龙门式家用数控铣床设计【带UG三维】【26张CAD图纸-4A0】【优秀】

龙门式家用数控铣床设计

30页 14000字数+说明书+UG三维图+开题报告+26张CAD图纸

UG三维图

主轴铜套A3.dwg

侧板A2.dwg

底座A2.dwg

目录.doc

装配图A0.dwg

零件图22张A4.dwg

龙门式家用数控铣床设计开题报告.doc

龙门式家用数控铣床设计说明书.doc

龙门式家用铣床图片.doc

摘 要

龙门式数控铣床是机床中加工工艺较为繁多的一种，其龙门立柱可承载较大载荷，以保证加工精度。因此此次课题着重对龙门式数控铣床进行了机械结构方面设计。

龙门式数控铣床是根据龙门式受力特点，用以加工同等条件下较高精度要求的工件。与普通机床相比，龙门式数控铣床其良好的工艺性，简约的结构，极其便于进行数控自动化，集成化。可提供实验室等科研单位进行设计试制造使用，极大的缩短了设计制造周期，减少了制造中可能出现的问题，提高了设计课题的可靠性，同时降低了制造生产成本。

本设计说明书主要介绍了龙门式家用数控铣床机械结构部分的设计计算。其中包括电动机选型，导轨强度校核，主轴刚度校核，皮带轮设计等。

本次组合机床的设计主要是在满足技术要求的前提下，尽量使设计方案简单，简化生产，降低工人劳动强度，提高生产率和增加自动化程度。

关键词：龙门；数控；铣床；机械结构

Abstract

Gantry CNC milling machine tools are in the process of a more diverse, its gantry column may be carrying a larger load, so as to ensure machining accuracy. Therefore focused on the topic of gantry CNC milling machine for the mechanical structure design.

Longmen CNC gantry milling machine is based on the force characteristics, under the same conditions used for processing high precision workpiece. Compared with the general machine tools, CNC milling machine gantry its a good process, and simple structure, is extremely easy to carry out NC automation, integrated. Provides laboratory and scientific research units such as the design of test manufacturing use, greatly shortened the design and manufacturing cycle, a reduction of manufacturing problems that may arise in the design improve the reliability of the subject, while reducing the manufacturing cost of production.

The main specification of the design introduced the CNC milling machine gantry home part of the mechanical structure design and calculation. Including motor selection, rail strength checking, checking spindle stiffness, pulley design.      The combination of machine tools are primarily designed to meet the technical requirements of the premise, as far as possible the design of the program easy to simplify production, reduce labor intensity of workers, improve productivity and increase the degree of automation.

Keywords: Longmen; NC; milling; mechanical structure

目 录

摘   要………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract……………………………………………………………………………………Ⅱ

前   言………………………………………………………………………………………Ⅲ

绪   论……………………………………………………………………………………… 1

1 机械结构概述………………………………………………………………………………3

1.1 数控机床概述…………………………………………………………………………4

1.1.1 数控机床的特点…………………………………………………………………4

1.1.2 数控机床使用中应注意的事项…………………………………………………5

1.1.3 数控机床的维护…………………………………………………………………6

1.2 家用铣床机械零件的失效形式及设计计算准则 ……………………………………8

1.2.1 失效形式…………………………………………………………………………8

1.2.2 设计计算准则……………………………………………………………………9

1.3 轴的基本设计……………………………………………………………………… 11

1.3.1 类比法 …………………………………………………………………………11

1.3.2 设计计算法 ……………………………………………………………………11

1.4 轴的强度计算 ………………………………………………………………………12

1.4.1 轴的扭转强度计算 ……………………………………………………………12

1.4.2 轴的弯扭合成强度 ……………………………………………………………12

1.4.3 轴的刚度计算 …………………………………………………………………13

1.5 轴的材料及选择 ……………………………………………………………………15

2 结构设计计算……………………………………………………………………………17

2.1 切削力的计算 ………………………………………………………………………17

2.2切削功率的计算………………………………………………………………………18

2.3 高速钢立铣刀铣削用量及功率 ……………………………………………………18

2.4 丝杠选择 ……………………………………………………………………………19

2.4.1 螺距的选择 ……………………………………………………………………19

2.4.2丝杠直径的选择…………………………………………………………………19

2.5 导轨设计计算及选择………………………………………………………………20

2.5.1导轨挠度的计算…………………………………………………………………20

2.5.2导轨的选择………………………………………………………………………20

2.6步进电机的计算和选用………………………………………………………………21

2.6.1 转动惯量计算……………………………………………………………………21

2.6.2 电动机力矩的计算………………………………………………………………21

2.6.3 步进电机的选择…………………………………………………………………22

结    论 ……………………………………………………………………………………24

致    谢 ……………………………………………………………………………………25

参考文献 ……………………………………………………………………………………26

随着现代制造技术的发展，企业选用数控设备已是大势所趋。并且随着生产的多元化，机械加工已走入实验教学及家用生产之中。

本次龙门式家用数控模拟铣床设计是结合教学实训要求，设计的简单易学，具有教学实验功能的简易数控铣床。其结构参考南京机械专科学校教学设备《立柱式模拟数控铣床》。

原产品为单立柱式结构，结构单一，切削范围较窄，稳定性和加工精度较差，现将原单立柱式结构改为龙门式结构，其机床刚度和精度比以前有所提高，工艺范围也大大提高。结构简图如下图a。

对一个制造企业来说，提高生产能力往往从生产管理、制造工艺、生产设备等方面入手进行技术改造，而这几部分内容又是互为影响和制约的。在技改中对生产设备、数控机床的更新、维修、采购等的选择上必须考虑到要在什么样环境下使用、如何管理、怎样能达到最好的经济效果等问题。

选择制造设备是要为制造某一些产品服务的，选择的设备可能用于产品零件的一部分工序加工、也可能用于全部工序加工。制造水平的高低首先取决于工艺过程的设计，它将决定用什么方法和手段来加工，从而也决定了对使用设备的基本要求，这也是对生产进行技术组织和管理的依据。设备选择的基本要求确定后还要根据市场上能提供什么样技术水平的装备来选择，针对大部分中小批量生产的制造企业，选择数控机床来替代旧机床或增强生产能力已是发展趋势。

比较普通和数控两类机床的性能，数控机床具有加工复杂形面零件能力强、适应多种加工对象（柔性强）；加工质量、精度和加工效率高；适应CAD/CAM联网、适合制造加工信息集成管理；设备的利用率高、正常运行费用低等特点。机床特征规格应包括机型、机床规格参数和机床主电机功率等。在确定工艺内容的前提下，机型选择就较明确了。

目前，数控机床已发展成品种繁多、可供广泛选择的商品，在机型选择中应在满足加工工艺要求的前提下越简单越好。例如，车削中心和数控车床都可以加工轴类零件，但一台满足同样加工规格的车削中心价格要比数控车床贵几倍，如果没有进一步工艺要求，选数控车床应是合理的。在加工型腔模具零件中，同规格的数控铣床和加工中心都能满足基本加工要求，但两种机床价格相差20%～50%，所以在模具加工中要采用常更换刀具的工艺可安排选用加工中心，而固定一把刀具长时间铣削的可选用数控铣床。

数控机床的最主要规格是几个数控轴的行程范围和主轴电机功率。选用工作台面比典型工件稍大一些是出于安装夹具考虑的。机床工作台面尺寸和三个直线坐标行程都有一定的比例关系，比如工作台（80 mm ×100 mm）的机床，x轴行程一般为（100～200）mm、y轴为（80～120）mm、z轴为（60～100）mm左右。因此，工作台面的大小基本上确定了加工空间的大小。个别情况下也允许工件尺寸大于坐标行程，这时必须要求零件上的加工区域处在行程范围之内，而且要考虑机床工作台的允许承载能力，以及工件是否与机床交换刀刀具的空间干涉、与机床防护罩等附件发生干涉等系列问题。

数控机床的主电机功率在同类规格机床上也可以有各种不同的配置，一般情况下反映了该机床的切削刚性和主轴高速性能。主轴电机功率反映了机床的切削效率，从另一个侧面也反映了切削刚性和机床整体刚度。在现代中小型数控机床中，主轴箱的机械变速已较少采用，往往都采用功率较大的交流可调速电机直联主轴，甚至采用电主轴结构。这样的结构在低速中扭矩受到限制，即调速电机在低转速时输出功率下降，为了确保低速输出扭矩，就得采用大功率电机，所以同规格机床数控机床主轴电机比普通机床大好几倍。当使用单位的一些典型工件上有大量的低速加工时，也必须对选择机床的低速输出扭矩进行校核。轻型机床在价格上肯定便宜，要求用户根据自己的典型工件毛坯余量大小、切削能力（单位时间金属切除量）、要求达到的加工精度、实际能配置什么样刀具等因素综合选择机床。

在机床精度的选择中，要考虑典型零件的关键部位的加工精度要求，这就决定了选择数控机床的精度等级。数控机床根据用途又分为简易型、全功能型、超精密型等，其能达到的精度也是各不一样的。简易型目前还用于一部分车床和铣床，其最小运动分辩率为0.01mm，运动精度和加工精度都在(0.03～0.05)mm以上。超精密型用于特殊加工，其精度可达0.001mm以下。这里主要讨论应用最多的全功能数控机床（以加工中心为主）。

按精度可分为普通型和精密型，一般数控机床精度检验项目都有20～30项，但其最有特征项目是：单轴定位精度、单轴重复定位精度和两轴以上联动加工出试件的圆度。

定位精度和重复定位精度综合反映了该轴各运动部件的综合精度。尤其是重复定位精度，它反映了该轴在行程内任意定位点的定位稳定性，这是衡量该轴能否稳定可靠工作的基本指标。目前数控系统中软件都有丰富的误差补偿功能，能对进给传动链上各环节系统误差进行稳定的补偿。

1.1 数控机床概述

1.1.1 数控机床的特点

(1)具有高度柔性

在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。

(2)加工精度高

数控机床的加工精度，一般可达到0.005～0.1mm，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为0.001mm），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定位精度比较高。

(3)加工质量稳定、可靠

加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。

(4)生产率高

数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床目前正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。

(5)改善劳动条件

数控机床加工前经调整好后，输入程序并启动，机床就能自动连续的进行加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。 4、 经常监视数控系统用的电网电压

本次毕业设计数控系统欲采用FANUC公司生产的数控系统，允许电网电压在额定值的85%～110%的范围内波动。如果超出此范围，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件损坏。

5、 定期更换存储器用电池

FANUC公司所生产的数控系统内的存储器有两种：

(1)不需电池保持的磁泡存储器。

(2)需要用电池保持的CMOS RAM器件，为了在数控系统不通电期间能保持存储的内容，内部设有可充电电池维持电路，在数控系统通电时，由+5V电源经一个二极管向CMOS RAM供电，并对可充电电池进行充电；当数控系统切断电源时，则改为由电池供电来维持CMOS RAM内的信息，在一般情况下，即使电池尚未失效，也应每年更换一次电池，以便确保系统能正常工作。另外，一定要注意，电池的更换应在数控系统供电状态下进行。

6、 数控系统长期不用时的维护

为提高数控系统的利用率和减少数控系统的故障，数控机床应满负荷使用，而不要长期闲置不用，由于某种原因，造成数控系统长期闲置不用时，为了避免数控系统损坏，需注意以下两点：

(1)要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此，在机床锁住不动的情况下（即伺服电动机不转时），让数控系统空运行。利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠，实践证明，在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一个有效措施。

(2)数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，应将电刷从直流电动机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性能变坏，甚至使整台电动机损坏。