数控雕铣机主传动系统机械设计

1、衢州学院 毕业设计（论文）题目： 数控雕铣机主传动系统机械设计 作者： 陈滢 系 （部）： 机械工程学院 专业班级： 机械设计与制造08级（2）班 指导教师： 田敬 职称： 讲师 二一一年一月十八日毕业设计（论文）任务书课题名称数控雕铣机主传动系统机械设计系 别机械工程学院专业/班级机械设计与制造08级（2）班学生姓名陈滢学 号3089122206指导教师田敬单位/职称机械工程学院/讲师课题来源科研课题成果形式论文所属岗位机械加工与设计一、毕业设计（论文）课题的主要内容、任务和目标、基本要求等：根据已知条件确定极限转速、公比、结构网和结构式、绘制转速图，得到主运动传动系统图；完成一份机床主运动

2、说明书以及典型零件计算校核说明书；完成机床各部分工作情况的说明和要求；完成一张机床装配图和若干张机床零件图。二、实践要求：顶岗实习单位要与机械加工岗位相关，时间12周，要求熟悉所使用的机械加工工具的工作原理，并能熟练操作加工出合理的零件，对零件的加工工艺和工序及整件的装配有所了解。加强动手能力的培养。加强对数控机床的认识和操作，能独立解决机床方面简单的问题，并对自己的毕业设计做修改和完善。三、进度安排1、校内查阅文献资料，完成开题报告；（1周）2、根据数控雕铣机的具体参数，确定总体设计方案；合理选取电动机；（1周） 3、根据总体设计方案，进行主运动的设计与校核；（1周）4、完成装配图和零件图的

3、绘制。顶岗实习；（1周）5、整理毕业设计论文资料，准备毕业答辩；（1周）6、毕业答辩；四、推荐的主要参考资料 1郑修本.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，1999.2陈立德.机械制造装备设计.北京：高等教育出版社，2006.3徐鸿本.机床夹具设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，2004.4肖继德,陈宁平.机床夹具设计.北京：机械工业出版社，2000.5周栋隆.机械制造工艺及夹具.北京：中国轻工业出版社，1996.6冯辛安.机械制造装备设计.北京：机械设计出版社, 1999.7李庆余.机械制造装备设计.北京：机械设计出版社, 2003.8王信义.机械制造装备设计.北京：机械设计出版社, 20

4、02.9陈立德.机械制造技术.上海：上海交通大学出版社, 2004.10黄鹤汀.机械制造装备.北京：机械工业出版社, 2001.11薛源顺.机械设计师手册.北京：机械工业出版社, 2000.12桂文杰.工程材料及加工基础.江苏：江苏科技出版社, 1995. 13张德泉.机械制造装备及设计.天津：天津大学出版社，2003. 14袁巨龙.周兆忠机械制造基础杭州：浙江科学技术出版社，200715郑修本机械制造工艺学北京：机械工业出版社，1999指导教师签名 田 敬 年 月 日专业负责人签名 徐惠敏 年 月 日 i数控雕铣机主传动系统机械设计摘 要机床数控是一项综合性较强的工作，它涉及机械、电气、计算

5、机、伺服系统等诸多技术，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。此次的设计任务为cgm4300小型数控雕铣机床的主传动设计，主要完成如下设计工作：一、机床主运动传动系统的设计，主轴转速要求150024000r/min。二、主轴轴承的选择及轴承间隙的调整，定位，轴向力如何传递。三、各主要零部件设计；计算轴承选择及寿命校验；主轴与套筒的确定。四、利用cad完成铣床装配图。本次毕业设计的目的是通过查阅机械设计手册等相关资料完成cgm4300小型数控雕铣机床的主运动结构设计及相关工艺参数的校核。关键词：主轴轴承，数控雕铣机，电动机，变频器 第 i 页 目 录第一章 前言11.1数控机床的发展现状综述1

6、1.2设计要解决的问题和拟采用的研究方法21.2.1设计主要解决如下问题21.2.2 设计拟采用的研究方法21.3 解决思路及步骤31.4 机床参数3第二章 机床的主运动设计52.1 主运动的传动系统设计52.1.1 主轴的转速的实现52.2 主轴的设计及主轴轴承选用62.2.1主轴前、后轴颈的设计62.2.2主轴内孔直径62.2.3主轴前端悬伸量62.2.4主轴跨距62.2.5确定最佳跨距72.2.6主轴轴承的选取72.3 主轴轴承的寿命校验72.3.1轴承受力分析72.3.2 轴承寿命检验82.3.3 轴承的寿命l9第三章 结束语11参考文献12谢 辞13 i 机械工程学院毕业设计（论文）

7、第一章 前 言1.1数控雕铣机机床的发展现状综述 在机械制造领域，机床的数控技术具有非常重要的意义。随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，产品的更新换代也不断加快。因此，对数控机床的也就显得比较重要，数控机床的设计与改造也成为工业发展的一个重要方面。数控铣床，由于可以较好的解决形状复杂、精密小批量多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，因此，数控铣床在世界各国得到了大力的发展，设计改造速度不断加快。数控机床的重要组成部分有数控系统、刀库和机械手、数控刀架和转台、主轴单元(含电主轴)、滚珠丝杠副和滚动导轨副、防护罩和数控刀具等功能部件，这些功能部件的性能

8、已成为整机性能的决定因素。数控系统由显示器、伺服控制器、伺服电机和各种开关、传感器构成。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如:从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，还大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。目前世界最大的三家厂商是：日本fanuc、德国西门子、日本三菱，其产品量大面广，但技术并不一定是最高的，其余还有法国num、西班牙凡高等。我国数控机床行业总体的技术开发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，且外方在许多高新产品的核心技术上具有掌控地位，我们对国外技术的依存度较高，对

9、引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精度、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能实用数控机床基本上还得依赖进口。与国外产品相比，我国的差距主要是机床的高速高效化和精密化上。对高速加工技术，国外已进行了多年的研究，对高速加工的机理、机床结构、机床刚度和精度的影响等都有了系统的研究，并开发生产了各种高速铣削中心、高速加工中心，广泛应用于航空器铝合金零件和模具加工上。我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有1500种，

10、几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广，可与日本、德国、美国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。1.2设计要解决的问题和拟采用的研究方法 此次的设计任务为数控雕铣床主传动系统的机械设计，撰写一份详细的设计说明书、绘制一张小型数控雕铣床的装配图、零件图。1.2.1设计主要解决如下问题 1根据主轴转速（1500r/min至24000r/min）设计电主轴，选择变频器； 2设计主运动中各个零部件及分析其工作特点； 3主轴轴承、间隙如何调整； 4撰写设计说明书、绘制数控铣床的装配图、零件图。 1.2.2 设计拟采用的研究方法1到学校数控基地增强对数控雕铣机系统和

11、结构的认识；拆装并测绘数控机床，使自己对数控雕铣机有了感性的认识；2去学校图书馆翻阅一些有关数控雕铣机的改造的书籍再对其系统内部零件进行设计：机床主运动传动系统的设计；各个主运动零件工作优点；机床主要零件部件设计计算。 3翻阅一些有关数控雕铣机的改造的书籍，采用小组讨论的方法共同确定数控雕铣机的结构，并进行相关工艺参数的校核。4完成工程图的绘制。1.3 解决思路及步骤 解决思路如图1-1雕铣机设计框图所示。图1-1 雕铣机设计框图1.机床的主运动设计 根据无级变速的特点，利用变频器的工作特点，来实现电主轴的转速。2.主运动过程中的零件选择和分析 主轴轴承的选择，根据特点主轴前端采用双列短圆柱滚

12、子轴承后端采用角接触球轴承（采用背靠背），分析轴承间隙的调整，轴向力的传递。3.机床主要零部件的设计（1）步进电机的选择计算；（2）轴承的选择和寿命校验； 4.控制电路的设计由变频器来控制电主轴的转速和步进电机的快慢，来控制x、y、z轴方向的运动。1.4 机床参数工作台尺寸（x/y）500480毫米最大行程（x/y/z）400400150 毫米最大工件尺寸（x/y/z）400 毫米最大刀具直径（er20）13 毫米主轴电机功率3 千瓦 最大进给速度 5米/分钟主轴转速范围1500-24000转/分钟分辨率 士0.001毫米/脉冲定位精度士0.01 毫米重复定位精度 士0.005 毫米外型尺寸（

13、长/宽/高）150015001800毫米机器总功率5 千瓦机器轴联动数 313 第二章 机床的主运动设计2.1 主运动的传动系统设计2.1.1 主轴的转速的实现通过变频器改变电动机电源频率来控制电主轴的转速，把主轴的转速从1500至24000r/min，实现无级转速。变频器是通过电脑给的信息，发出一种脉冲，通过脉冲来实现1500至24000r/min的不同转速。变频器是一种用来改变交流电频率的电气设备。此外，它还具有改变交流电电压的辅助功能。 过去，变频器一般被包含在电动发电机、旋转转换器等电气设备中。随着半导体电子设备的出现，人们已经可以生产完全独立的变频器。变频器通常包含3个组成部分：整流

14、器（rectifier）和逆变器 （inverter）,还有直流部分(dc )。其中，整流器将输入的交流电转换为直流电，逆变器将直流电再转换成所需频率的交流电。除了这2个部分之外，变频器还有可能包含变压器和电池。其中，变压器用来改变电压并可以隔离输入/输出的电路，电池用来补偿变频器内部线路上的能量损失。不同的变频器能够处理的电源功率是不一样的，从几瓦到几兆瓦都有。其变频器的工作原理是： （2.1）式中：n为异步电动机的转速；f为异步电动机的频率； s为电动机转差率； p为电动机极对数。由公式（2.1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机转速，当频率f在050hz的范围内变化

15、时， 电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的， 是一种理想的高效率、高性能的调速手段。2.2 主轴的设计及主轴轴承选用2.2.1主轴前、后轴颈的设计查金属切削机床手册下册图4-28得：前轴颈 后轴颈2.2.2主轴内孔直径根据有2.2.3主轴前端悬伸量 ， 取1.1故有2.2.4主轴跨距按有关计算公式： 取 ，即 计算综合变量：2.2.5确定最佳跨距查金属切削机床图4-31，在横坐标上找的点向上作垂直线与的斜直线相交得 2.2.6主轴轴承的选取 主轴前端用双列短圆柱滚子轴承，查机械设计师手册表12-2选型号为nn 3000k gb/t285-1994 后端用角接

16、触球轴承，才用背靠背，查机械设计师手册表12-2选型号 70000/db gb/t292-19942.3 主轴轴承的寿命校验2.3.1轴承受力分析轴承受力如图2-1所示。图2-1 受力示意图 q切削时，主轴所受的径向力，355n受力分析可得： 2.3.2 轴承寿命检验主轴前端采用双列短圆柱滚子轴承nn 3000k gb/t285-1994，只承受径向力，额定动载荷为 76600n轴承所受的当量动载荷 根据 式中：故 轴承寿命l 根据 式中：主轴转速，取2000r/min 基本额定动载荷，76600n 轴承寿命指数，滚子轴承故 安全。主轴后端支承是采用角接触球轴承70000/db gb/t292

17、-1994 轴承的轴向派生力图2-2 派生力受力图 径向载荷 轴向载荷 由图2-2可知，轴向派生力每个轴承的轴向负载由图分析，轴承1 被放松，所以它的轴向负载即为派生轴向力，即轴承2 被压紧，所受的轴向负载每个轴承的当量动载荷因为故取 x=0.72， y=1.63有：又因为故取 x=0.72， y=1.63有：2.3.3 轴承的寿命l根据式中：基本额定动载荷， 当量动载荷 轴承寿命指数，球轴承=3 n主轴转速，2000r/min 轴承1、2都安全 第三章 结束语经过了几个星期的努力，这次的毕业设计终于完成了，经过本次对数控雕铣机的设计，使我了解了很多关于这方面的知识，设计机床数控是一项综合性较

18、强的工作，它的设计涉及机械、电气、计算机、伺服系统等诸多技术，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有很多特点：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。在机械制造领域，机床的数控技术具有非常重要的意义。随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，产品的更新换代也不断加快。因此，对数控机床的也就显得比较重要，数控机床的设计与改造也成为工业发展的一个重要方面。此次设计的主要任务为小型数控雕铣床的主传动的设计，根据机械设计专业知识，通过自己小组一起查阅资料，网上了解数控雕铣机的特点和研究方法，

19、还有指导老师的热心帮助完成了图纸的绘制和说明书的撰写。这次的毕业设计让我们回顾了一下以前学过的基础知识并深化，使自己在专业知识有了很大的提高。回想自己的大学三年，心中不免有些感慨，时间飞快，将近三年的努力与付出，随着论文的完成，终于让我在大学的生活，得以划下了完美的句点。参考文献1郑修本.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，1999.2陈立德.机械制造装备设计.北京：高等教育出版社，2006.3徐鸿本.机床夹具设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，2004.4肖继德，陈宁平.机床夹具设计.北京：机械工业出版社，2000.5周栋隆.机械制造工艺及夹具.北京：中国轻工业出版社，1996.6冯辛安.机械制造装备设计.北京：机械设计出版社, 1999.7李庆余.机械制造装备设计.北京：机械设计出版社, 2003.8王信义.机械制造装备设计.北京：机械设计出版社, 2002.9陈立德.机械制造技术.上海：上海交通大学出版社, 2004.10黄鹤汀.机械制造装备.北京：机械工业出版社, 2001.11薛源顺.机械设计师手册.北京：机械工业出版社, 2000.12桂文杰.工程材料及加工基础.江苏：江苏科技出版社, 1995