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1、数控雕铣机电主轴系统设计 - 1 -目录1绪论 411 数控雕铣机的概述 412 数控雕铣机和数控铣床的区别 413 数控雕铣机和数控雕刻机的区别 514 数控雕铣机的发展与现状 61.4.1 典型数控雕铣机的介绍 624040S 数控模具雕铣机的简介 721 4040S 数控模具雕铣机的工艺范围 822 4040S 数控模具雕铣机的特点 823 4040S 数控模具雕铣机的主要技术参数 834040S 数控模具雕铣机布局设计方案 931 机床总体布局设数控雕铣机电主轴系统设计 - 2 -计 932 设计方案分析 104电主轴单元简介 1141 电主轴概述 1242 电主轴对现代数控机床发展的
2、意义 1343 电主轴的基本结构 145电主轴系统的设计 1551 Z向主传动系统的方案设计 15511 电主轴的冷却与润滑 15512 3KW电主轴的安装 1652 Z 向进给系统方案设计数控雕铣机电主轴系统设计 - 3 - 17521 滚珠丝杠副的选择 17522 滚珠丝杠的支承结构 18523 支撑轴承的选择 18524 滚珠丝杠的制动装置 19525 Z向伺服电机与进给丝杠的联结结构 19526 Z向导轨 196主轴系统零部件的计算与校核 2061 主轴系统的重力计算 2062 主轴切削力计算 2163 滚珠丝杠副的选择计算 2264 Z 向进给伺服电机功率的计算及选择 31数控雕铣机
3、电主轴系统设计 - 4 -7. 数控编程软件 Mastercam 简介 37小结 39致谢 40附录：参考文献典型零件数控加工程序相关专业英文翻译图纸数控雕铣机电主轴系统设计 - 5 -4040S 数控雕铣机电主轴系统设计摘要：调查研究了雕铣机的发展和电主轴对数控机床的发展意义。介绍 4040S 数控雕铣机床的设计过程，包括机床总体方案设计、主传动系统设计和 Z 向进给传动系统的机械结构设计。在主传动系统设计中，主要分析了 3KW 主轴安装座的机械机构和电主轴的冷却和润滑的方式。Z 向进给传动系统中主要分析了丝杠、导轨的安装，以及相关固定和支承。计算主要有两个方面：对滚珠丝杠和 Z 轴伺服电机
4、的选择计算和校核。最后，通过模拟编程软件Mastercam,对相关零件进行加工。关键词: 数控雕铣机床；电主轴；滚珠丝杠；直线滚动导轨；Z 轴The design of the electric spindle system in the 4040S CNC engraving and milling machineAbstract:The development of the CNC engraving and milling and the meaning of the electric spindle to the NC machine was investigated. The pro
5、cess of design for 4040S CNC engraving and milling machine was introduced, including the design project of the machine, the design of main driving system and the mechanical structures of the feeding mechanism of Z axis. In the section of main driving system, the 3KW fastening seat of the electril sp
6、indle and the coling and lubrication of the electric spindle was analysised. In the section of the feeding mechansim of Z axis , the assembly of the straight guide-way and the bearing of the ball screw and so forth was presented.The calculation mainly includes two aspects: choosing and verifying the
7、 ball screw and the servo-motor of Z axis. At last, via the simulation programming software Mastercam, the related part was generated.Keywords: CNC engraving and milling machine; Electric spindle; Ball screw; straight guide-way; Z axis数控雕铣机电主轴系统设计 - 6 -1绪论1.1 数控雕铣机的概述近年来，在模具加工行业中，人们一直在探索用一种比较完美的加工方式
8、来替代电火花成型加工，以避免工件表面质量因电加工后产生型面微观裂纹。深型腔加工优势深槽窄缝加工传统的电火花成型加工微细复杂型腔加工花纹加工缺点 图案型腔加工大型面良好的表面粗糙度加工工艺较多、时间较长高速铣削方式在这些模具加工中具有很大的优势，同时，伴随着加工高硬度材料刀具技术的发展，高速数控铣床在模具加工中的应用越来越广泛，但随着模具加工业对加工表面质量要求的提高，所需刀具半径越来越小，于是高速铣削加工出现了另一种分支工具高速数控雕铣机。通过高速雕铣机的加工方式来弥补电火花成型加工的缺点。数控模具雕铣机的诞生为模具加工工业解决了这一问题。高速数控模具雕铣机不仅具有高效率强力粗铣半精铣加工能力
9、，同时具有高表面加工质量的精细雕刻功能，使高效率和良好表面质量得以有机统一。1.2 数控雕铣机和数控铣床的比较I. 机型上的区别： i） 数控铣床主要用于完成较大铣削量的产品的加工； ii） 雕铣机主要用于较小铣削量或者轻金属的加工；或对软金属的加工。数控雕铣机电主轴系统设计 - 7 -II. 从机床的主轴转速分析i） 数控铣床对数控系统要求速度一般，主轴转速 08000RPM 左右； ii） 雕铣机要求高速的数控系统，主轴转速 150030000RPM 左右。 III. 从机床采用的数控系统的角度来看 i） 数控铣床对数控系统的要求：稳定可靠，操作方面，维修方便等，现 在市场上的数控系统主要
10、集中在 FANUC 和西门子及 MITISUBISH 控制器；ii） 雕刻机大部分采用企业自主研发或者外购的工业控制器。 综上所述： 雕铣机大部分用于模具行业，也进行一些小切削量的铣削。而数控铣床大部分在机械加工行业中使用，主要用于一些精密零件的加工和小批量多品种的加工。1.3 雕铣机与雕刻机的比较对雕铣机(Router)与雕刻机(Engraver)的区别，很多人都不清楚。人们直观上的感觉是小幅面的是雕刻机，大幅面的是雕铣机，或叫雕凿机、镂铣机，或干脆统称大雕刻机。其实它们是两类不同结构的机器，但工作原理大致相同，都是由 X、Y、Z 三轴驱动，由电子控制器控制移动。I. 从用途上分：雕刻机主要
11、是用于对板材的雕刻，大量应用于双色板或亚克力雕刻，雕刻一次进刀深度约在 1mm3mm 左右，在标志、标牌方面应用较为普遍。II. 从机械构造方面：雕刻机的设计轻巧，X、Y 轴移动速度快，Z 轴行程较短，适合雕刻 5mm8mm 的材料。雕刻主轴头装有弹簧压鼻，作用是在雕刻过程中压平 3mm 以下的薄板材。雕刻主轴通过皮带连接到直径较大的马达上，以此使转速增大，这样雕刻出来的工件质量就较为光滑。其使用的雕刻刀具较长，长度约在 15.9cm，直径为 4.35mm 左右。由于设计方面的限制，它适合做切削量很小的高转速的雕刻工艺制作。雕铣机可以理解为既可做精细雕刻，又能做切割、镂铣。例如做三维雕刻，尽管落差很大，但 200mm 宽材料可一次完成，一次进刀量相当大。雕铣机可供选数控雕铣机电主轴系统设计 - 8 -用的刀具直径规格从 1mm16mm，其刀具长度为 5080mm。我们可以灵活使用，装细刀干细活，装粗刀干大活。由
