三坐标数控铣床毕业设计说明书

长春理工大学本科毕业设计I摘要普通铣床已经不能满足日益增长的制造业发展的需求,随着科技水平的迅猛发展, 数控铣床凭借其突出优势为机械制造业带来了革命性的转变。数控铣床的快速发展是整个世界经济、科技发展的重要体现。数控铣床在现代工业中占据着不可替代的位置，与我们生活的各个方面都有直接或间接的关系，未来数控铣床将会有一个前所未有的发展趋势。论文介绍了三坐标数控铣床的设计过程，主要对了数控铣床进行了主体结构设计，论证了各种方案的优缺点，从而在总体布局上有所把握。其后对主传动系统,进给系统和伺服系统进行了设计,其中对主轴传动部分的带传动进行了计算分析、对主轴尺寸以及丝杠尺寸进行了设计计算和校核，同时也对其他相关部件进行了简单的分析与选择。确定结构方案后，用 CATIA 3D 对主轴、导轨、丝杠等零件进行了建模。最后画出了三坐标数控铣床主体结构的三维装配图。关键词:三坐标数控铣床 主传动 进给系统 CATIA 建模 长春理工大学本科毕业设计II长春理工大学本科毕业设计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长春理工大学本科毕业设计III长春理工大学本科毕业设计目录摘要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 数控铣床的简介 .11.1.1 数控铣床的功能 .11.1.2 数控铣床的特点 .11.2 本课题研究的目的和意义 .21.3 国内外研究的现状 .21.4 本文研究的内容 .61.5 本章小结 .6第 2 章 数控铣床总体设计 .72.1 数控铣床的结构组成 .72.2 数控铣床的总体布局 .72.2.1 铣床的常用布局形式 .72.2.2 此设计铣床的布局形式 .82.3 总结构设计 .82.3.1 提高机床的结构刚度 .82.3.2 采用焊接结构的构件 .92.3.3 提高机床的抗振性 .102.3.4 提高低速进给运动的平稳性和运动精度 .102.3.5 减少机床的热变形 .112.4 本章小结 .12长春理工大学本科毕业设计第 3 章 主传动系统设计 .133.1 对主传动系统的要求 .133.2 主传动的结构特点和变速方式 .133.3 主传动电机的选用 .143.4 主轴主要结构参数的确定 .143.5 主轴组件设计 .163.5.1 主轴的轴承 .163.5.2 主轴其余部件 .173.6 本章小结 .17第 4 章 进给传动系统设计 .184.1 进给传动系统的机械结构特点 .184.2 滚珠丝杠 .194.2.1 滚珠丝杠特点 .194.2.2 滚珠丝杠结构与工作原理 .194.2 X 轴进给计算 .204.3 Y Z 轴进给计算 .224.4 导轨的分类与选择 .224.5 伺服系统的基本要求 .234.5.1 进给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析 .234.6 三维装配图纸 .244.7 本章小结 .25总结 .26参考文献 .27致谢 .28长春理工大学本科毕业设计长春理工大学本科毕业设计1第 1 章 绪论1.1 数控铣床的简介1.1.1 数控铣床的功能数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的一种自动加工设备,两者加工工艺基本相同,结构也有些相似。各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同，但各种数控系统的功能，除了一些特殊功能不尽相同外，其主要功能基本相同。（1）点位控制功能。此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔加工。（2）连续轮廓控制功能。此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。（3）刀具半径补偿功能。此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算。（4）刀具长度补偿功能。此功能可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。（5）比例及镜像加工功能。比例功能将加工程序按指定比例改变坐标值来执行。镜像加工又称轴对称加工，如果一个零件的形状关于坐标轴对称，那么只要编出一个或两个象限的程序，而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现。（6）旋转功能。该功能将加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。（7）子程序调用功能。有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将这一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用，就可以完成对该零件的加工。1.1.2 数控铣床的特点数控铣削加工除了具有普通铣床加工的特点外，还有如下特点：(1) 零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等。(2) 能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。长春理工大学本科毕业设计2(3) 能加工一次装夹、定位后，需进行多道工序加工的零件。(4) 加工精度高、加工质量稳定可靠。(5) 生产自动化程序高，可以减轻操作者的劳动强度，有利于生产管理。(6) 生产效率高。(7) 从切削原理上讲，无论是端铣或是周铣都属于断续切削方式，而不像车削那样连续切削，因此对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干性切削状况下，还要求有良好的红硬性。1.2 本课题研究的目的和意义普通铣床的突出矛盾是生产效率低、劳动强度大、加工精度低、不能加工复杂零件。随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，为了满足提高生产效率和加工精度,适应小批量、多品种复杂零件的加工需求，生产了机电一体化的新型铣床一一数控铣床。从 20 世纪中期开始，随着数控技术的发展，数控铣床为机械制造业带来了革命性的转变。数控铣床以其高柔性，高精度，加工质量稳定性好，生产效率大幅提高，改善工人生产条件等优势，迅速被市场接纳，逐步取代了普通铣床在机械制造业中的地位。数控铣床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。因此，研究数控铣床具有广阔的发展前景。1.3 国内外研究的现状在当代电子、信息、通讯等科技的大力发展下，数控机床的综合性能也达到了一个很高的水平。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点：美国的特点是，政府重视机床工业，美国国防部等部门不断提出机床的发展方向、科研任务和提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新” ，注重基础科研。德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。特别讲究“实际”与“实效” ，坚持“以人为本” ，师徒相传，不断提高人员素质。在发展大量大批生产自动化的基础上，从 1956 年研制出第一台数控机床后，一直坚持实事求是，讲求科学精神，不断稳步前进。长春理工大学本科毕业设计3日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如“机振法” 、 “机电法” 、 “机信法”等)引导发展。在重视人才及机床零部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。日本在发展数控机床的过程中，狠抓关键，突出发展数控系统。日本 FANUC 公司战略正确，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。纵观我国数控技术近 50 多年的发展历程，特别是经过 4 个 5 年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩：奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍 2。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下:技术水平上，与国外先进水平大约落后 1015 年，在高精尖技术方面则更大。产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后 3。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。 （1）主轴转速：机床采用电主轴（内装式主轴电机） ，主轴最高转速达200000r/min； （2）进给率：