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1、XXX大学本科生毕业论文立式升降台数控铣床主传动系统设计院(系)：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化学号：06071305学生姓名：XXX 指导教师：XXX讲师2010年6月摘 要数控技术和数控设备是制造工业现代化的重要基础。数控铣床是机械和电子技术相结合的产物，其机械结构随着电子技术在铣床上的应用和人们对铣床性能的各种技术要求，而逐步发展变化。本课题主要对数控铣床的主传动系统、Z向进给系统进行了结构设计，并进行了必要的选择计算和校核计算，主要设计工作包括主轴箱及其内部传动件的设计计算，主轴驱动电机的选择计算，主轴变速电机用联轴器，滚珠丝杠的选择计算，滚动导轨的选择计算，伺服电机的选择计
2、算，以及相应的重点部件的强度校核、寿命校核。全套图纸，加153893706本设计采用主轴箱垂直进给的方式，主轴电动机在主轴箱上提供动力输出，Z向由伺服电机和制动器完成升降和停止运动。本文对立式数控铣床的基本结构、基本尺寸进行了详细的设计、计算，并利用UG NX4对数控铣床的结构进行三维建模，以便更直观地展现设计思想和后期的装配及运动仿真，然后对在设计中选择的各种典型零件进行校核计算，保证设计的可靠性。 关键词：数控铣床；主传动系统；Z向进给系统ABSTRACTCNC numerical control technology and equipment is an important found
3、ation for modern manufacturing industry.CNC milling machine is a combined product of mechanical and electronic technology.Its mechanical structure evolves gradually with the application of electronic technology on milling and the various requirements of the performance of milling.The structure of th
4、e main driving system and Z feed feeding system are designed in this issue and necessary choice of calculation and verification calculations are made. The main design work includes the designing and calculating the spindle box and its internal transmission parts, selecting and calculating the spindl
5、e drive motor and its coupling, ball screw, scroll guide, servo motor and checking the strength and life of the corresponding key parts .Headstock vertical feed means is chosen in this designing. The spindle motor in the spindle box provides output-power.Z feed systerm is completed by the servo moto
6、r and the brake slows down and stops the movement.The basic structure and basic dimensions of the Vertical CNC milling machine are designed, and calculated in detail in this issue.UG NX4 is used for the structure of the CNC milling machine three-dimensional modeling for a more intuitively display,po
7、st-assembly and simulation,Then the typical selected components in this design are checked calculation. To ensure the reliability of this design.Key words：CNC milling machine；main driving system；Z feed system目录第1章绪论1本课题研究背景及意义1数控机床的研究现状2国外数控机床的研究现状2国内数控机床的研究现状4数控机床的发展趋势6论文主要完成的工作6第2章总体方案设计8引言8主传动系统总
8、体结构方案的设计8主传动系统的基本要求8初定主传动系统基本参数8主传动系统总体结构方案设计9Z向进给系统的方案设计10进给系统的基本要求10Z向进给传动系统的方案设计11整体装配三维建模12本章小结13第3章主传动系统设计14引言14主传动系统参数14变速传动系统计算15带传动设计15齿轮传动设计173张紧轮机构设计20轴的设计21高速轴的设计21中间轴的设计22主轴的设计23主轴电机的选择26主轴箱联轴器选择28箱体设计28本章小结29第4章Z向进给系统设计30引言30床身立柱结构设计30Z向进给系统的设计32.1滚珠丝杠的选择设计32滚珠丝杠的安装与预紧33联轴器的选择设计34伺服电机的选
9、择计算34制动器的选择36导轨的选择设计37联轴器架机构设计37行程开关的选择37本章小结38第5章安全性计算与校核39引言39齿轮强度的校核39轴强度的校核40轴承寿命的校核42丝杠的定位精度和死区误差校核43本章小结45结论46参考文献47致 谢49第1章绪论本课题研究背景及意义数控技术和数控设备（如图1.1）是制造工业现代化的重要基础。数控铣床是机械和电子技术的相结合的产物，他的机械结构随着电子技术在铣床上的普及及应用，以及对铣床性能提出的技术要求，而逐步发展变化1。从数控铣床的发展史看，早期的数控铣床是普通铣床进给系统的技术革新、改造，而后逐步发展一种全新的加工设备。1952年，美国研
10、制的第一台三坐标数控铣床，其特点是用三个数控伺服系统替代了传统的机械进给系统。早期的数控铣床同普通铣床相比，除进给系统是数控伺服系统以外，外形和结构基本相同。国内现生产的经济型数控铣床，就属于这种类型，因为这些产品是在普通铣床的总体结构基础上经局部改进而发展起来的。与普通铣床的工艺相比较，数控铣床工艺装备的制造精度更高、灵活性好、适应性更强，其自动化程度更高。合理使用数控铣床的工艺装备能提高零件的加工精度2。 图1.1 数控加工中心 主传动系统是铣床传动系统的核心环节。传统的铣床主传动系统采用有级传动方式，其计算和设计方法早已有详细论述。随着机床技术的发展，数控铣床和加工中心的主传动系统已普遍
11、采用无级传动方式。尽管一些大型的机床设计手册对无级传动方式的分析计算和设计方法已有论述，也已形成一些设计原则，但机械加工对主轴无级传动系统的要求多种多样，随着机床技术的发展，随着机床产品设计越来越理性化，在进行主传动系统设计时需要对各主要技术参数和特性参数如高、低档减速比、主轴额定转速、功率损失等进行计算，对这些参数的相互关系和相互影响以及对结构性能的影响进行分析。而以往的技术文献对这方面的介绍、论述较为笼统和简单，有关结论也显得简单，已不能满足分析和设计要求，因此有必要不断地深入研究，完善主传动计算与设计方法3。数控机床的研究现状数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，目前迅速发展起来的加工中
12、心、柔性加工单元等都是在数控镗床，数控铣床上的基础上产生的，两者都离不开铣削方式。由于数控铣削加工工艺最复杂，需要解决的技术问题也最多。因此，目前人们在研和开发数控系统及自动编程语言的软件时，也一直把铣削加工作为研究重点。国外数控机床的研究现状世界上第一台研制成功的数控机床是一台三坐标的数控铣床，于1952年由美国帕森斯公司（Parsons）和麻省理工学院（MIT）合作完成4。数控机床的发展是伴随着数控系统的发展而发展的。数控系统的发展经历了电子管分立式晶体管小规模集成电路大规模集成电路小型计算机超大规模集成电路微机式的数控系统等几个阶段。进入21世纪后全球各工业强国推出新型数控机床的速度越来
13、越快，代表性的美国法道VMC4020C机床（如图1.2）是由上海法道机床 严格按照美国法道公司的技术标准在国内组装生产。其具有kW(22.5hp)的强大的主轴电动机在全转速范围内提供稳定的扭矩输出。主轴采用无齿轮双速电子调速系统，更宽的调速范围提供更好的运行特性。主轴转速最高可达到7500r/min采用获得专利的刀柄拉杆机构，确保刀具在强力切削中的锁紧。无论是切削钢件还是铝，都保证其有充分的动力，既可重切削又可高速切削。刚性攻丝在1501500r/min的高速下可保证螺矩和深度精度，且不须额外配备攻丝夹头。床身采用整体铸造，内部遍布网状加强筋结构，重型铸铁的矩型导轨提供更大的接触面，实现最佳的
14、减振性能和刚性。伺服电动机采用世界名品BALDO电动机，高达16900N的轴推力，有着高的安全可靠性。机床全部采用直径达到40mm的日本精工滚珠丝杠，在低速下提供工作台的高速移动，延长丝杠寿命，允许长时间重载运行。工作台的承载能力可达到1700kg。加高的Z轴立柱，有着长达711mm的垂直行程。主轴端面到工作台面距离可达102813mm。可容纳21把刀具的全封闭刀库，最大刀具直径（邻位无刀具）可达到152mm，刀具最大重量可达kg。图1.2 美国法道VMC 4020 马吉CTX 310 ECO德国马吉(DMG)公司生产的CTX 310 ECO（如图1.3）通用车床，其主轴驱动在无级可调情祝下，
15、转速可达5 000r/min，输出功率为11kW，扭矩为，可为51200 mm直径范围的高要求车削操作提供最佳的前提条件。在此，主轴上的直接测量系统与可供选择的FANUC或西门子提供的高端CNC控制器相结合，提供最高的定位精度。 此外，在标准配置中就己拥有德马吉的创新产品1个带有12个刀位的VDI30刀塔，其中的6个刀位可以选配动力刀具并配置G轴。除此之外，用于轴加工的可编程移动的尾座也包含在标准配置中；标准配置中还包括在所有轴上用于保证工艺稳定性及工件加工精度的直线滚动导轨。每根轴均配有数字驱动装置，它使X轴的快移速度可达到24m/min，Z轴的快移速度可达到30 m/min。 在操控方面，无论是CTX310ECO还是CTX510ECO，都采用西门子和FANUC的高科技三维CNC数控系统，同时还提供最大可达15英
