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郑州航空工业管理学院毕业论文（设计）2011届机械设计制造及其自动化专业0906961班级题目经济型数控钻铣床设计——机床总体及垂直工作台设计姓名杨念动学号090696132指导教师李明职称教授二О一一年五月十八I内容摘要数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床。它的机械部分要求高刚度、高精度、高速度和低摩擦等。本论文介绍了经济型数控钻铣床机械部分的设计过程，主要包括机床总体方案设计、主传动系统设计和进给系统设计。在设计中，无论是从机床整体布局、基础件结构设计，还是从轴承、滚珠丝杠和滚动导轨的选择与配置，都十分注意提高和保证它们的精度。在机床总体设计中，整体合理布局，采用刚度较高的床身。在进给伺服系统中，由高性能伺服电机通过联轴器直接与丝杠相连，带动主轴箱或工作台，传动丝杠采用HJG－S系列精密滚珠丝杠副，导轨采用GGB型高精度直线滚动导轨以降低摩擦损失。本设计还对各个零部件进行了设计,并绘制了该数控铣床总体装配图及纵向进给机构的装配图。关键词经济型数控钻铣床；总体设计；步进电机；滚珠丝杠；直线滚动导轨ITheDesignofEconomicCNCDrillingandMillingmachineAuthor:YangNiandongTutor:LiMingProfessorAbstractCNCmachineisoneoftheautomaticmachinetoolswithhighaccuracyandhighefficiency.Itsmechanismsrequesthighrigidity,highaccuracy,highspeedandlowfriction.TheprocessofdesignfortheeconomicalCNCdrillingandmillingmachineisintroducedinthispaper,mainlyincludingthewholedesignprojectofthemachine,thedesignofmaindrivingsystemandthemechanicalstructuresofthefeedingsystem.Nomatterwhataboutoveralllayoutofthemachine,designofthestructuresforbaseparts,orselectionandcalculationofthebearings,theballscrewsandthelinearmotionguide,theirprecisionisextremelypaidattentiontoenhanceandguarantee.Intheoveralldesign,thewholeofmachineisreasonablyarrangedandtousehigh-rigiditybodyofmachine.Inthefeedingsystem,thehigh-qualityservomotorisdirectlyconnectedwithscrewthoughcouplingtodrivespindlecaseorworktable.ThedrivingscrewsareHJG-Ssuperprecisionballscrews,andtheguidesareGGBhighaccuracylinearmotionguide(LMG)inordertoreducethefriction.Besides,theauthorhasdesignedIIanddrawedallofmechanism’parts,andalsodrawedtheassemblechart.KeywordsEconomicalCNCdrillingandmillingmachine;Overalldesign;steppingmotor;Ballscrew;LinearmotionguideI目录第1章概论................................................11.1数控机床的产生......................................11.2数控机床的发展趋势..................................31.3数控钻铣床机械结构的主要特点.........................5第2章机床总体布局设计....................................62.1总体结构布局........................................62.2机床的进给系统方案设计..............................72.3滚珠丝杠的选定......................................72.4滚珠丝杠的支承结构..................................82.5支撑轴承的选择......................................82.6滚珠丝杠的制动装置..................................92.7伺服电机与进给丝杠的联结结构........................102.8机床导轨...........................................102.9控制系统...........................................12第3章立式数控钻铣床的设计计算...........................123.1纵向进给系统的设计计算.............................123.2动力参数的计算和步进电机的选用......................143.3步进电机的选择.....................................173.4滚珠丝杠的选择.....................................193.5轴承的选择.........................................23II3.6导轨的选择及润滑...................................243.7联轴器的选择.......................................27第4章总结语...........................................28致谢.....................................................29参考文献..................................................301经济型数控钻铣床设计090696132杨念动指导老师：李明教授第1章概论1.1数控机床的产生由于在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10～100件）占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船、航空航天、机床、重型机械以及国防部门，其生产特点是加工批量小、改性频繁、零件的形状复杂而且精度要求高，采用专门化程度很高的自动化机床加工这类零件就显得很不合适，因为生产过程中需要经常改装与调整设备，对于专门生产线来说，这种改装与调整甚至是不可能实现的。为了解决这些问题，满足多品种、小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这一背景下产生和发展起来的。它极其有效地解决了上述一系列矛盾，为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。随着电子技术的发展，1946年世界上第一台电子计算机问世由此掀开了信息自动化的篇章。1948年美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司（ParsonsCorporation）在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到±0.0381mm2（±0.0015in），达到了当时的最高水平。1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。这台机床是一台试验性机床，到了1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生产出来。在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem——FMS）之后，美、欧、日等也相继进行开发及应用。1974年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称为CNC机床），进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是3一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。1.2数控机床的发展趋势（1）高速化随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。（2）高精度化数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。（3）功能复合化4复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。（4）控制智能化随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。（5）驱动并联化并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷，在机床主轴（一般为动平台）与机座（一般为静平台）之间采用多杆并联联接机构驱动，通过控制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工，具有现代机器人的模块化程度高、重