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1、毕业设计(论文)数控铣床Z轴进给系统设计Z-AXISCNCMILLING MACHINE FEEDSYSTEM DESIGN学生姓名学院名称专业名称指导教师20*年5月27日 摘要本论文主要研究数控铣床的Z轴进给系统。数控铣床是数控机床中的典型机床，它对国家的机械行业的发展具有重要的贡献，其加工精度也决定了一个国家的机械行业的发展水平。其Z轴进给系统主要内容包括进给部件的计算与选用。进给部件首选滚珠丝杠螺母副，它拥有摩擦损失小、传动效率高、运动平稳、摩擦力小、灵敏度高、低速时无爬行，并且轴向刚度高、反向定位精度高精度稳定性好、磨损小、寿命长、维护简单、传动具有可逆性等特点，对于数控铣床的精确传
2、动提供了保障，使其加工精度精度越来越高。关键词 数控铣床；Z轴进给系统；滚珠丝杠螺母副；AbstractIn this thesis, the Z-axis CNC milling machine feed systems.CNC milling machine is a typical CNC machine tools in the machinebed, its countrys machinery industry has an important contribution to the development of its precision also determine a cou
3、ntryhome level of development of machinery industry.The Z-axis feed system mainly includes the calculation of the feed components with the electionuse.Feed components preferred ball screw pair, it has friction loss, high transmission efficiency, movement instability, small friction, high sensitivity
4、, low speed without crawling, and axial stiffness, high precision positioning reverseaccuracy, good stability, wear and tear, long life, easy maintenance, transmission characteristics are reversible, the number ofcontrolled milling machine to provide a guarantee for the precise transmission, making
5、it more and more high precision accuracy.Keywords CNC milling machine Z-axisfeed system Ball screw pair徐州工程学院毕业设计(论文)目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 数控铣床11.1.1 数控铣床的简介11.1.2数控的加工过程11.1.3数控铣床的组成11.1.4 数控铣床的分类21.1.5 数控铣床的用途和工艺特点21.2我国的数控产业31.2.1我国数控产业的现状31.2.2数控产业发展面临的问题31.2.3数控产业的发展趋势41.3数控机床的优点41.4数控铣床Z轴进给
6、系统的大致整体设计62 Z轴传动系统的设计72.1Z轴传动系统的参数设定72.2数控机床对主传动的要求72.3数控铣床变速机构形式72.4主轴的设计82.4.1主轴材料的选择82.4.2主轴结构的确定82.4.3轴的校核计算92.5齿轮传动的设计计算122.5.1模数的估算：132.5.2齿轮分度圆直径的计算132.5.3齿轮宽度B的确定142.5.4齿轮其他参数的计算142.5.5齿轮的校核（接触疲劳强度）：143 Z轴进给系统总体方案的设计153.1设计参数153.2工作原理153.3总体方案设计153.3.1 数控系统的选择153.3.2传动机构的选择163.3.3联轴器选择164 主要
7、零部件的计算与选用184.1Z轴工作载荷分析184.2 Z轴工作载荷计算184.3滚珠丝杠螺母副的计算与选用184.3.1丝杠导程的确定184.3.2动载荷C计算194.3.3效率计算204.3.4滚珠丝杠的精度选择204.3.5滚珠丝杠的制动204.4滚珠丝杠螺母副支承的选择214.5滚珠丝杠螺母副的间隙消除与预紧224.6轴承的计算与选用224.6.1轴承初选224.6.2轴承的计算234.6.3确定轴承的规格型号244.7传动系统的刚度计算244.7.1丝杠拉压刚度KT244.7.2滚珠丝杠螺母副的轴向接触刚度KN254.7.3支承轴承的轴向刚度KH254.7.4丝杠传动的综合拉压刚度K
8、254.8伺服电动机的选择计算254.8.1确定步进电动机的类型254.8.2确定脉冲当量264.8.3最大静态转矩的选择264.9负载转动惯量的计算264.9.1工作台折算到丝杠上的转动惯量274.9.2丝杠折算到电动机的转动惯量274.9.3传动系统折算到电机轴上的总转动惯量274.10负载力矩的计算274.10.1计算折算到电动机主轴上切削负载力矩274.10.2计算折算到电动机上的摩擦负载力矩274.10.3计算附加负载力矩284.10.4加速力矩284.10.5计算空载时的快进力矩284.10.6计算切削时的工进力矩284.10.7计算空载启动力矩284.10.8确定步进电动机的最大
9、静转矩294.11导轨的选择294.11.1导轨的介绍294.11.2导轨的参数选取304.11.3导轨的间隙调整314.11.4导轨材料与热处理325主要零件的校核335.1 滚珠丝杠螺母副的校核335.1.1 滚珠丝杠螺母副临界转速的校核335.1.2滚珠丝杠螺母副寿命的校核33结论34致谢35参考文献36221 绪论1.1 数控铣床1.1.1 数控铣床的简介科学技术的发展以及世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求；超高速切削、超精密加工等技术的应用，对数控机床的数控系统、伺服性能、主轴驱动、机床结构等提山了更高的性能指标；FMS的迅速发展和CIMS的不断成熟，又
10、将对数控机的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制等技术提出更高的要求。随着微电子和计算机技术的发展，数控系统的性能日益完盖，数控技术的应用领域日益扩大。 数控铣床是在数控加丁中心领域中最具代表性的一种典型机床，在数控机床中所占的比率最大，数控加工中心、柔性制造单元等都是数控铣床基础上派生或发展起来的。它具有功能性强、加工范围广、工艺较复杂等特点，主要用于各种复杂的平面、轮廓、曲面等零件的铣削加工，同时还可以进行钻、扩、镗、攻螺纹等加工，在航空航天、汽车制造、机械加工和模具制造业中应用非常广泛。1.1.2数控的加工过程数控车床加工零件的主要过程主要包括一下内容：（1）根据被加工零件的图样与工作
11、方案，用规定的代码与程序格式，将刀具的移动轨迹、加工工艺过程、工艺参数、切削用量等编写成数控系统能够识别的指令形式，即编写加工程序。（2）将所编写的加工程序输入数控装置。（3）数控装置对输入的程序（代码）进行译码、运算处理，并像各坐标轴的伺服驱动装置和辅助功能控制装置发出相应的控制信号，以控制车床各部件的运动。（4）在运动过程中，数控系统需随时检测车床坐标轴的位置、行程开关的状态等，并与程序的要求相比较，以决定下一步动作，直到加工出合格的零件。（5）操作者随时对车床的加工情况、工作状态进行观察和检查，必要时还需要对车床动作和加工程序进行调整，以保证车床安全、可靠的运行。1.1.3数控铣床的组成
12、数控铣床一般由数控系统、机床基础部件、主轴箱、进给伺服系统及辅助装置等几大部分组成。(1)数控系统 数控系统是机床运动控制的中心，通常数控铣床都配有高性能、高精度、集成软件的微机数控系统，具有直线插补、圆弧插补、刀具补偿、固定循环、用户宏程序等功能，能完成绝大多数的基本铣削以及镗削、钻削、攻螺纹等循环加工。(2)机床基础部件 通常是指底坐、立柱、工作台、横梁等，是整个机床的基础和框架。(3)主轴箱 包括主轴箱和主轴传动系统，用于装刀具并带动刀具旋转、主传动大多采用专用的无级调速电动机驱动。(4)进给伺服系统 由进给电动机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，其
13、主轴垂直方向进给运动及工作台的横向和纵向进给运动均由各自的交流伺服电机来驱动。(5)辅助装置 包括液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。1.1.4 数控铣床的分类数控铣床品种繁多，规格不一，可按通用铣床的分类方法分为以下3类： (1)数控立式铣床：数控立式铣床主轴轴线垂直于水平面，这种铣床占数控铣床的大多数，应用范围也最广。日前三坐标数控立式铣床占数控铣床的大多数，一般可进行三轴联动加工。 (2)卧式数控铣床：卧式数控铣床的主轴轴线平行于水平面。为了扩大加工范同和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转台或万能数控转台的方式来实现四轴和五轴联动加工。这样既可以加工工件侧面的连续同转轮廓
14、，又可以实现在一次装夹中通过转台改变零件的加工位置也就是通常所说的工位，进行多个位置或工作面的加工。 (3)立卧两用转换铣床：这类铣床的主轴可以进行转换，可在同一台数控铣床上进行立式加工和卧式加工，同时具备立卧式铣床的功能。1.1.5 数控铣床的用途和工艺特点铣床是用铣刀进行铣削加的机床，铣床的加工情况如图1-1所示。在铣床上，用不同铣刀可以对平面、斜面、沟槽、台阶、T形槽、燕尾槽等表面进行加工，另外配上分度头或叫回转台还可以加工齿轮、螺旋面、花键轴、凸轮等各种成型表面。故铣床的万能性强，应用范围很广。铣床的主参数是工作台面宽度及长度。铣床的工艺特点如下：(1)铣床的主轴带动铣刀作旋转主运动；(2)铣刀是多齿、多刃连续进行切削；(3)多数铣床由工作台带动工件作直线进给运动；(4)铣刀在切削时，每个刀齿的切削过程是断续的，同时参加切削的齿数是变化的，每个刀齿的切削厚度也是变化的，因此容易引起机床振动；(5)铣削时，铣刀同时参加切削的齿数较多，便于采用较大的铣削速度和进给量，因而生产效率高。图1-1铣床的加工情况1.2我国的数控产业1.2.1我国数控产业的现状当前，我国的数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时期。也是由封闭型系统向开放型系统过渡的时期。我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术上（包括核心技术），已
