铝塑型材加工中心进给装置及工作台设计

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虽然滑动导轨应用较为普遍，但是也有明显的缺点，在低速运动时，容易出现爬行现象。

随着加工中心技术的发展，在相配合的两导轨面之间放置滚珠或者滚柱，使摩擦性质变成滚动摩擦，这就变成了滚动导轨。

与普通滑动导轨相比，滚动导轨有如下优点：运动灵敏度高，摩擦系数小，没有爬行现象；定位精度高，精度保持性好；移动轻便，润滑系统简单。因而在新开发的各类加工中心上被应用，由于滚动体和导轨是点接触或者线接触，，故滚动体和导轨面需要淬火处理，增强硬度。 3.2.3 导轨的选型

在本次设计中，铝塑型材加工中心的导轨副可以采用直线滚动导轨副，它是新开发的一种滚动导轨，没有间隙，故不需要调隙机构，通过选配不同直径的钢球来决定间隙和预紧。直线运动导轨副包括滑块和导轨两部分，导轨安装在哎支撑件上，滑块固定在移动件上[14]。

图3.1为直线滚动导轨副的示意图。

图3.1 直线滚动导轨副

3.3 支承部件的设计

3.3.1 立柱的设计

立柱属于立式床身，所承受的外载荷有两类：一是弯曲载荷，作用于立柱的对称

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面；另一种是弯曲和扭转载荷，立柱的截面形状主要由刚度要求决定.

常见的有以下几种截面形状：

（1）圆形截面，抗弯刚度较差，用于载荷不大的场合，或者有部件绕它旋转。 （2）对称矩形截面，以弯曲载荷为主，用于立柱对称面，载荷较大的场合。 （3）方形截面，用于受到两个方向弯曲载荷和扭转载荷的场合。 (4)双立柱，用于大型的龙门框架式加工中心。

立柱内部空间是中空的，为了合理利用这些空间，立柱上往往需要开孔。而孔的大小和位置会影响立柱本身的刚度，因而孔尽量不要开在前后壁上，也不要开在与弯曲平面垂直的壁上。开孔时，孔的宽度不要超过空腔宽度的70%，高度不超过空腔宽度的1.2倍，孔的边缘尽量厚一些，并用螺钉拧紧，这样可以补偿一些刚度。

本次设计中应用于铝塑型材加工中心的立柱示意图如下：

图3.2 立柱结构示意图

3.3.2 横梁的设计

在本次设计中，横梁是一重要的支承部件，承担着Y方向的进给，同时还要承担主轴箱的重量。横梁主要用于框架式机床，与立柱接触的长度不大，因此可以看作是两只点的简支梁，承受了复杂的空间载荷，一方面有两个方向的弯矩，同时又有转矩。

在设计横梁的过程中，要采取一些措施来加强横梁的刚度和减少截面形状的畸变，因此可以在横梁下面合理配置加强筋。横梁示意图3.3如下，具体尺寸参数请参考零件图。

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图3.3 横梁结构示意图

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4 典型零件设计与选用

4.1 伺服电机的选用

伺服驱动电机作为加工中心运动的动力源，是决定了加工中心性能的关键要素之一，不同种类的加工中心对电机的性能、特点有不同的要求，在选择伺服电机时，要根据加工中心的最高转速和机械减速机构的复杂程度，选择电机的额定转速，再综合考虑加工特点、电机与负载的转矩及转动惯量的匹配等因素，综合选出合适的驱动电机[15]。

在本次设计中，可以选用交流伺服电机作为驱动，通过与滚珠丝杠连接，从而完成直线运动。交流伺服电机具有精度高、运行平稳性好、结构尺寸紧凑和可控性好等优点，满足铝塑型材加工中心的性能要求。通过上面滚珠丝杠的选用计算，选定YVP系列变频调速三相异步电动机，型号为YVP90L-4，具体技术参数如下所示：

标称功率：1.5kw 额定电流：3.8A 额定转矩：10N.M 转子惯量：0.0027kg.m2 重量：27kg 同步转速：1500r/min 堵转转矩/额定转矩=1.25

4.2 齿轮及齿条的设计

在本次设计中，X方向的进给装置中，使用齿轮齿条作为机械传动，齿轮齿条传动具有结构尺寸紧凑、传动稳定性好等优点，可以用于长距离的传动，适合于铝塑型材对窄长型零件加工的需要[16]。

齿轮齿条的设计计算与选择，依照下面的步骤进行： 1.选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 （1）根据要求选用直齿圆柱齿轮传动

（2）齿轮为低速转动，设为160rpm，故选用7级精度（GB10095—88） （3）材料选择：齿轮材料为45钢，调制处理40~50HRC （4）选取齿轮的齿数为Z=30 齿数比μ=3 （5）工作寿命15年（设每年工作300天） （6）取电动机与Y轴电机一样P=1.5KW 2.按齿面接触强度计算

根据齿面接触的状况与系数，可由公式4.1进行计算：

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(4.1)