CA6140车床主轴箱优化设计

郝绘坤 杨硕

摘要：随着我国机械制造业的高速发展，作为现在工业基石的数控机床也得到了优越的发展前景。车床用途比较广，这也决定了车床的功能和开发都要拥有自己的元素，基于主轴箱在机床中的重要作用，对CA6140车床主轴箱结构和各项细节进行简要分析，采用经验公式和有限元分析法进行各种参数分析计算，总结结果。

关键词：CA6140车床  主轴箱  有限元分析  结构设计

引言

数控车床具有加工品质好、精度高，生产效率高等优点。随着技术的发展，我们对机床主轴箱结构的要求也是越来越高，而CA6140是中型车床，主要加工回转类零件，工程中常用来切削内外圆柱面、圆锥面等。通过分析CA6140机床主轴箱的所有零件，大致可以把主轴箱里的零件分为箱体零件、齿轮零件、轴销零件、链轮零件等。传统的机床主轴箱优化设计方法主要依据材料力学理论进行，根据经验建立主轴箱模型，主轴箱性能的好坏必须经过试验测试来核定。

1  CA6140车床主轴箱结构整体优化方案

CA6140车床是一种在原C620型普通车床基础上而来的卧式车床，CA6140型普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。普通车床是能对轴、盘、环等多种类型工件进行多种工序加工的卧式车床，常用于加工工件的内外回转表面、端面和各种内外螺纹，采用相应的刀具和附件，还可进行钻孔、扩孔、攻丝和滚花等。普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。并在加工过程中，还应考虑材料的刚度和硬度。在分析其优缺点基础上，完成CA6140车床主轴箱结构设计方案的优化。

2  课题研究主要内容

通过查阅大量与CA6140车床主轴箱相关的资料，对数控机床的发展历程做了充分的了解。由于目前对于数控机床零件的设计还是以经验公式进行各种参数分析，根据该方式对可能发生损坏的地方进行增厚、加厚的方式进行构建。由于主轴箱内部零件的复杂，经验计算准确度较低，对可能损坏的地方增大、增厚考虑地不严谨，以至于零部件出现不好的状况。本课题主要研究机床主轴箱，对CA6140车床主轴箱结构和各项细节进行简要分析，采用经验公式和有限元分析法进行各种参数分析计算，找到薄弱环节，对CA6140车床主轴箱进行合理的改造，并验证其合理性。

3.1主轴箱组成

主轴箱是数控机床的一个关键部件，它是用于不知机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构，箱体包括主轴、轴承、安装在主轴上的传动件和密封件等。具体的内部结构如图1所示：

3.2  主轴箱的主要参数

目前的自动化工件最大回转直径：400mm

工件最大长度（四种规格）：1000mm

主轴孔径：48mm

主轴前端孔锥度：400mm

主轴转速范围：正转：10～ 1400r/min;反转：14～ 1580 r/min

加工螺纹范围：1～192mm/2～24牙/英寸  模数：0.25～48mm

纵向进给量范围：0.1mm，横向进给量：0.05mm

刀架快速移动速度： 4m/min

主电机：功率：7.5千瓦;转速：1450r/min

快速电机：功率： 370瓦;转速： 2600r/min

冷却泵：功率： 90瓦;流量：25L/min

3.3  主轴箱参数运算和有限元分析

通过经验计算机床的主要运动参数及机床需要达到的工作精度，其次根据运动参数确定主轴箱箱体的总体尺寸及各项细节;第三根据经验设计公式，分别完成机床主轴箱箱体的刚度计算和轴承寿命校核;最后采用有限元分析法对主轴箱箱体进行静态分析和动态分析，检验设计结果。

通过有限元分析结果进行对比得到：在最大载荷情况下，当主轴箱的前板厚度为18mm厚时，箱体的最大变形、最大应力均满足设计要求，并且还有一定的余量;厚度为15mm时，刚度达不到设计要求，但强度符合工作要求。算出该主轴箱前六阶的模态振型和固有频率，最低阶固有频率为418.5Hz，远大于车床的最高工作频率（33. 3Hz），符合工作要求：另发现主轴箱内的内板和后壁的振动变形较大：这就为该类零部件的进一步优化提供了依据和研究思路。

4  结语

CA6140普通车床数控改造设计，针对现有常规CA6140普遍车床的缺点， 实现数控改装方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。如今机械制造业不断向着更高方向发展，对机床主轴的维护也成为一个重要方向，通过不断的深入研究，能够使得普通机床具有更好地加工精度，从而提高机床的生产效率，进一步为国家机械制造业增添活力。

参考文献

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