基于UG的4040S数控雕铣机床身的设i十与加工

铣床上利用ＤＮＣ在线加工。
数控铣雕机床身３Ｄ模型 二、床身理论设计 １．床身结构基本设计 ４０４０Ｓ数控模具铣雕机主要由五大部分组成：床身、Ｙ向工 作台、立柱、横梁和Ｚ向电主轴系统所组成。床身的设计必须充 分考虑整台机床的选型、结构以及和其他部件组装后的性能。 经过在多个方案之间反复推敲后，决定该款铣雕机采用如下的 结构设计： （１）数控铣雕机选用双立柱龙门式结构。因为龙门式结构 可以增强机床的刚度及稳定性。采用双立柱对称结构，可以使 热变形对主轴轴线变位的影响变小．增强横梁的稳定刚度。床 体采用高低筋配合的网状架构，有的直接采用蜂巢的相接的内 六角网状结构，不仅可以保证机床的刚性，又减轻了重量。 （２）主轴设计成立式结构。因为数控雕铣机具备雕刻和铣 削的功能，且主要对工件的顶面进行加工．又考虑到立式相较 于卧式而言可缩小占地面积，所以机床主轴布局设计为立式。 （３）床身毛坯采用整体式砂型铸造。材料为强度较高的灰 铸铁（｝ｒＩ＇２５０）。该材料耐弱腐蚀，适合制作机座等受力较大的零 部件。在选择壁厚时，考虑其铸造方便和抗拉强度，将壁厚均定 为２０ｒａｍ。其抗拉强度为２４０ＭＰａ，能充分满足设计的要求。在实 际生产中，因为床身内部筋板相互交叉且成空心，结构比较复 杂。因此采取的是易于成型的翻砂铸造的成型方法。为了提高 机床的刚度，立柱的截面形状选用“工”字刚型。因为构件承受 弯曲和扭转载荷后．其变形大小取决于断面的抗弯和抗扭惯性 矩。抗弯和抗扭惯性矩大的则其刚度也高。而圆形截面的抗扭 刚度比方形截面的大，抗弯刚度则比方形截面的小：封闭式截 面的刚度比不封闭式截面的刚度的好很多。 ２．床身结构的改进设计 结合以往数控模具雕铣机在实践中容易出现的问题， ４０４０ｓ在床身结构上作出以下改进： （１）降低了底座高度尺寸，底座高度尺寸符合人性化设计， 方便了一线工作人员搬运工件。 （２）底座采用倾斜结构，更利于排屑．本课题倾斜角为１
：６１０．０４ｍｍ 其他Ｙｅ Ｚｅ Ｙｉ Ｚｉ从略。 运用以上各公式得出计算结果，如下表所示：
机床重心
Ｙ向伺服 电机计算
机床Ｘ向的重心坐标 机床Ｙ向的重心坐标 机床Ｚ向的重心坐标
负载惯量 负载转矩 有效转矩 瞬时最大转矩 最大转速
Ｘｃ＝６１０．０４ｍｍ Ｙｅ：：５５７．３ｒａｍ ｚｃ－７０７．０６ｍｉｌｌ Ｊｒ＝３．３９×ｌＯ－＊ｋｇ·ＴＴｌ２ ＴｌＪ－－－Ｏ．２３Ｎ·Ｍ
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度； （３）加大机床总宽，立柱往里偏移，同时放宽立柱及导轨座
的间距，有利于清理和切屑液的排出。 （４）：ｂ１１宽了Ｙ向的两根直线滚动导轨之间的跨距，从整体
布置上有效保证了机床的刚性。 ３．相关计算公式：
式（１中）重，ｒ力重Ｇ．计力瑚算参体公 数所，式９受：．的Ｃ８＝ｍ重ｍ／×力ｓ：ｇ
（２）伺服电机功率的计算及选择
变了铁的内部结构，使之有很好的抗震性能，更加耐冲压，刚性 上也有显著提高。在制作木模时要考虑起模斜度，加工余量，收 缩余量，分型面及浇注系统等的技术要求。
七、结束语 ４０４０Ｓ数控铣雕机床身的设计加工过程中，大量采用计算 机辅助软件，把床身的加工废品率降到最低，显著提高了产品 的结构性能，以及强度、刚度等各项指标，而且提高了加工效率 和企业的经济效益。计算机辅助设计、辅助分析、辅助加工。对 今后同类产品的加工具有非常重要的指导意义。
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斛技信息
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四、床身的计算机辅助分析ＣＡＥ过程 床身是基础部件，必须能经受与之相配合的各个部件压力 以及切削振动等的动态考验，床身ＣＡＤ模型尺寸。不能直接用 于毛坯的制作．应该先对模型进行软件分析计算，校核它的力 学性能和结构特性，本文中先将ＵＣ软件设计的ＣＡＤ模型转换 成ＩＧＳ格式，导人到ＡＮＳＡ软件进行前置处理，之后再用ＨＡＴ＿ ＭＡＳＨ软件进行力学结构分析。直至将所有应力、强度、刚度 不足等缺陷全部修正成功后，才能最终确定软件设计的模型。 该环节有别于传统的床身加工工艺。以往都是床身加工好之后 才作性能测试。不合格则造成材料及时间的浪费，影响企业的 效益。而用软件分析之后可以最大程度保证床身的设计性能， 同时有利于控制床身的加工精度，保证产品质量。以下是软件 分析的过程。
①滚珠丝杠的惯量计算公式：Ｊ日＝型譬×１０ｒ６
式中，Ｍ。：滚珠丝杠重量 Ｄ：滚珠丝杠直径
一
２
②负载的惯量计算公式：Ｊ庐Ｍ（音）ｘ
１０～ｎ
式中，Ｍ：负载质量
Ｐ：滚珠丝杠导程
③换算到电机轴负载惯量计算公式：ＪＬ＿－－Ｇ２Ｘ（Ｊ—Ｊ－）＋Ｊ２ 式中，Ｇ：减速比
Ｊ。、Ｊ２：中问机构的惯量
④对外力的转矩计算公式：Ｔｓｖ＝Ｍｇ嘉×１０４
Ⅵ．２４Ｎ·Ｍ
ＴＩ＝０．４３ Ｎ·Ｍ Ｎ＂＝１０００ｒ／ｍｉｎ
三、床身的计算机辅助设计ＣＡＤ建模 ４０４０Ｓ数控模具雕铣机的床身部件是整个机床中最难建模 的—个部分，在建模的时候，选择了较为适合产品设计的计算 机辅助设计软件ＵＧ ＮＸ４．０，整个建模过程步骤繁琐，使用了７０ 余个基本体素组建而成，其中包括：草图绘制、实体拉伸、实体 切剪、倒圆角、倒角、钻孔等基本方法，在许多重复性较多的特 征上，还采用了比较快捷的建模方式，例如：复制，阵列等，还运 用了一些基准面来固定所需要的基准点。更加的方便了设计过 程，绘图效率上得到了很大程度的提高。
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万方数据
五、床身的计算机辅助加工ＣＡＭ以及后处理过程
经过分析合格后的ＣＡＤ模型转换成ＩＧＳ文件，要导人到 ＣＡＭ软件中进行计算机辅助加工。目前市场上ＣＡＭ软件有好 多种，而ＰＯＷＥＲＭＩＬＬ软件处理的程序精度高，运行稳定，因此 本文中采用的是ＰＯＷＥＲＭＩＬＬ进行辅助加工生成数控加工刀 路轨迹，再对其进行后置处理后便可直接生成数控加工程序。 本文采用的是ＦＡＮＵＣ系统数控机床加工。以下是ＣＡＭ的过 程。
（六）ａｎ大执法力度 从目前的法律体系来讲，虽然我国现行的法律在关于农民 工劳动权益保障方面仍存在很多空白，但仍有一些法律、法规 的很多规定涉及到农民工劳动权益的保障问题，在这些法律的 前提下，即使不对现有的法律进行修改，农民工的劳动权益仍 可以得到一定程度的保护，因此行政机关和司法机关应当加大 执法力度，有法必依，执法必严，违法必究，对于侵犯农民工劳 动权益的单位和个人加以严惩。建立起劳动者工资支付责任制 和预警制度，对拖欠工资的企业进行有力的制裁。同时，加大劳 动执法检查力度，严厉查处侵害农民工权益的用人单位。探索 农民工权益保护的有效机制，如法律援助等。 总之，农业劳动力向非农产业和城镇转移，是世界各国工 业化、城镇化的普遍趋势，也是农业现代化的必然要求。我国农 村劳动力数量众多。大量农民工在城乡之间流动就业的现象在 我国将长期存在。农民工分布在国民经济各个行业。是推动我
。ｈ×０．８＞ＴＬ
⑨加减速转矩的计算公式：Ｔ＾－专｝（ＪＨ＋｝）
⑩瞬时最大转矩、有效力矩的计算 山必要的瞬时最大转矩为Ｔ。 ￣／乃＝霸＋五 、／１≯ｒＬ
ｋ＼／毕 矿耻五一霸
ｂ．有效转矩１＇膈计算公式：
４．铸造内圆角半径和铸件壁厚设计及选择
万方数据
（１）铸造内圆角半径 根据《机械零件没计手册》，机械工业出版社，当铸造内圆 角半径Ｒ值为７６０一１０５０时，而ａ＝２０，ｂ＝２０。即（ａ＋ｂ）／２＝２０时， 取Ｒ＝１０，另外注意：如果铸件不同部位按表中选出不同的圆角 Ｒ数值时，应尽量减少或只取适当的Ｒ数值，以求统一。故本设 计中Ｒ均取ｌＯ。 （２）铸件壁厚 ４０４０Ｓ数控模具雕铣机中，其机床质量为１２００ｋｇ，其最大尺 寸大于３０００，小立柱，箱体类零件，其外壁厚度可取２０ｍｍ，内壁 厚度可取１８ｒａｍ，筋板可取１４ｍｍ。 ５．机床重心的计算 当工作台和横梁在导轨上快速移动时，机床有可能会因为 不稳定，导致颠覆，即往一边倾斜，为了减小它的加减速惯性， 需要计算它的重心位置。另外，当机床运输时，让工作台和主轴 处于重心位置，这样搬运时才能避免机床的颠覆。最重要的是， 计算机床重心位置可确定Ｚ向主轴重心在整台机床的位置，这 对设计机床非常关键。 将机床分成物体的若干部分，其第ｉ部分重为Ｐｊ，重心为 （Ⅺ、Ｙｉ、Ｚｉ），则物体的重心为
一、引言 ＲＧＰＭ４０４０Ｓ数控铣雕机机械精度高、刚性强。数控系统具 有较高的抗干扰能力，是一种含有高新技术的机电一体化加工 设备，也是一种低投人高回报的工作母机。在现代制造类企业 中，特别是模具复杂型腔的精细加工中，数控铣雕机加工精度 高、表面质量好，加工速度快．可以替代价格昂贵的加工中心加 工。该数控铣雕机采用滚珠丝杆和直线导轨作为执行元件。用 全功能的数控系统和数字式半闭环伺服驱动，控制精度可达 ０．００１毫米，定位精度和重复定位精度均高于一般数控机床的 精度。加工范围大，性价比高，可广泛用于金属构件的精密加工 和模具型腔的曲面加工，也可以加工各类工艺品和非金属制 品ｏ
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后置处理出来的程序一般都要进行调整，使之和所用的机 床完全匹配，然后再将程序复制到ＣＦ卡上，把ＣＦ卡插到数控 机床的相应插槽内，利用系统的ＤＮＣ模式可以直接控制在线加 工。
六、床身毛坯采用整体式铸造 由于本机床的底座内部呈空心、筋板相互交叉。结构比较 复杂，而且考虑到基础部件承重要求抗振性好，以及成本经济 性等，底座采用铸造的方法。采用米汉那孕育铸铁。它流动性 好，易于浇铸成型。在浇注铁水时加入一定比例的硅（ｓｉ）从而改
（上接第２３页）法规。同时建议在我国刑法中作出相关规定． 对不依法提供必要劳动保护条件并对农民工合法权益造成重 大损害者，可追究有关责任人的刑事责任。与此同时．应推动地 方加快立法进程。同时。各级地方政府及相关部门应废除同相 关法律相抵触的地方法规、规章，不得干涉企业自由合法使用 农民工，同时严格督促检查企业在使用农民工过程中出现的违 法行为。
Ｘｃ＝∑ＰｉＸｉ／∑Ｐｉ
式中：Ｘｃ：机床ｘ向的重心坐标 ）【ｉ：机床某部件的重心到Ｙ轴的距离 Ｐｉ：机床某部件的重力
∑Ｐｉ：机床的总重方Biblioteka Ｘｃ＝∑Ｐｉ Ｙｉ／∑Ｐｉ
＝（３５９９．９２×６２５＋５３０．８８ Ｘ ６４７＋５３ ０．８８ Ｘ６４７＋３５８７．１×