長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計I摘要普通銑床已經(jīng)不能滿足日益增長的制造業(yè)發(fā)展的需求,隨著科技水平的迅猛發(fā)展, 數(shù)控銑床憑借其突出優(yōu)勢為機械制造業(yè)帶來了革命性的轉(zhuǎn)變。數(shù)控銑床的快速發(fā)展是整個世界經(jīng)濟、科技發(fā)展的重要體現(xiàn)。數(shù)控銑床在現(xiàn)代工業(yè)中占據(jù)著不可替代的位置，與我們生活的各個方面都有直接或間接的關(guān)系，未來數(shù)控銑床將會有一個前所未有的發(fā)展趨勢。論文介紹了三坐標(biāo)數(shù)控銑床的設(shè)計過程，主要對了數(shù)控銑床進行了主體結(jié)構(gòu)設(shè)計，論證了各種方案的優(yōu)缺點，從而在總體布局上有所把握。其后對主傳動系統(tǒng),進給系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)進行了設(shè)計,其中對主軸傳動部分的帶傳動進行了計算分析、對主軸尺寸以及絲杠尺寸進行了設(shè)計計算和校核，同時也對其他相關(guān)部件進行了簡單的分析與選擇。確定結(jié)構(gòu)方案后，用 CATIA 3D 對主軸、導(dǎo)軌、絲杠等零件進行了建模。最后畫出了三坐標(biāo)數(shù)控銑床主體結(jié)構(gòu)的三維裝配圖。關(guān)鍵詞:三坐標(biāo)數(shù)控銑床 主傳動 進給系統(tǒng) CATIA 建模 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計II長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計IIAbstractOrdinary milling machine can not meet the growing demand for the development of manufacturing，with the rapid development of science and technology, CNC milling machine has brought a revolutionary change with its outstanding advantages for the mechanical manufacturing industry.The rapid development of CNC milling machine is an important embodiment of the whole world economy, science and technology development.CNC milling machine in the modern industry occupies an irreplaceable position, and all aspects of our lives have a direct or indirect relationship,In the future, CNC milling machine will have an unprecedented development trend.This paper illustrates the design process of three axis CNC milling machine, the main structure of the CNC milling machine, the advantages and disadvantages of various programs, so as to grasp the overall layout. After that, the main drive system, feed system and serving system are designed and checked. The belt drive of the main spindle drive is calculated and analyzed, the spindle size and the size of the lead screw is designed and checked, and other related components are analyzed and selected.After the structure is determined, 3D CATIA is used to model the main shaft, screw,guide and other parts. Finally, the three-dimensional assembly drawing of the main structure of the three axis CNC milling machine is drawn.Key words: Three axis CNC milling machine;Main drive;Feed system;CATIA modeling長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計III長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計目錄摘要 .IAbstract .II第 1 章 緒論 .11.1 數(shù)控銑床的簡介 .11.1.1 數(shù)控銑床的功能 .11.1.2 數(shù)控銑床的特點 .11.2 本課題研究的目的和意義 .21.3 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 .21.4 本文研究的內(nèi)容 .61.5 本章小結(jié) .6第 2 章 數(shù)控銑床總體設(shè)計 .72.1 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)組成 .72.2 數(shù)控銑床的總體布局 .72.2.1 銑床的常用布局形式 .72.2.2 此設(shè)計銑床的布局形式 .82.3 總結(jié)構(gòu)設(shè)計 .82.3.1 提高機床的結(jié)構(gòu)剛度 .82.3.2 采用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件 .92.3.3 提高機床的抗振性 .102.3.4 提高低速進給運動的平穩(wěn)性和運動精度 .102.3.5 減少機床的熱變形 .112.4 本章小結(jié) .12長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計第 3 章 主傳動系統(tǒng)設(shè)計 .133.1 對主傳動系統(tǒng)的要求 .133.2 主傳動的結(jié)構(gòu)特點和變速方式 .133.3 主傳動電機的選用 .143.4 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 .143.5 主軸組件設(shè)計 .163.5.1 主軸的軸承 .163.5.2 主軸其余部件 .173.6 本章小結(jié) .17第 4 章 進給傳動系統(tǒng)設(shè)計 .184.1 進給傳動系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)特點 .184.2 滾珠絲杠 .194.2.1 滾珠絲杠特點 .194.2.2 滾珠絲杠結(jié)構(gòu)與工作原理 .194.2 X 軸進給計算 .204.3 Y Z 軸進給計算 .224.4 導(dǎo)軌的分類與選擇 .224.5 伺服系統(tǒng)的基本要求 .234.5.1 進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析 .234.6 三維裝配圖紙 .244.7 本章小結(jié) .25總結(jié) .26參考文獻(xiàn) .27致謝 .28長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計1第 1 章 緒論1.1 數(shù)控銑床的簡介1.1.1 數(shù)控銑床的功能數(shù)控銑床是在一般銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種自動加工設(shè)備,兩者加工工藝基本相同,結(jié)構(gòu)也有些相似。各種類型數(shù)控銑床所配置的數(shù)控系統(tǒng)雖然各有不同，但各種數(shù)控系統(tǒng)的功能，除了一些特殊功能不盡相同外，其主要功能基本相同。（1）點位控制功能。此功能可以實現(xiàn)對相互位置精度要求很高的孔加工。（2）連續(xù)輪廓控制功能。此功能可以實現(xiàn)直線、圓弧的插補功能及非圓曲線的加工。（3）刀具半徑補償功能。此功能可以根據(jù)零件圖樣的標(biāo)注尺寸來編程，而不必考慮所用刀具的實際半徑尺寸，從而減少編程時的復(fù)雜數(shù)值計算。（4）刀具長度補償功能。此功能可以自動補償?shù)毒叩拈L短，以適應(yīng)加工中對刀具長度尺寸調(diào)整的要求。（5）比例及鏡像加工功能。比例功能將加工程序按指定比例改變坐標(biāo)值來執(zhí)行。鏡像加工又稱軸對稱加工，如果一個零件的形狀關(guān)于坐標(biāo)軸對稱，那么只要編出一個或兩個象限的程序，而其余象限的輪廓就可以通過鏡像加工來實現(xiàn)。（6）旋轉(zhuǎn)功能。該功能將加工程序在加工平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)任意角度來執(zhí)行。（7）子程序調(diào)用功能。有些零件需要在不同的位置上重復(fù)加工同樣的輪廓形狀，將這一輪廓形狀的加工程序作為子程序，在需要的位置上重復(fù)調(diào)用，就可以完成對該零件的加工。1.1.2 數(shù)控銑床的特點數(shù)控銑削加工除了具有普通銑床加工的特點外，還有如下特點：(1) 零件加工的適應(yīng)性強、靈活性好，能加工輪廓形狀特別復(fù)雜或難以控制尺寸的零件，如模具類零件、殼體類零件等。(2) 能加工普通機床無法加工或很難加工的零件，如用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線零件以及三維空間曲面類零件。長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計2(3) 能加工一次裝夾、定位后，需進行多道工序加工的零件。(4) 加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。(5) 生產(chǎn)自動化程序高，可以減輕操作者的勞動強度，有利于生產(chǎn)管理。(6) 生產(chǎn)效率高。(7) 從切削原理上講，無論是端銑或是周銑都屬于斷續(xù)切削方式，而不像車削那樣連續(xù)切削，因此對刀具的要求較高，具有良好的抗沖擊性、韌性和耐磨性。在干性切削狀況下，還要求有良好的紅硬性。1.2 本課題研究的目的和意義普通銑床的突出矛盾是生產(chǎn)效率低、勞動強度大、加工精度低、不能加工復(fù)雜零件。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)及自動化，精密機械與測量等技術(shù)的發(fā)展與綜合應(yīng)用，為了滿足提高生產(chǎn)效率和加工精度,適應(yīng)小批量、多品種復(fù)雜零件的加工需求，生產(chǎn)了機電一體化的新型銑床一一數(shù)控銑床。從 20 世紀(jì)中期開始，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控銑床為機械制造業(yè)帶來了革命性的轉(zhuǎn)變。數(shù)控銑床以其高柔性，高精度，加工質(zhì)量穩(wěn)定性好，生產(chǎn)效率大幅提高，改善工人生產(chǎn)條件等優(yōu)勢，迅速被市場接納，逐步取代了普通銑床在機械制造業(yè)中的地位。數(shù)控銑床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。因此，研究數(shù)控銑床具有廣闊的發(fā)展前景。1.3 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀在當(dāng)代電子、信息、通訊等科技的大力發(fā)展下，數(shù)控機床的綜合性能也達(dá)到了一個很高的水平。美、德、日三國是當(dāng)今世上在數(shù)控機床科研、設(shè)計、制造和使用上，技術(shù)最先進、經(jīng)驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點：美國的特點是，政府重視機床工業(yè)，美國國防部等部門不斷提出機床的發(fā)展方向、科研任務(wù)和提供充足的經(jīng)費，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng)新” ，注重基礎(chǔ)科研。德國政府一貫重視機床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。特別講究“實際”與“實效” ，堅持“以人為本” ，師徒相傳，不斷提高人員素質(zhì)。在發(fā)展大量大批生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)上，從 1956 年研制出第一臺數(shù)控機床后，一直堅持實事求是，講求科學(xué)精神，不斷穩(wěn)步前進。長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計3日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機振法” 、 “機電法” 、 “機信法”等)引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機床零部件配套上學(xué)習(xí)德國，在質(zhì)量管理及數(shù)控機床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國，甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。日本在發(fā)展數(shù)控機床的過程中，狠抓關(guān)鍵，突出發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)。日本 FANUC 公司戰(zhàn)略正確，針對性地發(fā)展市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一。縱觀我國數(shù)控技術(shù)近 50 多年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過 4 個 5 年計劃的攻關(guān)，總體來看取得了以下成績：奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)。初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上，建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊伍 2。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快，但橫向比（與國外對比）不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術(shù)水平差距有擴大趨勢。從國際上來看，對我國數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計大致如下:技術(shù)水平上，與國外先進水平大約落后 1015 年，在高精尖技術(shù)方面則更大。產(chǎn)業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀質(zhì)量相對差；可靠性不高，商品化程度不足；國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足?？沙掷m(xù)發(fā)展的能力上，對競爭前數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)、工程化能力較弱；數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強；相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究、制定滯后 3。1.高速化：隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對數(shù)控機床加工的高速化要求越來越高。 （1）主軸轉(zhuǎn)速：機床采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機） ，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min； （2）進給率：