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 659 中图分类号：TG 文献标志码：B MechanicalStructureofSmall-sizedCNCVertical Machine Design Milling LIWubo ofMechanicalAutomotiveChina of 510640，China) (College Engineering，SouthUniversityTechnology，Guangzhou introducesthe mechanicalstructureofasmall—sizedCNCvertical machine， Abstract：Thispaper major design milling suchastheoverall drive axis andservo-feed thenthefunctionsand layout，mainsystem，principalcomponents system．And ofthemachinewere machinecanmeetthe in is to applications analyzed．The requirements helpful teachingapplication，and thestudentf ofCNC machine． improve knowledgemilling machine structure Keywords：CNCtools，Mechanicaldesign，Servo—feedsystem mm； 数控机床作为一种高自动化、高柔性、高精度、 主轴箱上下移动最大行程：345 minx 高效率的机械加工设备，决定了它在现代制造业中 工作台工作面积：730 350mm； 占有越来越重要的作用。近年来，我国在中高档数 工作台最大纵向行程：450mm； 控机床关键技术上有了较大突破，创造出一批具有 工作台最大横向行程：250mm； mm×680 自主知识产权的研究成果。目前，在实际应用中有 机床底座面积：400 mm； 650 部分工件在加工微型孔或铣削平面时，加工精度不 主轴变速范围：80～1 r／min。 高。如果我们用传统的数控铣床对其加下，将导致 加T效率低且加大设备和电力的损耗。根据这种情 况，我们设计了一种小型数控立式铣床。该铣床造 价大大低于传统数控机床，还能够满足教学上的使 用，提高学生对数控铣床的理解与认识。下文就对 它的机械结构设计作一介绍。 1机床的总体布局 本机床是一台采用立式布置的小型数控铣床， mm×800mmX1．底座；2．横向溜板；3．x向进给步迸电机；4．工作台；5．床身} 机床床身尺寸(长×宽×高)为600 1 405 6．Z向进给步进电机；7．三相异步电机f8．主轴箱 mm，主要由(如图l机床的结构简图所示)机 图1机床的结构简图 床底座，横向溜板，X、y、Z方向进给步进电动机，工 作台，机床床身，三相异步电动机，主轴箱以及相关 2机床主传动系统及主轴组件设计 的电气系统等部分组成。机床的加工过程为：被加 工零件固定于工作台4上，能够实现横向、纵向的进 2．1机床主传动系统 给运动；铣刀装夹在主轴箱8上，能够沿立柱的上下 数控铣床主传动系统由主轴电动机、传动系统 移动，进行铣削加工。整个加工过程由PC进行控 和主轴部件等部分组成，它与普通机床主传动系统 制，实现T件的自动加工。 相比结构较简单，这是由于变速功能主要由无级变 该数控铣床的主要技术参数为： 速电动机来承担。机床主传动为主轴的旋转运动， 最大钻孔直径：28mm； 负载为恒功率型，选用Y802—4型号的三相异步电 最大铣削能力：平面2．6×105mm2； 动机即可满足要求。由于主轴要求的恒功率变速范 围R。，远大于电动机的恒功率变速范围R却，在电动 《新技术新工艺》·数字技术与机械加工工艺装备 2010年第2期 ·51· 万方数据 机与主轴之间串联了一个分级变速箱，以扩大其恒 3机床伺服进给系统设计 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 数控机床的伺服进给系统作用是接收数控系统 为2级传动。对于降速传动，为防止从动齿轮的直 发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路 径过大而使变速机构的径向尺寸太大，常限制传动 作转换和放大后，经伺服驱动装置(直流、交流伺服 副的最大传动比i～≤4，并且采用“前慢后快”的原 电动机，功率步进电动机，电液脉冲电动机等)和机 则，即前面传动组的传动比小些，后面的传动组的传 械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部 动比大些。由此可确定第1级的传动比i，，一2．65，件实现工作进给和快速运动。 第2级高速档的传动比i：。一1，第2级低速档i。：一 机床的纵向进给系统结构简图如图3所示，它 000 的基本参数为：工作台及夹具总重力为1 N，工 3。小齿轮齿数分别为22、40、20，即i，，一篙，i：，= Jo 作台纵向行程为450mm，进给速度为10～400 絮，i22一石20，如图2所示。 m／min，定位精 mm／min，快速进给速度为V一一15 度为±0．02／300 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3．969mm，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

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