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1、本科毕业设计（论文） 数控龙门铣床设计燕 山 大 学2010年 6月 I摘 要从研究数控龙门铣床着手，借鉴国内外先进经验，设计了一台用于板材及多种工件加工的数控龙门铣床，满足了生产和设计的要求。整个龙门铣床主要包括横纵向进给机构、立柱、横梁、底座、工作台等主要组部件。其中所有进给机构均采用滚珠丝杠进行传动，并由伺服电机进行驱动。主轴箱安装在龙门架上，运用类比法自行设计了滚珠丝杠螺母副的制动装置。全面阐述了数控龙门铣床的结构原理，设计特点，论述了采用伺服电机和滚珠丝杠螺母副的优点。详细介绍了数控龙门铣床的结构设计及校核，并进行了分析。另外汇总了有关技术参数。其中着重介绍了滚珠丝杠的原理及选用原则
2、，系统地对滚珠丝杠生产、应用等环节进行了介绍。包括种类选择、参数选择、精度选择、循环方式选择、与主机匹配的原则以及厂家的选择等。关键词 龙门铣床 数控 伺服电机 滚珠丝杠AbstractBegins from the research CNC planer type milling machine, to profit from the domestic and foreign advanced experiences, designed one to use in the sheet material and various workpiece the numerical control C
3、NC planer type milling machine, has satisfied the production and the design request.Elaborated comprehensively the numerical control CNC planer type milling machines structure principle, the design feature, elaborated has used step-by-steps the electrical machinery and the ball bearing guide screw n
4、ut vice-merit. Introduced in detail the numerical control CNC planer type milling machines structural design and the examination, and have carried on the analysis. And has compiled the related technical parameter.In which introduced emphatically the ball bearing guide screw principle and selects the
5、 principle，To ball bearing links and so on guide screw production, application has systematically carried on the introduction. Including the type choice, the parameter choice, the precision choice, the round-robin mode choice, the principle as well as the factory choice which matches with the main e
6、ngine and so on.Keywords planer type milling machine Board Numerical control Step-by-steps the electrical machinery Ball bearing guide screw nutI 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 背景11.2 数控技术的应用与发展11.2.2 数控技术的发展趋势21.3 数控机床的分类21.3.1 按工艺用途分类31.3.2 按运动方式分类31.3.3 按控制方式分类31.4 经济型数控机床41.4.1 经济型数控机床的概念41.4.2 经济型
7、数控机床的分类41.4.3 经济型数控机床的特点51.5 数控机床的组成及工作原理51.5.1 数控机床的组成51.5 本章小节8第2章 数控龙门铣床总体方案设计82.1 机床的设计要求82.2 设计方案82.3 本章小节11第3章 机床主轴箱的设计123.1 主轴箱的设计要求123.2主传动系统的设计123.2.1 主传动功率123.2.2 驱动源的选择133.2.3 转速图的拟定133.2.4传动轴的估算153.2.5齿轮模数的估算173.3主轴箱展开图的设计183.3.1设计的内容和步骤183.3.2 有关零部件结构和尺寸的确定183.3.3 各轴结构的设计203.3.4 主轴组件的刚度
8、和刚度损失的计算213.4 零件的校核233.4.1齿轮强度校核233.5 本章小节24第4章 进给伺服系统设计264.1 对进给伺服系统的基本要求264.2进给伺服系统的设计要求274.3滚珠丝杠的选择274.3.1 滚珠丝杠副的导程284.4同步齿形带的选择304.5伺服电机的选择304.6 滚珠丝杠副的安全使用314.6.1 润滑314.6.2 防尘314.6.3使用324.6.4 安装324.7 伺服进给系统结构图的设计324.8 本章小节34第5章 床身、横梁导轨和工作台355.1 床身结构355.1.1 对床身结构的基本要求355.1.2 床身的结构365.2 导轨385.2.1
9、导轨的润滑与防护385.2.2 导轨的安装调整395.3 工作台395.4 本章小节39结论39参考文献40致谢41V第1章 绪论 第1章 绪论1.1 背景二十世纪中期以来，由于航空和航天技术的快捷发展，对于各种飞行器的加工提出更好更快的要求。这些零件形状大都相当复杂，材料多为难加工的合金，用传统的机床和工艺方法进行加工，不能保证精度，也很难提高生产效率，随着计算机的发明和发展，是数控机床的设想成为现实，且已经或即将成为现代机械制造生产过程的基本环节。也就是说，结合现实的生产实际，根据我国的国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格、提高生产率、提高产品质量、降低废品率、提高加工精度、节
10、约工装费用、降低生产成本、缩短生产周期、减轻工人的劳动强度，以致使企业取得最好的技术经济效果，在这种总的前提和要求下，就必须使机械加工自动化，适应于生产对象经常改变的情况，并且具有较好的通用性，较大的柔性。因此经济性数控机床就这样被设计并被广泛的应用在现代化生产当中。1.2 数控技术的应用与发展随着社会生产和科学技术的发展，机械加工产品的形状和结构不断改进，对加工质量的要求越来越高。由于产品更新换代的速度加快，目前在一般机械加工中单件、小批量生产的产品约占70%-80%。为了保证产品的质量，提高生产效率和降低成本，要求机床不仅具有较好的通用性和灵活性，而且加工过程要尽可能实现自动化。数控技术就
11、是在这种条件下发展起来的，适用于精度高、零件形状复杂的单价及小批量生产，以数字形式实现控制的一门技术。1.2.1 数控技术领域与计算机应用的特点 1.2.1.1 数控的技术领域 数控就是以数字程序的形式实现控制的一门技术，它是随着电子计算机的发展而发展起来的，综合了各技术领域里的新成就，具有广泛的通用性，是高自动化程度的工业自动控制技术。现代数控技术所涉及到的技术领域学科很多，范围较广，除机械技术本体之外，还有以下关键技术：1.计算机及接口技术 2.自动控制技术3.传感器技术4.信息技术数控技术首先在机床行业获得广泛应用，现在已有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控加工中心及数控线切割机床等。
12、1.2.1.2 数控技术中计算机技术应用的特点 计算机数控多以通用的小型或微型计算机为核心，在增加适当的接口电路及外围设备，来代替数控柜中的专用计算装置。 计算机数控系统有以下特点1.灵活性强2.通用性好3.可靠性高4.易于实现多功能、高复杂程度的控制5.使用维修方便6.具有通信功能1.2.2 数控技术的发展趋势从数控系统的发展来看，数控机床已发展了五代在实际应用中，除了机床行业之外，数控技术还应用在其他部门，产生了各种数控设备。例如：数控绘图机、数控绕线机、数控测量机等。随着数控技术向其他行业的推广，计算机技术、成组技术及系统等技术在各工业部门的应用，推动了机械工业从传统的概念和方法中解脱出
13、来，向着综合自动化的方向变革。在产品设计方面，采用计算机辅助设计（CAD）技术，可以提高设计质量，缩短设计周期，发现和修正设计中的错误。在加工制造方面，采用计算机辅助制造技术（CAM），使计算机参与从零件材料选择到加工和装配检验直至成品出库的整个过程。1.3 数控机床的分类1.3.1 按工艺用途分类（1）一般数控机床这类机床和传统的通用机床品种一样，其工艺可能性和通用机床相似，且能加工复杂形状零件。（2）数控加工中心机床它是在一般数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置而构成的一种带自动换刀装置的数控机床。其主要来加工箱体零件。（3）多坐标数控机床其特点是数控装置的轴数较多，机床结构也比较复杂。（
14、4）计算机群控它也称为直接数控系统，是一台大型通用计算机直接控制一群数控机床的系统。1.3.2 按运动方式分类（1）点位控制数控机床这类机床的数控装置只能控制机床移动部件从一个位置（点）精确的移动到另一个位置（点），在移动过程中不进行任何切削加工。（2）点位直线控制数控机床这类机床工作时，不仅要控制两相关点之间的位置，还要控制两相关点之间的移动速度和路线。（3）轮廓控制数控机床这种机床的控制装置能够同时对两个或两个以上坐标轴进行连续控制。加工时不仅要控制起点和终点，还要控制整个过程中每点的速度和位置。1.3.3 按控制方式分类（1）.开环控制数控机床在开环控制中，机床没有检测反馈装置，如图1-1，数控装置发出信号的流程是单向的，所以不存在系统稳定性问题，故机床加工精度不高，其精度主要取决于伺服系统的性能。图1-1开环控制示意图这种机床工作比较稳定，反应迅速，调试方便，维修简单，其控制精度受到限制。它适用于一般要求的中、小型数控机床。（2）.半闭环控制控制数控机床这种控制方式对工作台的实际位置不进行检查测量。这种控制方式介于开环与闭环之间，精度没有闭环高，调试比闭环方便。（3）.闭环控制数
