精密卧式加工中心设计研究（三）——立柱部分

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1、精密卧式加工中心设计研究（三）——立柱部分撰文/沈阳机床股份有限公司李云革一、引言在保证大功率、高扭矩的前提下提高主轴转速、切削速度和机床快移速度，缩短机床加工和辅助时间，是提高卧式加工中心加工效率的关键。因此，作为移动部件的机床立柱设计非常重要。本文以HMS125b型卧式加工中心的立柱设计为例，详细阐述了立柱设计中相应的理论计算和实际经验。HMC125b型加工中心机床总体设计布局为横、纵分体铸造床身结构。立柱为铸铁龙门框形结构，受力均匀；滚珠丝杠带动主轴箱沿立柱导轨上下移动，主轴位于立柱两导轨中间。主轴箱的平衡通过安装在立柱上的

2、油缸和钢丝绳共同完成。二、立柱参数的设定HMC125b卧式加工中心工作台为1250×1250mm，主轴最大抗力10000N，快移24m/min，X轴即立柱加速时间0.2s。驱动电机：德国西门子1FT6108-8AF71型。额定扭矩：37Nm。静态扭矩：70Nm。最大扭矩：220Nm。额定转速：3000rpm。额定转动惯量：260×10-4kg·m2。三、丝杠的选择1.螺纹直径、导程、螺母的选择本机床设计最大移动速度24m/min，经过减速箱（降速比i=3）的减速后，与滚珠丝杠连接。根据同类机床比较，丝杠轴径为d=63mm，导程为P

3、h=25mm。由此推导，丝杠螺纹长=行程+螺母长+冲程+端边限度=1600+272+80X2+1209=3900mm。丝母选择凸缘双螺母外循环TDB-U6325型。2.精度的选择丝杠精度：0.023mm/300，ISO5。3.确定螺纹轴的预压力丝杠预压力：F=△l×ks=△l×Eπd32/4L。式中，F为预压力，单位为Kg；ks为螺纹轴轴向刚性；E=2.1×105N/mm2；d3=55.2mm；L=2271mm；F=（0.142×2.1×105π×55.22）/（4×2271）=2.2×104N。因此，预拉伸力：F=3.1×104

4、N。由此可以选出滚珠丝杠副的型号，这里选用：TDB-U6325-9-4。动态负载Ca=138.4kN；静态负载C0a=321.5kN。4.对已选择的滚珠丝杠的校核（1）寿命的校核。快速进给时最大轴向负荷为：Fa=m1×a+f+20%m1×g=m1×a+μ×m1×g+20%m1×g=4000×2+0.005×4000×9.8+0.02×4000×9.8=16036NL=（Ca/fm；l为丝杠轴的安装间距，l=3458mm；由此，c·dp·n值为：dp=63，n=960rpm，dp·n=63×960=60480＜[dp·n]=1000

5、00rpm。满足要求。四、轴承的选择NSK滚珠丝杠支承轴承为高精度向心推力滚珠轴承，其特点是：高轴向刚性，低的启动扭矩，容易安装，结构简单，因此选用NSK轴承，型号为：60TAC120BDBBC10PN7A，设置2组。五、驱动电机的选择选择电机的条件是N电机＞n负载；T电机≥T负载；J电机≥1/3J负载。根据国内外同类规格机床,选用西门子AC系列1FT6108-8SF7。其电机额定扭矩为37Nm；额定转速为3000rpm额定转动惯量为260×10-4kg·m2。通过计算校核所选电机。(1)负载惯量的校核。主轴箱等件折算到丝杠上的转

6、动惯量：J主轴箱=M1×L×L/[(2×3.14)×(2×3.14)]=4000×0.025×0.025/[(2×3.14)×(2×3.14)]=0.063kg·m2J=J丝杠+J主轴箱=0.047+0.063=0.11kg·m2折算到电机轴上的转动惯量：所以电机的转动惯量满足要求。(2)启动力矩的校核。减速箱传动比为i=3；T启动=iJα，T启动为启动力矩；α为角加速度T启动=iJα=3×0.012×503=18Nm＜T电机=37Nm。所以电机满足要求。六、导轨的选择本机床选用的导轨是THK直线导轨。直线导轨具有导轨表面磨损少、

7、不产生爬行、油膜厚度变化少、价格便宜、高精度、高刚性、安装、噪音低、具有很好的互换性和交货期短等优点。（1）系列的选择。选择SRG系列，因为此系列采用滚柱保持器，具有超高刚性、四方向等负荷，通过防止偏移来实现平滑运动、长期运行且免维护等优点。（2）精度等级的选择。本机床属于精密级，选择为P精密级，预压的种类为中预压，C0级。（3）线性导轨尺寸的确定。对于线性导轨，公称型号与滚珠丝杠轴直径几乎相等，由于滚珠丝杠的直径为63mm，查样本可知，线性导轨型号为SRG65LV（没有63规格）。（4）导轨长度L的确定。L=行程+冲程+主轴箱的

8、高度+两端防护罩最小压缩尺寸=1400+160+1150+138=2848mm。所以线性导轨型号选为SRG65LV3SSC0E+2848LP-Ⅱ。（5）线性导轨的润滑方式。为了使用方便，采用集中润滑方式。（6）安装方式的选择。线性导轨侧压方法选用锥