高效机械内拉床的结构设计初探

2022-09-12

拉床是目前大批量生产广泛使用的一类机床之一, 其适用于圆孔、键槽、花键槽、异形内孔等几何形状的精加工。具有高精度、高效率、加工成本低等特点。目前使用的拉床大多数是液压传动, 其工作平稳, 无级调速, 操作简单。但因液压拉床价格昂贵, 它的使用受到了一定的制约。本文主要说明机械内拉床的一些结构设计方法。

1 机械内拉床的总体设计思路

1.1 确定基频拉削速度

基频拉削速度是在额定拉削力作用下的最大拉削速度, 一般可取为3m/min[1], 它是主运动传动系统刚度的主要设计依据。

1.2 确定主运动传动链

图1是高效机械内拉床的传动系统图。电机选择基频为50Hz的变频电机, 其额定转速为1500r/min。假设滚珠丝杠的导程为16mm, 那么大齿轮的额定转数为188r/min, 主运动总传动比为8, 因此带轮传动比可取约为2, 齿轮传动比可取约为4。运动由变频电机经多楔带传动机构传至Ⅰ轴, 再经齿轮副传至滚珠丝杠 (7) 。当变频电动机旋转 (正或反) 时, 溜板作往复运动, 便通过溜板上的拉削头带动拉刀作往复运动, 从而实现拉削的主运动。

1-变频电机2-小带轮3-多楔带4-大带轮5-大齿轮6-滚珠丝杠8-溜板

1.3 确定机床布局

机械内拉床的结构形式有多种多样, 就结构简单、经济实惠的拉床布局, 如图2所示。床身 (11) 右端上面安装有减速箱 (7) , 依次连接后支板 (6) 、圆柱形导轨 (4) 、前支板 (1) , 变频电机装于减速箱下方也可装于床身内部。导轨采用圆柱形导轨, 其结构简单, 工艺性好, 也可以采用矩形导轨, 但其制造难度相对较大。

1-前支板2-垃削头3-溜板4-导柱5-丝杠6-后支板7-减速箱8-大带轮9-小带轮9-变频电机1 1-床身

2 确定滚珠丝杠螺母副的规格

以10吨拉床为例介绍滚珠丝杠螺母副的设计过程。

2.1 建立加工状态

(1) 假设机床使用寿命H (hr) :H=8hr×250天×10年×0.6工作效率=12000hr。

(2) 操作状况。

2.2 计算滚珠螺杆导程P滚珠螺杠与电机通过带轮、一级齿轮降速连结

2.3 计算当量负荷Fm (N) [2]

2.4 额定动载荷Cam

式中:LS为预期运行距离, 一般取250km;fw为负荷系数, 预测轻微冲击, 取1.3;fa为精度系数, 预测6级精度, 取0.9;fc为可靠度系数, 预测可靠度90%, 取1。

2.5 滚珠螺杠参数之选定

综合2.2、2.4项, 选用外循环滚珠丝杠螺母副:公称直径80mm, 导程16mm, 滚珠圈数2.5×3, 单螺母结构, 其额定动载荷Ca=227000≥Cam。

3 减速箱的结构设计

下面提供一种机械内拉床减速箱的设计结构, 如图3所示。其运动由带轮 (4) 驱动齿轮轴 (7) , 经齿轮传动驱动螺母 (螺母通过螺钉与齿轮3连接) 作旋转运动, 最后实现滚珠丝杠作往复直线运动。

1-螺母2-滚珠丝杠3-大齿轮4-圆锤滚子轴承5-带轮6-后支板7-齿轮轴8-推力轴承9-深沟球轴承10-箱体

齿轮轴两端各有一个深沟球轴承支承。齿轮 (3) 右端有一个深沟球轴承与一个推力轴承, 深沟球轴承承受径向力, 推力轴承承受轴向力即拉削力 (较大) 的作用。齿轮 (3) 左端有一个圆锥滚子轴承, 除承受径向力的作用外, 还要承受拉刀快速返回的轴向力 (较小) 作用。这种减速箱结构简单、紧凑、维护方便且降速比大, 因此其适合于要求输出较大转矩的场合。