5轴数控龙门铣床机械结构设计(毕业论文)
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- 5轴数控龙门铣床机械结构设计(毕业论文)
前 言 1
第1章 数控机床概述 2
第2章 整体结构方案 3
第3章 伺服进给系统机械传动机构的设计 4
§3.1 伺服进给系统机械传动机构设计的一般要求 4
§3.2 滚珠丝杠螺母副的原理及支撑方式 6
§3.2.1 滚珠丝杠螺母副的原理及特点 6
§3.2.2 滚珠丝杠螺母副的支撑方式 8
§3.2.3 支承轴承的选择 9
§3.3 滚珠丝杠副的疲劳寿命计算 9
§3.4 预加负荷 11
§3.5 机床滚珠丝杠副总体校核 11
§3.6 数控机床导轨 16
§3.6.1 导轨的基本类型 16
§3.6.2 对导轨的基本要求 16
§3.6.3 直线滚动导轨 17
第四章数控机床的进给驱动 19
§4.1伺服系统的基本要求 19
§4.2伺服电机的选择与计算 21
结 论 26
参考文献 27
致 谢 28
前 言
毕业设计是实现培养目标的重要教学环节，是培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神的重要过程。毕业设计在培养大学生探求真理、强化社会意识、进行科学研究基本训练、提高综合实践能力与素质等方面，具有不可替代的作用，也是教育与生产劳动和社会实践相结合的重要体现。
毕业设计的目的是:
（1）使学生进一步巩固和加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化。培养学生的独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题的能力，尤其注重培养学生开发创造能力和独立获取新知识的能力。
（2）使学生初步掌握科学研究的基本方法，获得从事系统科学研究的初步训练，注重科学能力和素质的培养。在实际工程设计中，学生可以得到所学过的理论基础，技术基础等全面的训练，为将来做好机械设计工程师的工作提供全面的锻炼机会。
我们一组此次毕业设计是结合老师的具体研制项目设立的，以在实习工厂所参观的设备为参考，结合自己所学知识，在老师和同学的指导和帮助下，查阅许多相关手册，最终设计出了此次5轴数控龙门铣床。
此外，本次毕业设计主要由Inventor实体造型完成。它被广泛应用于机械制造行业，通过Inventor 设计的5轴数控龙门铣床 ，和一般应用工程图的表达方式相比，具有更加直观的效果。
在张波老师的指导下，我一边查资料、计算、绘图，一边观察实习。其间曾经遇到很多问题，如三维图的装配，滚珠丝杠的选型等等，但在张波老师和同学们的帮助下，经过自己的努力，问题一个一个得到了解决。
本次设计得到了学校、图书馆、老师、同学们的大力支持，在此表示衷心的感谢。限于本人水平和经验有限，再加上时间仓促，难免有疏漏和不妥的地方，敬请广大老师和同学批评指正。谢谢！
孟鑫
2014年8月
第一章 数控机床概述
从20世纪中叶数控技术出现以来，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。
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[12]。
第二章 整体结构方案
方案一:采用数控龙门移动结构，龙门移动 ，工作台固定在龙门底座上，且配置为二轴联动的旋转工作台。X轴采用双丝杠驱动加线性滚珠导轨，Y轴采用双线性滚珠导轨安装呈垂直分布状态 ，Z轴采用大规格线性滚珠导轨。
方案二:与方案一1样，采用龙门移动结构，工作台与龙门底座采用一体结构，Z轴滑枕上配置五轴联动铣头。导轨配置方面，与方案1一样。
方案三:机床采用定梁式龙门铣床结构。配置二轴联动的旋转工作台，且工作台，且工作台在线性滚珠导轨上作X向运动，滚珠丝杠螺母副与导轨配置方面，与方案1一样。
方案四:与方案3一样，采用定梁式龙门铣床结构，工作台在线性滚珠导轨上作X向运动，Z轴滑枕上配置五轴联动铣头。导轨配置方面，与方案1一致。
对比分析以上4种方案设计，方案1与方案2都采用动梁式龙门结构。此结构的最大缺陷：①由于是靠滚珠丝杠与线性滚珠导轨驱动形式，则难以保证机床的刚性；② 采用双丝杠驱动技术，对机床控制部分要求提高了，同时提高了零件加工工艺难度。优点在于机加工效率较高。方案1采用了二轴联动的旋转工作台结构；方案2采用了五轴联动铣头结构。相比之下，二轴联动的旋转工作台因受结构及空间的约束。不宜加工大型工件；而五轴联动铣头相对结构紧凑，在空问上自由度较大。
方案3与方案4都采用定粱式龙门结构，此结构的最大优点：在结构上具有较高的刚度。且不用担心质量不当而影响机床的加速度方面的性能；结构的缺陷在于工作台移动，从而在x轴方向上占用的空间较大，也不利机床x轴向上的加速度性能。其旋转工作台结构与五轴联动铣头方面的特点前面已作说明，此处不再重述旧[5]。
综合上述资料，本课题采用方案4的总体结构设计。
图2-1 五轴数控龙门铣床
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