摘要:對待加工工件進行了工藝分（fèn）析，設計了（le）合理銑（xǐ）削加工的原理方案; 根據（jù）此方案設計了（le）專用（yòng）數控銑（xǐ）床的原（yuán）理方案，並對（duì）整個機床做（zuò）了合理（lǐ）的結構布局（jú）; 然（rán）後進行了電機（jī）的選型及計算; 設計了導軌（guǐ）配置方案並進行了導軌的壽命計算。

      關鍵詞:專用銑床; 電（diàn）機選型; 導軌壽命計算

     高（gāo）新技術武器裝備是國防的物質前提，因此要大（dà）力推進國防（fáng）科技與武器裝備的（de）自主創新［1］。高精尖武（wǔ）器研發十分重要。我（wǒ）國某公司研發出了一款先進的兩棲（qī）裝甲車，在水（shuǐ）中及陸路（lù）都能（néng）快速行駛。該兩棲裝甲車整個車身是由鋁合（hé）金板材焊接而成，用（yòng）以（yǐ）減輕（qīng）整（zhěng）車質量，這就導致了車身某關鍵部位在焊接後產生了（le）較大的焊接變形，達不到設計要求，焊接後必須對該部位再次進行精密（mì）銑削加工［2 － 4］。由於（yú）該加工部位在車身內部，受空間結構限製，傳統加（jiā）工銑床以及加工中心不能對該（gāi）部位進行加工［5 － 6］。因此，設計了（le）一種新型的、能適應（yīng）該車身空間結構的專用精密數控銑床。該（gāi）專用機床是為用戶量身定做的新機床，滿足用（yòng）戶的需要（yào），且比加工中心便宜很多，具有一定優勢，因此對該專用機床的研發具有重要意義。

      1 、待加工工件工藝分（fèn）析

      1． 1 工藝分析

      加工工件示意圖如圖1 所示。待精加工部位（wèi）是2 個橢圓環平麵，位於整個裝甲車殼體內部，是一個與其他結構（gòu）有（yǒu）配合要求的關鍵（jiàn）部位。橢圓環平（píng）麵（miàn）要求加（jiā）工精度為Ｒa = 0． 4 μm，平麵度要求（qiú）為0． 2 μm。內橢圓長（zhǎng）半軸和短（duǎn）半軸尺寸分別為400mm 和280 mm，外橢圓長（zhǎng）半軸和短半軸尺寸（cùn）分（fèn）別為460 mm 和（hé）340 mm，加工餘量為4 mm。采用一次裝夾，選擇合適的銑刀參數和走刀路徑，一次（cì）走刀完成整圓環平麵加工（gōng）以提（tí）高效率和加工精度，同（tóng）時調（diào）整加工參數完（wán）成（chéng）半精加（jiā）工和精加工。

                          圖1 工件示意圖

     1． 2 加工過程概述

     工（gōng）件先進（jìn）行裝夾，通過專用夾具達到工件預（yù）期設定的位置（zhì），然後進行對刀，根據銑削深（shēn）度調整好銑刀位置，工件尺寸（cùn）參（cān）數確定刀具走刀路徑，並通過立柱的左右移動位（wèi）移（yí）量與搖臂的旋轉角度控製（zhì）刀具（jù）走正確的位置。加工過（guò）程如（rú）圖2 所示。

     由於受（shòu）空間結構（gòu）限（xiàn）製，工件裝夾前銑（xǐ）床刀具位於O 點，才能使工件安裝（zhuāng）時（shí）避免與銑床發生幹涉。先從O 點到達加工起點A 位置開始進行銑（xǐ）削加工，然（rán）後依次到達（dá）B 位置、C 位置（zhì）、D 位置，最後又回到A 位置，即到達了一次加工的終點，完成了一次銑削加工。整（zhěng）個加工過（guò）程: O － A － B － C － D－ A( 半精銑) － B － C － D － A( 精密銑削) － O。

                        圖2 加工過程

     2 、專用數控銑床總體（tǐ）方案（àn）設計

     2． 1 機床布局

    該機床是一（yī）台結構非常緊湊小巧的（de）專用精密數控銑床（chuáng），主要由3 個方（fāng）向上（shàng）的伺服電動機、床身、滑台、立柱、搖臂以及主軸箱等組（zǔ）成［8］。機床結構簡圖見圖（tú）3。該結構最顯著的特點是能適應狹窄的空間銑削加工，在Z 向采用手動調節（jiē），在簡（jiǎn）化結構的同時節約了成本（běn）。加工時采取的方案是工件不動，刀具做切削運動（dòng）和進給運動，即能完（wán）成刀具繞（rào）Z 軸的旋轉主運動、立（lì）柱沿X 方向（xiàng）的移動、搖（yáo）臂沿X 軸的（de）旋轉運動以及手動調節主軸沿Z 向（xiàng）
移動［9］。

                          圖3 機床結（jié）構簡圖

      1． X 向進給電機（jī）; 2． 床身; 3． 絲杠; 4． 導軌; 5． 滑台; 6． 立（lì）柱;7． 控製搖（yáo）臂旋轉齒輪; 8． Z 向旋轉電機; 9． 主軸電機;10． Z 向手動進給進給; 11． 主軸箱; 12． 銑刀
        
 

      2． 2 銑床主要（yào）元件設計及計（jì）算

      2． 2． 1 電機功率計（jì）算及選型

      銑床的重要元件包括1 個主軸伺（sì）服電機和2個進（jìn）給伺服電（diàn）機，分別完（wán）成3 個運動方（fāng）向的自動控製。電動機的選型依據是被加工工件材（cái）料（liào）和（hé）銑削參數計算的所（suǒ）需功率。銑削功率計算公式為:

      被加工材料為鋁合金，選用（yòng）硬（yìng）質合金銑刀片，取銑削速度為300 m/min。銑刀盤選用Ｒ590 －100HA08 － 11M，采用端（duān）麵銑削方式進行銑削加工。查表可知銑削力係數取217，側吃（chī）刀量為（wéi）60 mm，一齒進給量取0． 1 mm/齒，銑刀外（wài）徑為100mm，背吃（chī）刀量為3 mm［10］。

     將數（shù）據代入式( 1) 、( 2) 得: Pm = 1． 74 kW。因此，主軸電機選用的主軸伺服電機型號為ZJY208－ 2． 2B，額定功率為2． 2 kW。

     銑刀主偏角選擇90°。通過各銑削力之間的關係計算出進（jìn）給力約（yuē）為（wéi）120 N、徑向力約為88 N，估算出進給功率約為100 W，因此（cǐ）選擇2 個進給伺服電機均為額定功（gōng）率為（wéi）0． 5 kW 的GSK 80SJT －M024E 型電機。

     2． 2． 2 導（dǎo）軌選型與計算
 

     直線導軌采（cǎi）用滾動導引，與滑動導引相（xiàng）比摩擦因數降低為原（yuán）來的1 /50，大大減少了能（néng）量（liàng）消耗，與滾珠（zhū）絲杠（gàng）配（pèi）合能大（dà）幅度提（tí）高設備精度與機械效率。該銑床采（cǎi）用HIWIN 直線（xiàn）導軌，精度高，能同時承受上（shàng）、下、左、右方向的載荷。

     根據係統使用條件，本銑床要求滑塊行程為120 mm。結合係統結構、受載荷情況、精度要求以及成本等因素綜合考慮，選（xuǎn）用滑塊型號為HG30A，導軌型號為HGH30Ｒ760H。
 

    為保（bǎo）證本專用銑床的高剛性和高精度，采用2隻導軌（guǐ），采用全麵固定配置方（fāng）式，如圖4 所示。

     
  
                         圖（tú）4 導軌全固定配（pèi）置

     依據導軌型號、規格等（děng）參數，結合（hé）實際使（shǐ）用情況計算出單個滑塊（kuài）的（de）工作負荷，再計算出額定負荷與工作負荷之比（bǐ），並（bìng）由此推算出使用壽命［11］。導軌受力分析見圖5。

                         圖（tú）5 導軌受力分析

     直線導軌的型號為HGH30Ｒ 760H，根據（jù）《上銀導軌技術手冊》可知（zhī）其（qí）參數: 基本額定動負荷C = 38． 74 kN; 基本額定靜負荷CO = 52． 19 kN; 預壓為ZA。設備尺寸: d = 300 mm; C = 200 mm，h =200 mm; l = 400 mm; m = 400 mm。滑台立柱自重( W) 為（wéi）2 kN; 銑（xǐ）削作用力（lì）( Fc)為315 N; 垂直銑削力( FcN) 為315 N; 背向作用力( Fp
) 為88 N; 係統溫度為常溫; 負荷（hé）狀態為普通負荷。刀（dāo）具勻速（sù）運動時，根據空間力係受力平衡，列出力和力矩平衡方程，用以獲得各個滑塊的作用（yòng）力。

     其中負號表示與圖5 所標力的方（fāng）向相反（fǎn）。

     3 、結束語

     通過對待加工工件結構和工藝的（de）分析，設計出了新型的專用精密數控（kòng）銑床的總（zǒng）體方案。該專用銑（xǐ）床適應被加工工件狹窄的空間結構，具有高度集成性，大大降低了加工（gōng）者的（de）操作強度和難度。對（duì）關鍵零部件進行設計計算，介紹了電（diàn）機選型計算方法及（jí）導軌壽（shòu）命計算方法，為銑床的設計（jì）提供參考。