CA6140車床主軸箱優化設計

郝繪坤 楊碩

摘要：隨著我國機械制造業的高速發展，作為現在工業基石的數控機床也得到了優越的發展前景。車床用途比較廣，這也決定了車床的功能和開發都要擁有自己的元素，基于主軸箱在機床中的重要作用，對CA6140車床主軸箱結構和各項細節進行簡要分析，采用經驗公式和有限元分析法進行各種參數分析計算，總結結果。

關鍵詞：CA6140車床 ?主軸箱 ?有限元分析 ?結構設計

引言

數控車床具有加工品質好、精度高，生產效率高等優點。隨著技術的發展，我們對機床主軸箱結構的要求也是越來越高，而CA6140是中型車床，主要加工回轉類零件，工程中常用來切削內外圓柱面、圓錐面等。通過分析CA6140機床主軸箱的所有零件，大致可以把主軸箱里的零件分為箱體零件、齒輪零件、軸銷零件、鏈輪零件等。傳統的機床主軸箱優化設計方法主要依據材料力學理論進行，根據經驗建立主軸箱模型，主軸箱性能的好壞必須經過試驗測試來核定。

1 ?CA6140車床主軸箱結構整體優化方案

CA6140車床是一種在原C620型普通車床基礎上而來的臥式車床，CA6140型普通車床的主要組成部件有：主軸箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。普通車床是能對軸、盤、環等多種類型工件進行多種工序加工的臥式車床，常用于加工工件的內外回轉表面、端面和各種內外螺紋，采用相應的刀具和附件，還可進行鉆孔、擴孔、攻絲和滾花等。普通車床是車床中應用最廣泛的一種，約占車床類總數的65%，因其主軸以水平方式放置故稱為臥式車床。并在加工過程中，還應考慮材料的剛度和硬度。在分析其優缺點基礎上，完成CA6140車床主軸箱結構設計方案的優化。

2 ?課題研究主要內容

通過查閱大量與CA6140車床主軸箱相關的資料，對數控機床的發展歷程做了充分的了解。由于目前對于數控機床零件的設計還是以經驗公式進行各種參數分析，根據該方式對可能發生損壞的地方進行增厚、加厚的方式進行構建。由于主軸箱內部零件的復雜，經驗計算準確度較低，對可能損壞的地方增大、增厚考慮地不嚴謹，以至于零部件出現不好的狀況。本課題主要研究機床主軸箱，對CA6140車床主軸箱結構和各項細節進行簡要分析，采用經驗公式和有限元分析法進行各種參數分析計算，找到薄弱環節，對CA6140車床主軸箱進行合理的改造，并驗證其合理性。

3.1主軸箱組成

主軸箱是數控機床的一個關鍵部件，它是用于不知機床工作主軸及其傳動零件和相應的附加機構，箱體包括主軸、軸承、安裝在主軸上的傳動件和密封件等。具體的內部結構如圖1所示：

3.2 ?主軸箱的主要參數

目前的自動化工件最大回轉直徑：400mm

工件最大長度（四種規格）：1000mm

主軸孔徑：48mm

主軸前端孔錐度：400mm

主軸轉速范圍：正轉：10～ 1400r/min;反轉：14～ 1580 r/min

加工螺紋范圍：1～192mm/2～24牙/英寸 ?模數：0.25～48mm

縱向進給量范圍：0.1mm，橫向進給量：0.05mm

刀架快速移動速度： 4m/min

主電機：功率：7.5千瓦;轉速：1450r/min

快速電機：功率： 370瓦;轉速： 2600r/min

冷卻泵：功率： 90瓦;流量：25L/min

3.3 ?主軸箱參數運算和有限元分析

通過經驗計算機床的主要運動參數及機床需要達到的工作精度，其次根據運動參數確定主軸箱箱體的總體尺寸及各項細節;第三根據經驗設計公式，分別完成機床主軸箱箱體的剛度計算和軸承壽命校核;最后采用有限元分析法對主軸箱箱體進行靜態分析和動態分析，檢驗設計結果。

通過有限元分析結果進行對比得到：在最大載荷情況下，當主軸箱的前板厚度為18mm厚時，箱體的最大變形、最大應力均滿足設計要求，并且還有一定的余量;厚度為15mm時，剛度達不到設計要求，但強度符合工作要求。算出該主軸箱前六階的模態振型和固有頻率，最低階固有頻率為418.5Hz，遠大于車床的最高工作頻率（33. 3Hz），符合工作要求：另發現主軸箱內的內板和后壁的振動變形較大：這就為該類零部件的進一步優化提供了依據和研究思路。

4 ?結語

CA6140普通車床數控改造設計，針對現有常規CA6140普遍車床的缺點， 實現數控改裝方案和單片機系統設計，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產率。如今機械制造業不斷向著更高方向發展，對機床主軸的維護也成為一個重要方向，通過不斷的深入研究，能夠使得普通機床具有更好地加工精度，從而提高機床的生產效率，進一步為國家機械制造業增添活力。

參考文獻

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