數控銑床工作臺與床身設計
2018-12-13 來源： 中捷機床有限公司 作者：王 巖 郝寶珠
摘 要：數控車床是對回轉體進行加工的設備，它可以實現復雜的回轉體加工，但是對于其他的復雜非回轉體的零件，就不能用車床加工了，加工這種零件需要用到數控銑床，數控銑床具有智能化、加工多元化的特點，而近年來數控銑床的工作臺發展也比較迅速，與以前相比加入了一些新的技術，提高了生產效率，使數控銑床的整體質量提高了很多，同時數控銑床的床身也得到了很大的提升，在床身的設計上注入了新的元素。
關鍵詞：數控銑床；工作臺；床身設計
1 、數控銑床
數控銑床大多數是立式銑床，和車床一樣也是主軸作旋轉運動，而銑床之所以能加工復雜的工件，是因為數控銑床是可以作 x，y，z 三軸運動，也就是升降臺式數控銑床。而數控銑床的設計上一般是需要通過這幾個部分進行研究分析，分兩個主要部分，一個是數控裝置部分，另一個部分是機械部分，數控裝置部分是數控銑床的系統，也就相當于人體的大腦，而機械部分就是數控銑床的機構組成部分，包括動力系統、導向裝置、傳動元件、機械機構等。
在數控銑床的機械部分，對于銑床的主傳動系統和齒輪設計，是最為重要的一部分，同時需要通過分析數控銑床的轉速圖和設計要求，最終繪制機械結構裝配圖，再將裝配圖拆分成零件圖。
2 、工作臺
工作臺的設計上，需要從多方位進行設計，首先是對導軌的選擇，對于工作臺，它的要求需要工作臺的定位精度高，不要有爬行現象，同時在傳遞效率上要高，所以工作臺的導軌選擇直線滾動導軌副。
數控銑床的伺服電機與工作臺連接，使工作臺運動，需要通過絲杠螺母副進行連接，本工作臺選取滾珠絲杠副，這樣可以使工作臺壽命長，精度高。
為了使工作臺的傳動精度高，不應使工作臺的移動速度過快，盡量減輕工作臺軸上的扭轉力，這樣可以減輕工作臺的顫動，減小工作臺的慣量，所以選取聯軸起到減速裝置的作用，通過以下公式來對工作臺或者工件折算到電機軸上的慣量：式中：Jw-慣量；S-絲杠的導程；M-工作臺的質量。
為了能更好的對工作臺進行檢查，需要對數控銑床工作臺增加檢測裝置，檢測裝置可以選用開環也可以選用閉環控制系統，本工作臺的檢測系統采用閉環控制系統，安裝光柵尺來對整個工作臺進行監測。通過以上的設計分析最終繪制出整體工作臺的方案圖，如圖1。
圖 1 工作臺總體方案示意圖
通過圖中可以看出，人是主要控制者，電機通過接到控制信息，信號傳給電機，伺服電動機啟動，驅動電路控制步進電機，步進電機通過絲杠控制工作臺作 x，y，z 方向直線運動。
3 、床身設計
床身作為數控銑床的一個支撐件，是最基礎的部分，在對床身的要求上，要使床身的剛度比較大，能滿足整個銑床的整體震動，能有太大的噪音，需要有一定的動態特性，同時數控銑床在工作時候排屑要順暢，具有較好的工藝性。床身作為性能對整個數控銑床有著不小的影響，在床身的設計當中，數控銑床的床身強度是一個重要的指標，圖 2 是數控銑床整體受力的模型，床身的重量又是占數控機床整體重量最大的部分，在數控銑床床身的設計上要將懸梁、機床整體、底座、升降臺以及要加工零件的總質量相加起來，通過這個總質量來設計床身。
圖 2 受力模型
但在數控銑床的受力上并不是床身的重量對機床影響最大，數控銑床外載荷和機床工作時候切削力影響最大。床身的設計是通過對床身的受力分析，然后初步擬定設計方案和總體外形，再對這個設計方案進行核算，或者進行 CAD、3D 建模，如圖 3，如果設計方案不合理，再進行修改，而對床身的材料設計上，要選擇合理的材料，滿足機床和設計要求，不能使用高成本材料，也不能選用太重的材料，數控銑床床身的材料選擇灰鑄鐵，因為該材料的抗拉強度高，對于抗震性能高，可以吸震。
圖 3 三維建模示意圖
數控銑床的床身制造上，采用鑄造生產方法，因為鑄造成本低，同時鑄造的制造方法工藝性能好，對復雜的零件，異形零件都可以實現制造，但在鑄造方法中也是分不同的方法，本次床身的設計上，采用砂型鑄造方法。
4 、結束語
在機械設計專業，分析數據、查閱設計手冊、參考期刊資料設計出新型設備，或者改善現有設備的性能，是設計環節最普遍也是最基礎的能力，本數控銑床的設計中，就是采用對數控銑床的性能提升。伺服系統采用的步進電機，就是起到多元化驅動傳動，像這樣的性能改善，是對數控銑床精度以及自動化的提升，同時也會使設備及元件的壽命延長，但隨之而來的也是有著成本上的提高，但可以設計出高品質的數控銑床。
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