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1、成都学院学士学位论文（设计）微型立式铣床设计专 业：机械设计制造及其自动化 学 号：3学 生： 指导教师： 摘要：本文提出了采用桌面式微型立式铣床进行微细加工的方案，根据该方案进行了桌面式微型立式铣床的结构设计和仿真分析。在本文中对桌面式微型立式铣床的各个关键部件进行了选型和设计；利用 solidworks 软件对微小铣床进行三维建模；对零部件进行对比校核计算了选型。经计算后对微型立式铣床进行结构设计、丝杠的定型、轴承的选用，得出电主轴的静刚度并获得了电机主轴的模态和谐响应特性；研究电机主轴的固有频率、振型和临界转速，并对高转速下电机主轴在前端、后端、轴承所在的四个位置以及电主轴中部位置所发生
2、的最大动态位 移进行分析计算。对微小铣床床身进行了受力分析，得出了合格的床身。 关键词：微型立式铣床；结构设计；电机主轴；动态特性成都学院学士学位论文（设计）The Design Of Desktop Miniature Vertical Milli Machine Specialty: Mechanical Design, Manufacturing and Automation Student Number: 3 Student:Yang Fuyun Supervisor: Liu LiAbstract: In this paper, the use of micro-vertical m
3、illing desktop micromachining programs carried out structural design and simulation desktop micro vertical milling under the program. In this article thevarious key components of a desktop micro vertical milling carried out the selection and design; SOLIDWORKS software for small milling machines use
4、 three-dimensional modeling; spindle using ANSYS software 2D and 3D static and dynamic finite element modeling, by calculated the static stiffness spindle and get a spindle modal harmony response; study the natural frequency of the spindle motor, vibration mode and the critical speed, and high-speed
5、 electric spindles under the front and back, bearing the maximum dynamic displacement of the four locations, and the location of the central spindle occurred analyzed and calculated. Milling on the tiny bed finite element analysis, the first five of the bed modal and vibration mode.Key words: Deskto
6、pvertical milling machine；structural design；the spindlemotor；the dynamic characteristics成都学院学士学位论文（设计）目目 录录绪 论 .11 三轴联动数控微型立式铣床结构设计 .51.1 总体设计方案.51.1.1 微型立式铣床技术要求.51.1.2 数控立式铣床结构布局形式.51.2 微型立式铣床的床身建模.91.3 微型立式铣床的关键零部件的设计.121.3.1 导轨的设计.121.3.2 滚珠丝杠的设计.141.3.3 滚珠丝杠的参数校核.151.3.4 工作台的驱动方式有如下.191.3.5 铣床工
7、作台结构的设计.221.3.6 轴承的设计：.252 三轴联动数控微型立式铣床结构设计 .2621 高速电机主轴动平衡设计.262.1.1 电机主机轴联结方式.262.1.2 轴与轴上零部件的过盈量计算.272.2 底座导轨的设计.29结论 .30参考文献 .31致谢 .32成都学院学士学位论文（设计）0绪 论1 研究背景及意义随着航空航天、国防工业、微电子行业、现代医学以及生物工程技术的发展，精度高的或超高精的三维小型零件的需求日益迫切。其结构形状的复杂化、零件材料的多样化及表面质量的高要求成为现有三维小零件和它的微型装置设备的主要特点。对零件的表面质量、疲劳强度、结构强度、可靠度方面的要求
8、也变得更高了。在我国的各个工农业生产部门，科研单位和国防部门中，使用着大量各式各样的机器，仪器和工具。这些机器，仪器和工具大部分是由一定形状和尺寸的金属零件所组成，生产这些零件并将它们装配成机器，仪器和工具的工业，称为机械制造工业。机械制造工业的任务，就是为国民经济各部门， 科研单位和国防部门提供现代化的技术装备。如果我们没有强大而完整的现代化机械制造工业，就无法用现代化的装备来武装各个国民经济部门，科研单位和国防部门就不能独立而迅速地发展我们国家的制造水平，这样会被国外的先进技术所替代，我们的国家就会落后，进而陷入没有自主产权的地步。铣床主要是利用刀具的旋转将工件表面部分一层一层的切削而除去
9、，从而形成具有一尺寸，形状和精度的工件。在一般的生产体系中，铣床的加工范围占整个机器生产的非常大的一部分，高效而精确的铣头是铣床切削毛坯必不可少的配置。铣床立铣头可绕水平轴在垂直平面内作回转调整，因而也可铣削斜面；机床采用头和圆形工作台时，可铣削齿轮铰刀和钻头的螺旋面，以及凸轮和圆弧槽等；由于是多到断续切削，因而铣床的切削效率高。它的这种高效率和特殊的加工方法使得我们不断的研究和探索有关它的各种相关的配置及各式各样的机床微型加工就是一种介于普通宏观机床加工和 MEMS 制造之间的一种技术。简而言之，微型加工就是用微小机床加工微小零件，被加工零件的尺寸一般在1000xm 和10mm 之间，利用小
10、型机床加工小零件在结构成型和材料多样性方面有其显著的优点。微型机床不只是能够提高空间使用效率和节约成本，并且它的惯性小，因而更容易满足高的切削加工和高精度的控制的需求。目前许多制成的许多高精度的三维零部件，基本都是利用普通的零件和精密零部件结合而成来组成高精度的机床。这类机床主要是被用于加工高精度的小零零件，但是生产小零部件的成本很高、效率比较低、不灵活。所以，小型铣床日益成为解决生产小零部件效率低、成本高不灵活的一项新技术。故对小型成都学院学士学位论文（设计）1机床及微型铣削加工技术的开发与研究具有里程碑的理论意义和非常好的实际应用前景。2 国内外微型铣床的发展现状现在铣床主要向高效、高速、
11、智能化、节约能源、小型化方向发展，而微型化由于其独特的优势，微小型机械制造系统被誉为20世纪10大关键技术之首。MMT 是属于微小型机械制造系统的重要组成部分，是连接微观和宏观制造领域的技术桥梁，是21世纪的重点发展方向，受到世界各国的高度重视。日本、美国和欧洲等发达国家都投入了大量的人力、物力和财力开展 MMT 方面的研制与开发。日本是较早研发微型加工机床的国家。在1990年，日本机械技术研究所第一次提出了桌面微工厂(DesktopMicrofactory)的理念，并且在1999年成功研制出世界上的第一套桌面微型桌面加工工厂，该工厂由车、铣、冲压、搬运机械手和械手等有机组合而成。桌面式微工厂
12、的概念就是机床体积小并且利用先进的加工生产技术来加工微小型的零件，该微型工厂不仅仅是加工小型高精尖的零部件而且具有节能环保等明显优势，是绿色制造业的一个重要发展方向和指引。日本的产业技术综合研究所(AIST)在1998年提倡进行的 Micro Factory 开发计划(共投入了250亿日元)开发出那时在世界上最小的机床，并且在2000年“科学技术周“期间开发出了手提式微小型加工的系统，这个系统集成了车、磨、钻、冲压及搬运于一体的桌面式加工中心，从而验证了微型机床加工小零件是可行的在2002年美国 WTEC(Word Technology Evaluation Center，Inc 1和 NSF
13、 National Science Foundation)等机构共同出资针对国际上 NonMEMS 微型加工技术发展现状与趋势组成了专家考察团进行了详细的考察调研，并且在2005年形成了关于微型加工技术的分析报告。在该分析报告中指出，NonMEMS 微制造技术将会成为21世纪在微型加工方面的新型技术，该技术是连接微加工与宏观制造业的桥梁，足以称得上是改变传统加工理念的一项新型技术，同时也是改变方式和生产关系的技术(微制造可在家庭手工完成)，它被证明是可以增强美国在工业中的竞争优势的战略技术。麻省理工学院、伯克利分校、加州大学密西根大学、美国佐治亚理工学院、威斯康辛大学等都针对微型制造加工系统开展了广泛且深入的研究，很多重要的阶段性成果已成功
