳動無間隙。只有這樣才能準確執(zhí)行脈沖指令，而不丟掉脈沖。為此在加工中心上，主要采用三種聯(lián)接方式：直聯(lián)式、齒輪減速方式、齒形皮帶方式。用得最普遍的是聯(lián)軸器。而彈性聯(lián)軸器又是首選的產(chǎn)品。彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，慣性力矩小，換向較平穩(wěn)，無金屬撞擊聲，可減小對儲絲筒軸的沖擊。彈性材料采用橡膠、塑料或皮革。這種聯(lián)軸器的優(yōu)點是，允許電動機軸與儲絲筒軸稍有不同心和不平行，～，最大平行度允差為1176。一體成型的設(shè)計使彈性聯(lián)軸器實現(xiàn)了零間隙地傳遞扭矩和無須維護的優(yōu)勢。如圖所示為本次設(shè)計采用的彈性聯(lián)軸器。 滾珠絲杠螺母副的工作原理與特點圖34中絲杠和螺母都磨有圓弧形螺旋槽，這兩個圓弧形螺旋槽對合起來就形成螺旋線滾道，在滾道內(nèi)裝有滾珠。當絲杠回轉(zhuǎn)時，滾珠相對于螺母上的滾道滾動，因此絲杠和螺母之間基本上為滾動摩擦。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導裝置，使?jié)L珠能循環(huán)流動。圖 341 內(nèi)滾道 2 絲杠 3 絲杠螺母 4 滾珠 5外滾道 在傳動時，滾珠與絲桿、螺母之間基本上是滾動摩擦，所具有的特點有： 1）傳動效率高，摩擦損失小。 2）給予適當預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)，定位精度