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        CA6140車床主軸箱優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2021-11-25 19:08:34郝繪坤楊碩
        科學(xué)與生活 2021年16期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        郝繪坤 楊碩

        摘要:隨著我國機(jī)械制造業(yè)的高速發(fā)展,作為現(xiàn)在工業(yè)基石的數(shù)控機(jī)床也得到了優(yōu)越的發(fā)展前景。車床用途比較廣,這也決定了車床的功能和開發(fā)都要擁有自己的元素,基于主軸箱在機(jī)床中的重要作用,對CA6140車床主軸箱結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)細(xì)節(jié)進(jìn)行簡要分析,采用經(jīng)驗(yàn)公式和有限元分析法進(jìn)行各種參數(shù)分析計(jì)算,總結(jié)結(jié)果。

        關(guān)鍵詞:CA6140車床 ?主軸箱 ?有限元分析 ?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        引言

        數(shù)控車床具有加工品質(zhì)好、精度高,生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展,我們對機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu)的要求也是越來越高,而CA6140是中型車床,主要加工回轉(zhuǎn)類零件,工程中常用來切削內(nèi)外圓柱面、圓錐面等。通過分析CA6140機(jī)床主軸箱的所有零件,大致可以把主軸箱里的零件分為箱體零件、齒輪零件、軸銷零件、鏈輪零件等。傳統(tǒng)的機(jī)床主軸箱優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要依據(jù)材料力學(xué)理論進(jìn)行,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立主軸箱模型,主軸箱性能的好壞必須經(jīng)過試驗(yàn)測試來核定。

        1 ?CA6140車床主軸箱結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化方案

        CA6140車床是一種在原C620型普通車床基礎(chǔ)上而來的臥式車床,CA6140型普通車床的主要組成部件有:主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。普通車床是能對軸、盤、環(huán)等多種類型工件進(jìn)行多種工序加工的臥式車床,常用于加工工件的內(nèi)外回轉(zhuǎn)表面、端面和各種內(nèi)外螺紋,采用相應(yīng)的刀具和附件,還可進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、攻絲和滾花等。普通車床是車床中應(yīng)用最廣泛的一種,約占車床類總數(shù)的65%,因其主軸以水平方式放置故稱為臥式車床。并在加工過程中,還應(yīng)考慮材料的剛度和硬度。在分析其優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上,完成CA6140車床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。

        2 ?課題研究主要內(nèi)容

        通過查閱大量與CA6140車床主軸箱相關(guān)的資料,對數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程做了充分的了解。由于目前對于數(shù)控機(jī)床零件的設(shè)計(jì)還是以經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行各種參數(shù)分析,根據(jù)該方式對可能發(fā)生損壞的地方進(jìn)行增厚、加厚的方式進(jìn)行構(gòu)建。由于主軸箱內(nèi)部零件的復(fù)雜,經(jīng)驗(yàn)計(jì)算準(zhǔn)確度較低,對可能損壞的地方增大、增厚考慮地不嚴(yán)謹(jǐn),以至于零部件出現(xiàn)不好的狀況。本課題主要研究機(jī)床主軸箱,對CA6140車床主軸箱結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)細(xì)節(jié)進(jìn)行簡要分析,采用經(jīng)驗(yàn)公式和有限元分析法進(jìn)行各種參數(shù)分析計(jì)算,找到薄弱環(huán)節(jié),對CA6140車床主軸箱進(jìn)行合理的改造,并驗(yàn)證其合理性。

        3.1主軸箱組成

        主軸箱是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件,它是用于不知機(jī)床工作主軸及其傳動(dòng)零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu),箱體包括主軸、軸承、安裝在主軸上的傳動(dòng)件和密封件等。具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示:

        3.2 ?主軸箱的主要參數(shù)

        目前的自動(dòng)化工件最大回轉(zhuǎn)直徑:400mm

        工件最大長度(四種規(guī)格):1000mm

        主軸孔徑:48mm

        主軸前端孔錐度:400mm

        主軸轉(zhuǎn)速范圍:正轉(zhuǎn):10~ 1400r/min;反轉(zhuǎn):14~ 1580 r/min

        加工螺紋范圍:1~192mm/2~24牙/英寸 ?模數(shù):0.25~48mm

        縱向進(jìn)給量范圍:0.1mm,橫向進(jìn)給量:0.05mm

        刀架快速移動(dòng)速度: 4m/min

        主電機(jī):功率:7.5千瓦;轉(zhuǎn)速:1450r/min

        快速電機(jī):功率: 370瓦;轉(zhuǎn)速: 2600r/min

        冷卻泵:功率: 90瓦;流量:25L/min

        3.3 ?主軸箱參數(shù)運(yùn)算和有限元分析

        通過經(jīng)驗(yàn)計(jì)算機(jī)床的主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)及機(jī)床需要達(dá)到的工作精度,其次根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定主軸箱箱體的總體尺寸及各項(xiàng)細(xì)節(jié);第三根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)公式,分別完成機(jī)床主軸箱箱體的剛度計(jì)算和軸承壽命校核;最后采用有限元分析法對主軸箱箱體進(jìn)行靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析,檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果。

        通過有限元分析結(jié)果進(jìn)行對比得到:在最大載荷情況下,當(dāng)主軸箱的前板厚度為18mm厚時(shí),箱體的最大變形、最大應(yīng)力均滿足設(shè)計(jì)要求,并且還有一定的余量;厚度為15mm時(shí),剛度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,但強(qiáng)度符合工作要求。算出該主軸箱前六階的模態(tài)振型和固有頻率,最低階固有頻率為418.5Hz,遠(yuǎn)大于車床的最高工作頻率(33. 3Hz),符合工作要求:另發(fā)現(xiàn)主軸箱內(nèi)的內(nèi)板和后壁的振動(dòng)變形較大:這就為該類零部件的進(jìn)一步優(yōu)化提供了依據(jù)和研究思路。

        4 ?結(jié)語

        CA6140普通車床數(shù)控改造設(shè)計(jì),針對現(xiàn)有常規(guī)CA6140普遍車床的缺點(diǎn), 實(shí)現(xiàn)數(shù)控改裝方案和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì),提高加工精度和擴(kuò)大機(jī)床使用范圍,并提高生產(chǎn)率。如今機(jī)械制造業(yè)不斷向著更高方向發(fā)展,對機(jī)床主軸的維護(hù)也成為一個(gè)重要方向,通過不斷的深入研究,能夠使得普通機(jī)床具有更好地加工精度,從而提高機(jī)床的生產(chǎn)效率,進(jìn)一步為國家機(jī)械制造業(yè)增添活力。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 婁天翔;崔玉國;郭峰;谷萌.CA6140車床主軸箱的仿真研究[J].徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,機(jī)電工程技術(shù)學(xué)院.2012(1128).

        [2]機(jī)械制圖.大連理工大學(xué)工程教研室編, [M]北京:高等教育出版社,2003.

        [3] 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)師(上下冊)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013.

        [4] 于光瑜,秦惠民.材料力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2013.

        [5] 戴曙.金屬切削機(jī)床[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.5.

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