XK755型专用卧式数控床身铣床进给系统的研究与设计

二○一六届学生毕业论文（设计）存档编号：毕业论文（设计）论文题目XK755型专用卧式数控床身铣床进给系统的研究与设计(英文)TheresearchanddesignoffeedsystemforXK755SpecialhorizontalCNCmillingmachine学院机电与建筑工程学院专业机械设计制造及其自动化姓名郭长征学号122206101106指导教师范超毅2016年5月30日XK755型专用卧式数控床身铣床进给系统的研究与设计学生：郭长征,江汉大学机电与建筑工程学院指导老师：范超毅,江汉大学机电与建筑工程学院摘要本文主要介绍了了XK755型专用卧式数控床身铣床进给系统的一种设计方案，具体包括：总体布局，进给系统结构，导轨的选型与设计，滚珠丝杠螺母副的设计计算及型号选择，螺母座的设计，支承方式的确定及轴承的选择，轴承座的设计，电机支架的设计，驱动电动机与滚珠丝杠的连接方式，驱动电动机的选择，确定各个坐标轴进给系统装配关系，总结设计结论，评估并完善设计方案。关键词数控机床；床身铣床；进给系统；设计AbstractThispapermainlyintroducesableXK755typehorizontalCNClathebedmillingmachinefeedingsystemofakindofdesignscheme,specificinclude:theoveralllayout,feedsystemstructure,guidetheselectionanddesign,thedesigncalculationofballscrewnutpairandmodelselection,nutdesign,determinationofsupportingschemeandtheselectionofbearing,andthedesignofthebearing,thedesignofthemotorsupport,drivemotorandballscrewconnectionmode,thechoiceofdrivemotor,determinevariousaxesfeedsystemassemblyrelationship,summarizesthedesignconclusion,evaluateandimprovethedesign.KeywordsCNCmillingmachine;Horizontallathebedmillingmachine;Feedsystem;Coupling;Ballscrew;design目录1绪论..............................................................11.1课题任务....................................................11.2课题的研究方法..............................................11.3研究内容....................................................12设计方案..........................................................62.1设计参数.....................................................62.2总体布局.....................................................62.3三坐标轴进给系统设计.........................................72.4主轴箱平衡结构的设计........................................263结论.............................................................27致谢...............................................................31参考文献...........................................................33附图...............................................................3411绪论1.1课题任务1、了解数控机床的发展概况和数控技术的发展趋势，知道我国为什么要发展数控机床，了解发展数控机床的重要性。提高我们发展制造业的信心。培养我们对数控机床的兴趣，系统的训练我们对数控机床的设计能力，实践产品设计的全过程，起到就业前的综合练兵作用。2、学习设计数控机床的基本步骤，锻炼我们怎样收集相关资料，进行工作图设计和计算，撰写论文的能力。3、学习掌握进给传动系统工作原理。训练产品设计的基本技能（包括查阅科技文献与技术手册、熟练进行手工绘图和CAD绘图）。1.2课题的研究方法课题主要对XK755型专用卧式数控床身铣床进给系统的研究与设计，通过查阅相关资料，以及有指导老师提供指导，并结合自己设计经验，首先对XK755型专用卧式数控床身铣床的总体结构进行研究，之后分化到每个坐标轴进给传动系统的研究与设计，在细化到进给系统的每个细节部分，完成整个设计任务。1.3研究内容本次课题主要研究是XK755型专用卧式数控床身铣床进给传动系统的研究与设计（X、Y、Z轴）；关键零件的设计与计算；对于课题的研究之前，首先了解铣床整体布局，卧式数控床身铣床整体来说还是比较陌生，所以根据指导老师提供的资料，对XK755型专用卧式数控床身铣床的总体结构外形图有所了解，如图1—1.2图1—1三维造型图XK755型专用卧式数控床身铣床总体结构有五大部件：底座、滑鞍、工作台、立柱、主轴箱。通过先研究铣床的总体布局，方便接下来对于进给传动系统的研究与设计，底座主要承载立柱及立柱上的进给传动系统，同时还有Y坐标轴进给传动系统，但是底座设计的关键点如何保证Z坐标轴怎么保证与X-Y坐标轴的垂直问题，因此在加工底座时，要保证导轨的支撑面以及与立柱接触面的平面度要在合理的范围内才能够解决坐标轴的垂直问题。如图1-2。立柱主轴箱底座工作台滑鞍Z坐标X坐标Y坐标3图1-2底座滑鞍承载着X坐标轴进给传动系统，主要作用让工作台能够根据需要在X坐标方向移动，其中相关的零件有工作台、滚珠丝杠螺母副、轴承座、电机支架、螺母座、联轴器、驱动电机等，设计滑鞍要保证X坐标轴进给系统的导轨导向面与Y坐标轴进给系统的导轨导向面的垂直度要在合理的范围。这样才能够保证X与Y坐标轴的垂直。如图1-3.图1-3滑鞍工作台的作用主要是承载工件的作用，对于工作台的设计，就要根据设计参数要求，工作台工作面面积：1000X500mm,螺母座与工作台连接处，需要设定基准面，以保证螺母座的准确位置.如图1-4,。支撑面接触面X坐标轴导轨的支承面Y坐标轴导轨的支承面4图1-4工作台立柱的主要作用承载Z坐标轴进给传动系统，移动部件就是主轴箱，所以立柱设计就要满足Z坐标轴进给传动系统的有效行程，设计就要留出合理的空间，立柱还要安装主轴箱的平衡机构，来支撑主轴箱的重量，也要设计合适的位置。同时设计立柱保证立柱与底座接触面的平面度，这样才能使Z坐标轴与X-Y坐标轴保持垂直。如图1-5图1-5立柱主轴箱主要是承载主传动系统，但是对于Z坐标轴进给系统，主轴箱为移动部件，所以主轴箱设计，要结合滚珠丝杠的特点来进行设计，需要设计空间与螺母配合，同时还要和单活塞液压缸连接，如图1-6.5图1-6主轴箱62设计方案2.1设计参数工作台工作面面积(长×宽）：1000×500mm；各坐标轴的行程：600×500×500mm；快速移动速度（X、Y、Z）：12000mm/min；进给速度范围（X、Y、Z）：1～6000mm/min；主轴箱重量：1000kg；工件及工作台重量：600kg；滑鞍重量：500kg；主电机功率：11KW；主轴计算转速：200r/min；定位精度：0.03mm；重复定位精度：0.02mm；2.2总体布局首先要知道床身式铣床，特点是工作台不能够上下移动，用驱动电动机通过进给系统使纵向和横向的运动，铣刀上下移动的铣床。铣刀沿床身导轨上下移动，其升降部分铣刀的重量比升降台铣床要小得多，优点是升降方便，可以提高铣床的刚度。卧式数控专用床身铣床主要有两种形式，区别主要在立柱上，一种是单立柱，一种是框架结构双立柱。结合这两种的特点，我选择框架结构双立柱结构。进行机械装备设计时，应该从总体观念，对于我设计的XK755型专用卧式数控床身铣床进给系统，首先要得出总体布局，总体布局可以反映机床各部件的相对运动关系，确定主要部件之间的相对位置关系和配置，XK755型专用卧式数控床身铣床进给系统主要有以下几大部件：底座，工作台，滑鞍，立柱，主轴箱。如图2-1，其总体布局图反映了三各坐标轴的行程，总体的尺寸，各部件的位置关系，各方7向的运动极限位置可以判断是否会发生干涉等。图2—1总体布局图2.3三坐标轴进给系统设计XK755型专用卧式数控床身铣床，有三个坐标轴传动系统（X轴、Y轴、Z轴），X坐标轴传动系统主要功能带动工作台及工件在X方向往复运动，Y坐标轴传动系统主要带动滑鞍及X坐标轴传动系统在Y方向往复运动，所以X，Y坐标轴传动系统联系比较紧密，主要是实现工件的运动，而Z坐标轴传动系统主要功能是带动主轴箱及主传动系统在Z方向的往复运动。Z坐标轴传动系统实现刀具的上下运动。虽然这三坐标轴传动系统作用上有区别，其实运动原理是一样的，都是通过滚珠丝杠螺母副实现有旋转和直线运动的相互转换。所以在设计此铣床的时候，考虑到通用性和经济性，尽量选用相同的零件。设计进给系统时，首先要设计出总体结构图，通过确定个零件的位置关系，有尺寸来确定各个部件的相对位置，有独立进给系统结构图，再结合总体布局可以确定各个部件的绝对位置关系，如图2，三个坐标轴进给系统结构设计有几个关键零件，如：驱动电机、电机支架，弹性联轴器，组合轴承、滚珠丝杠螺母副、螺母座、轴承座。三坐标轴进给系统设计思路是：1、根据课题要求，进行导轨设计与选型。2、计算设计后，对滚珠丝杠螺母副选型，根据结构要求确定滚珠丝杠螺母8副的支承方式，选择一种合理的预紧方式以及两端轴承配合的选择。3、设计合理的轴承座，电机支架以及螺母座。4、通过计算选择驱动电机的型号。5、确定滚珠丝杠与电机的连接方式。6、绘制进给系统装配图。X坐标进给传动系统的结构图图2-2X坐标进给系统结构图1、滚珠丝杆2、螺母座3、工作台4、螺母座5、滑鞍6、电机支架X坐标轴工作原理：伺服电动机通过联轴器带动滚珠丝杠做旋转运动，滚珠丝杠旋转带动螺母做直线运动，螺母又通过螺母座带动工作台做直线运动，移动部件是工作台。进给系统承载在滑鞍上，所以滑鞍的结构影响X、Y坐标轴的垂直度的问题，其中关键问题是，支撑导轨的设计，它影响着机床的精度，滚珠丝杠的选型和长度的设计，确保满足课题要求的有效行程，安装合理，传动能力等，其次就是，轴承座、螺母座、电机支架的设计问题。Y坐标进给传动系统的结构图9图2-3Y坐标进给系统结构图1、滚珠丝杆2、螺母座3、底座4、螺母座5、滑鞍6、电机支架Y坐标轴的工作原理与X基本一致，有所不同的是移动部件不同，变成了滑鞍和X坐标轴进给系统，承载部件是底座，承载重量比X坐标轴大，其他关键技术也是大体相同。Z坐标进给传动系统的结构图图2-4Z坐标进给系统结构图1、滚珠丝杆2、螺母座3、立柱4、主轴箱5、电机支架Z坐标轴的工作原理也是如此，但是结构有所不同，X与Y的结构基本一样，但是由于立柱结构的特殊所以导致Z坐标轴进给传动系统的结构略有不同，主要差别是移动部件是主轴箱，不需要另外设计螺母座电机支架的结构和连接方式也改变，需要考虑的关键技术是，立柱的平衡问题，Z坐标另两外两个坐标