经济型数控端面外圆磨床的开发.pdf

精密制造与自动化
2016年第1期
经济型数控端面外圆磨床的开发
崔琴
(上海机床厂有限公司上海2000903)
摘要以模块化设计的经济型数控机床是一种可持续发展方式,用磨床的主要部件,在普通外圆磨床上开发
种经济型数控端面外圆磨床。根据端面外圆的两种加工方式,将床身后顶面设计成垫板正、斜均可安装;砂轮架
为上下分体式可转动结构:工作台及砂轮架平、V导轨参数与普通外圆磨床相同,使工作台、垫板、头架、尾架
均可通用,提高产品的模块化程度,又降低开发成本及缩短研发周期;两轴进给系统考虑丝杠受热变形因素采用
端固定一端铰支方式;数控系统采用国产开通数控系统SEC500
关键词经济型数控端面外圆磨床模块化设计
经济型数控端面外圆暦床在制造成本及加工精在保证床身的静、动刚度的前提下作开放式设计。
度上比数控的端面外圆磨床低。但这种配备低端的床身内腔不设油池,可避免传统磨床那样当油泵开
数控端面外圆磨床对加工精度要求相对偏低的用户启时,由于液压部件发热导致油温高,从而使床身
来讲,即减少设备投资成本,又可实现一人多机,受热变形,引起平、V导轨的几何精度变化。
减少人工成本。对制造设计单位来讲,从现有产品
基础上进行拓展开发,也有利于提高产品的模块化,
减少设计及制造成本,缩短试造周期。
x轴限给
①200系列经济型数控端面外圆磨床开发可在
①200系列普通外圆磨床的基础上进行拓展开发。磨
床主要构件为床身、砂轮架、头架、尾架、两轴进
给系统、操纵系统。
Z轴原近给
1床身
因加工方式不同,床身重新设计。但床身总体
布局和前床身平、V导轨参数仍沿用普通外圆磨床,
使工作台、头架、尾架部件均可相互通用。端面外
图1斜头直进示意图
圆磨床的进给方式可分为:斜头直进和斜头斜进“,
如图1、2所示。兼顾两种进给方式进行设计时,后
床身整体偏左且安装平面设计成斜、直两种垫板都
轴同服讲给
可安装,回水槽设计成后置式,如图3所示,冷却
水从两侧及后方回流到后床身右侧再流回冷却液箱。
这种外露式回水槽相比较在后床身中间的过桥水槽
清理更方便,不会因磨屑沉积造成回水不畅。因数
控磨床的液压结构简单,只需在床身后侧装一个电
动稀油润滑泵对丝杠及工作台进行润滑,因此床身
轴限进给
设计时在床身内腔的上层设计润滑油回油区,下腔
*上海科学技术委员会科研计划项目
编号:13DZ1101602
图2斜头斜进示意图
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图3回水槽示意图
图5斜轴斜进进给方式示意图
2砂轮架
数控端面外圆磨床的砂轮架可借用Φ200系列
万能外圆磨床,此种砂轮架结构为上下两层,中间
有定位柱和滑槽,如图4所示。
图6斜轴直进进给方式示意图
图4砂轮架分层结构
通过上下两部分相对转动一定角度,就可以实
现斜、直两种进给方式,如图5、图6所示。砂轮
架主轴系统有“轴瓦式动压”和“动静压轴承”结
构。采用轴瓦式轴承只要将原体壳加工成左右对称,
砂轮架主轴因两端螺纹旋转方向不同需重新设计,
如图7、图8所示。砂轮架电机只要出线方向相反,
电机参数相同就可以了。这样制造成本小,试制周
图7普通外圆磨床的砂轮架示意图
期短。如改为动一静压轴承,因产品库中无结构可借
用,需要重新设计,制造成本与周期也相应增加。
但因为这种结构综合了动压轴承和静压轴承的优点,
在其内部等距分布了四个对称的油腔,油腔深度为
0.02-0.04mm,四周为节流边,它和轴颈之间保持
适当的间隙,一般为0.02-0.04mm,在低速时依靠
压力油产生承载油膜,故静压力效应较大:在高速
时能产生较大的附加承载油膜,动压效应较大;所
以轴承精度比轴瓦式高。
图8端面外圆磨床的砂轮架示意图
崔琴经济型数控端面外圆磨床的开发
3X、Z轴进给系统
X、Z轴进给系统的设计主要考虑:传动方式
STin
165×2x10
(3)
支承方式、丝杠参数。X、Z两轴传动方式为滚珠
丝杠副+伺服电机控制。滚珠丝杠副是由丝杠、螺
kmm=165×3s5×102388N/pm
母、滚珠组成的机械元件,是传统螺纹丝杠的进
滚珠丝杠支承轴承的轴向刚度
步延伸发展
滚珠丝杜的支承和支承方式关系到丝杠副的刚
k=2 x 2.34/doz2 Famax sin, B
度,所以一般纵向滚珠丝杠的支承方式可采用左端
最大轴向工作载荷: Amax=3F
深沟球轴承铰支承,右端两对角接触球轴承固定支
査表得do=10mm,Z=12,=25°,F-600N
承,这样保证丝杠发热变形时可向左侧远离砂轮方
向延伸;横向滚珠丝杠因为在磨削时一直承受很大
Kb=2×2.34x10×12×3×660xsin525
的横向力,所以前后均采用角接触球轴承支承以提
158N/m
高刚度,支承方式采用前端固定后端铰支,保证丝
滚珠丝杠副滚珠与滚道的接触刚度
杠发热变形时可向后延伸,这样可使主轴热变形影
响减至最小限度的。
Kc=K
(6
0.1Ca
丝杠设计参数主要是底径及导程,可根据同类
产品进行预选后验的方式进行设计。以Ⅹ轴选丝杠
3 -7ax
设计为例,先根据普通磨床的丝杆预估选定Ⅹ轴丝
杠型号为FFZD3205-5;支承方式米用前端游动,
×(500+3420×0.1)≈278Nm,查表
后端固定:固定端轴承型号7305AC,游动端轴承
型号6305。砂轮架预估总成重量Ⅳ为3420N,砂得的NMum,Ca=18.1KN,则
轮架最大行程m为269mm,砂轮架滚动导轨的
摩擦因数μ为0.1,快速进给速度vmx设为2m/min,
Ke=1346x(
278
0.1×18,1×10
721N/p
X轴向切削力Px约为500N,反向差值设定10um,根据公式
重复定位精度设定6um,然后进行验证。
(8
3.1滚珠丝杠副的底径校核
mein
估算滚珠丝杠副的底径
由
Kmin38815872197
得kmim=97N/um
0.078
根据公式
其中导轨静摩擦力:
Fo=Wow
反向差值
Fo=3420×0.1=342N
滚珠螺毋至滚珠丝杠固定端支承的最大距离
得K=16X342=54.72N/um,满足条件
L=L
mxた2+32-269+54+32=35mm
Ln
估算的滚球丝杠最大允许轴向变形量:
3.3验算临界转速
重复定位精度=×6=1.5m
得d2m22mm
得n=15.1メx107≈37300r/min。
查表得d2=28.9mm>d2m
3.2传动系统刚度验算
1000
滚珠丝杠副的最小拉压刚度:
爭程
11)