小型5轴联动数控铣床设计设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘要 小型五轴联动数控铣床是目前铣床精密化的趋势，在国外各种病理切片机的设计以及应用就说明了这一点，在医学上的应用尤为显著。 小型五轴联动数控铣床 朝着高精度、高效率逐渐发展，这就是我们现代生产的需要，所以我将结合实际情况完成本次的毕业设计。 本次设计主要是小型五轴联动数控铣床设计，设计的主要方面就是小型五轴联动数控铣床的总体设计、主传动部分设计、进给部分设计以及一些辅助装置、夹紧装置、检测装置等的设计。设计主要围绕精密和微小铣床设计，所有零件都必须满足精度要求，要达到所要求的精度就必须对各个方面、零件还有加 工方法进行计算、研究，最后挑选出最合理的方案。 设计中计算、选型的零件主要有主轴的设计、轴承的选型、刀具设计选型、电动机的选型、丝杠、导轨、联轴器、工作台等一些部件。在设计中由于我们的主轴转速达到5000r/高速，而切削材料是硬度极低的胶，不仅如此，材料厚度仅有 5削余量只有 2 ，因此有些方面要考虑的较多，尤其 是材料也是很特殊的。 设计的主要内容大致如上面所述，具体设计方面下面将进行详细介绍。 关键词： 精密 铣床 数控 精度 高速 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is of in of in is in of is be in of of to be of is of is of as on of to be on of of of As we in of 000 r / is of of mm , so in to he is of of be NC 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录 摘要 . I . 言 . 1 1 小型 5 轴联动数控铣床概论 . 2 数控铣床的产生与发展 . 2 数控铣床的组成 . 2 数控铣床的工作原理 . 3 数控铣床的发展趋势 . 4 数控铣床的应用 . 7 面类零件的加工 . 7 面类零件的加工 . 7 2 小型 5 轴联动数控铣床总体方案设计 . 8 数控铣床工作方式的选择 . 8 主要直线传动元件的选择 . 8 总体说明 . 8 设计参数确定 . 9 3 小型 5 轴联动数控铣床主传动系统设计 . 10 刀具的选择 . 10 电动机的选择 . 11 轴的选择 . 11 度 . 11 转刚度 . 12 轴承的 选择计算 . 12 承的选择 . 12 承的校核 . 14 联轴器的选择 . 16 刀具的夹紧装置 . 17 4 小型 5 轴联动数控铣床进给传动系统设计 . 18 滚珠丝杠螺母副 . 18 珠丝杠螺母副及工作原理 . 18 珠的循环方式 . 19 珠丝杠螺母副轴向间隙的调整 . 19 珠丝杠螺母副的防护 . 19 珠丝杠的选择及校核 . 21 珠丝杠支承选择 . 26 微小型精密铣床的导轨设计 . 26 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 精密数控铣床导轨的要求 . 26 轨的分类及简介 . 27 轨的参数及型号选则 . 28 轨校核 . 30 联轴器的选择 . 31 轴器简介及选择原则 . 31 轴器的选择步骤 . 31 双坐标工作台 . 33 控精密控工作台的选型与使用说明 . 33 控双坐标工作台产品特点 . 33 密工作台的选择 . 34 控精密工作台调试及维护 . 35 5 伺服进给系统 . 36 伺服进给系统概述 . 36 服进给系统组成 . 36 服进给系统的基本要求 . 36 步进电机 . 37 步进电机工作原理 . 37 步进电机的 结构 . 38 步进电机的选用及校核 . 38 大切削负载转矩及负载惯量的计算： . 38 进电机型号的选择 . 39 6 工件的夹紧装置 . 41 吸附装置简介 . 41 真空泵吸附物体问题 . 41 真空泵选型 . 42 胶管的选择 . 44 胶管简介 . 44 胶管类型 . 45 7 小型 5 轴联 动数控铣床的辅助装置 . 45 却装置 . 46 滑系统 . 47 控铣床排屑装置 . 48 8 小型 5 轴联动数控铣床位置检测装置 . 48 置检测装置的要求与类型 . 48 置检测装置的要求 . 48 置检测装置的分类 . 49 电脉冲编码器 . 50 9 小型 5 轴联动数控铣床铣床控制部分简介 . 53 计思想 . 53 计原则 . 53 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 结束语 . 54 致谢 . 55 参考文献 . 56 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 前 言 在大学生涯即将结束的日子，我们进行了为期约两个月的毕业设计，毕业设计是对大学四年所学到的基础知识和专业课所学的知识的一个系统的总结与综合运用，同时也是培养分析问题和解决问题能力的很好 的一次机会，而且毕业设计也是大学教学的最后一个环节，因此认真切实的搞好毕业设计不仅意味着我们能否顺利毕业而且对今后走上工作岗位后的工作能否很出色的完成同样是有重要意义的。另外，毕业设计还可以培养独立思考，开发思维和协调工作的能力，对今后大学毕业以后能否尽快地适应社会有很大的帮助。 通过这一环节的训练：提高了以下能力： 1、综合运用所学知识和技能，独立分析和解决实际问题的能力； 2、熟练运用基本技能，包括绘图、计算机运用、翻译、查阅文献等等的能力；实验研究的能力；技术经济分析和组织的能力；撰写科技论文和技术报 告，正确运用国家标准和技术语言阐述理论和技术的能力； 3、搜集加工各种信息的能力；获取新知识的能力； 4、创新意识和严肃认真的科学作风 。 本次毕业设计的课题是 小型 5 轴联动数控铣床 机械部分的设计。 此机床 具有很好的加工精度，能过达到很好的加工质量，为了更好地完成本次毕业设计，从 4 月到现在，就不间断地结合自己的毕业设计寻找资料和合理的方法。根据所选课题，我上网查询了类似于此次设计的病理切片机，重点了解了数控铣床的基本结构和基本工作原理。从而对数控铣床有了一个更直接、感性的认识，对本次毕业设计有很大帮助。 此次设计主要内容有：问题的提出、方案的构思，可行性设计，结构设计的探索和解决方案的初步设计，装配图、零件图等一系列图纸的设计与绘制，最后包括毕业设计说明书的完成。这次设计是在 杨卫平 老师的带领和指导下完成的。在搞设计的期间，自己遇到了很多的困难，这就要求自己多向 老师请教，这样必定会给老师带来很多麻烦， 影响老师的工作，但是明老师每天都坚持辅导好几次，一步步指导并将毕业设计进行下去。毕业设计的阶段和过程老师都给做了明确的计划，这就有计划有安排的完成，而不至于在整个设计过程中没有明确的目标，可能使设计过程会很盲目 。设计每进行一步 老师都要认真地检查，耐心细致的指出设计中出现的错误和不当的地方 。 因 我实际工作经验的缺乏，以及各方面知识能力的不足，在此次设计中难免有不足和错误之处，希望各位老师可以给予批评指正，我将虚心接受并牢牢铭记，我真诚祝愿各位老师工作顺利！身体健康！生活幸福！ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 1 小型 5 轴联动数控铣床 概论 科学技术的发展以及世界先进制造技术的兴起和不断成熟， 产品更新速度越来越快，复杂形状的零件越来越多，精度要求越来越高，多品种、中小批量生产的比重明显增加，对数控加工技术提出了更高的要求。 超高速切削、超精密 加工等技术的应用，对数控机床的数控系统、伺服性能、主轴驱动、机床结构等提出了更高的性能指标 。 不断成熟，又将对数控机床的可靠性、通信功能、人工智能和自适用控制等技术提出更高的要求。随着微电子和计算机技术的发展，数控系统的性能日臻完善，数控技术的应用领域日益扩大。 小型 5轴联动数控铣床 概论 就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的高精度零件。 五轴联动数控 铣床是一种加工功能很强的数控机床，目前迅速发展起来的加工中心、柔性加工单元等都是在数控铣床、数控镗床的基础上产生的，两者都离 不开铣削方式。由于数控铣削工艺最复杂，需要解决的问题也最多，因此，目前人们在研究和开发数控系统及自动编程语言的软件时，也一直把铣削加工作为重点。 数控铣床的产生与发展 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需求频繁改型，特别是在宇航、造船、军事等领域所需的机械零件，精度要求高，形状复杂，批量小。加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通机床或专业化程度高的自动化机床已不能适应这些要求。为了解决上述问题，一种新型的机床 数控铣床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工 质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后数控铣床的发展方向。 数控铣床的组成 数控铣床与一般的数控机床一样，是由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。图 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 图 1为了提高机床的加工精度，在上述系统中再加入一个测量装置，这样就构成了闭环控制的数控机床框图。开环控制系统的工作是这样的：将控制机床工作台运动的位移量、位移速度、位移方向、位移轨迹等参量通过控制介 质输入给机床数控装置，数控装置根据这些参量指令计算得出进给脉冲序列，然后经伺服系统转换放大，最后控制工作台按所要求的速度、轨迹、方向和距离移动。若为闭环系统，则在输入指令的同时，反馈检测工作台的实际位移值，反馈量与输入量在数控装置中进行比较，若有差值，说明二者间有误差，则数控装置控制机床向着消除误差的方向移动。 数控铣床的工作原理 数控铣床工作前，要预先根据被加工零件的要求，确定零件加工工艺过程、工艺参数，并按一定的规则形成数控系统能理解的数控加工程序。即将被加工零件的几何信息和工艺信息数字化，按 规定的代码和格式编制成数控加工程序。然后用适当的方式将此加工程序输入到数控铣床的数控装置中。此时，即可启动机床运行数控加工程序。在运行数控加工程序的过程中，数控装置会根据数控加工程序的内容，发出各种控制指令，如启动主轴电机、打开冷却液，并进行刀具轨迹计算，同时向特殊的执行单元发出数字位移脉冲并进行进给速度控制，正常情况下可知道程序运行结束，零件加工完毕为止。具体而言，数控铣床的工作过程，即加工零件的过程。 (1)根据被加工零件图中所规定的零件形状、尺寸、材料及技术要求等，制定工件加工的工艺过程，刀具相对工件 的运动轨迹、切削参数及辅助动作顺序等，进行零件加工的程序设计。 (2)用规定的代码和程序格式编写零件加工程序单。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 (3)按照程序单上的代码制作控制介质。 (4)通过输入装置把加工程序输入给数控装置。 (5)启动机床后，数控装置根据输入的信息进行一系列的运算和看控制处理，将结果以脉冲形式送往机床的伺服系统。 (6)伺服系统驱动机床的运动部件，使机床按程序预定的轨迹运动，从而加工出合格的零件。 数控铣床的发展趋势 随着科学的发展，制造技术的进步，以及社会对产品质量和品种多样化的要求越来越强烈。中、小批 量生产的比例 明显增加，要求现代数控机床成为一种精密、高效、复合、集成功能和低成本的自动化加工设备。同时，为满足制造业向更高层次发展，为柔性制造单元、柔性制造系统，以及计算机集成制造系统提供基础设备，也要求数控机床向更水平发展。当前，数控机床技术呈现如下发展趋势。 （ 1）高精度化 现代科学技术与生产的发展，对机械加工与测量提出了越来越高的要求。加工精密化 不只是由于发展高、新技术的需要，也是为提高普通机电产品的性能质量、寿命和可靠性的需要，同时还是为了减少机械产品装配时的修配工作，提高装配效率的需要。故提高机床 的加工精度是现代数控技术的发展方向之一。其精度已从微米级到亚微米级，乃至纳米级（ e ,取 e =，由下公式可得： 2 1 2 2 2()p r aP f X F Y F=支撑处的轴承不受径向力和 内部轴向力，其寿命由下面公式计算： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 610 ()60 = 6 31 0 1 8 8 0 0()6 0 5 0 0 0 2 8 . 1 =30000 计算得出寿命满足要求，所以此轴承经校核满足需要。 联轴器的选择 主轴与电动机连接所用为联轴器，其型号为 无沉孔基本型联轴器。其简图如下： 3 无沉孔基本型联轴器 图 下图为无沉孔基本型联轴器的基本尺寸根据上图可以对照下表： 3 4 无沉孔基本型联轴器 尺寸表 型号 公称转矩m 瞬时最大转矩m 最大转速d/d/孔长度 3 100 9300 20、 22、 24 38、 52 25、 28 44、 62 推荐长度 1转刚度610 /(Nm/重量 动惯量 40 53 8 点：结构简单、尺寸小、重量轻，并且承载能力大，传动效率高、精度高，可用于高、低温，高、中速转动，工作温度 2500C 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 刀具的夹紧装置 根据需要，我选用了山东工具制造公司生产的 下压式弹簧夹头，这种夹头主要用于精密机床的刀具加紧 ，其外形图如下图： 图 3 5 简图和尺寸如下所示，夹持尺寸通常为公称直径 。 图 3 6 寸图 表 3 5 寸表 型号 A B D 24E 8 1 6 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 26E 10 30E 4 1 16 70E 0 2 20 72E 6 3 26 我根据设计需要选用的是 24 4 小型 5 轴联动数控铣床 进给传动系统设计 滚珠丝杠螺母副 为了提高进给系统的灵敏 度、定位精度和防止爬行，必须降低数控机床进给系统的摩擦并减少静、动摩擦系数之差。因此，行程不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠螺母副。它是直线运动与回转运动相互转换的新型传动装置。它可以消除反向间隙并施加预载，有助于提高定位精度和刚度。 滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的一种新型传动装置，在数控铣床上得到了广泛的应用。它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠，使丝杠与螺母之间的运动成为滚动，以减少摩擦。 丝杠和螺母上都加工有圆弧形的螺旋槽，它们对合起来就形成了 螺旋滚道。 在滚道内装有滚珠，当丝杠与螺相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，回到丝杠与螺母之间，构成一个闭合回路。 图 4 1 滚珠丝杠螺母副的原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 滚珠循环方式分为外循环和内循环两种方式。 （ 1）外循环 滚珠在循环过程结束以后，通过螺母外表面上的螺旋槽或插管返回丝杠间重新进入循环。这种形式结构工艺型 好， 但由于管道突出于螺母体外，径向尺寸较大。 （ 2）内循环 这种循环靠螺母上安装的反向器接通相邻管道，循环过程中滚珠始终与丝杠保持接触。其优点是径向尺寸紧凑，刚性好，因其返回轨道较短，摩擦损失小。缺点是反向器加工困难。 珠丝杠螺母副轴向间隙的调整 图 4 2 是双螺母齿差调隙式结构，在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，而且齿数差为 1 ，两个内齿圈的齿数与外齿轮的齿数相同，并用螺钉和销钉固定在螺母座的两端，调整时先将内齿圈取出，根据间隙的大小使两个螺母分别在相同方向转过一个齿或几个齿，使 螺母在轴向彼此移近 ( 或移开 ) 相应的距离。 虽然齿差调隙式的结构较为复杂，但调整方便，并可以通过简单的计算获得精确的调整量，它是目前应用较广的一种结构。 图 4 2双螺母齿差调隙式结构 （ 1）支撑轴承的定期检查 应定期检查丝杠支承与床身的连接是否有松动以及支承是否损坏等。如有以上问题， 要及时紧固松动部位并更换支承轴承。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 （ 2）滚珠丝杠副的润滑和密封 滚珠丝杠副可用润滑剂来提高耐磨性及传动效率。润滑剂可分为润滑油和润滑脂两大类 。润滑油为一般机油或 90 180#透平油或 140#主轴油。润滑脂可采用锂基油脂。润滑脂一般加在螺纹和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则经过壳体上的油孔注入螺母的空间内。 （ 3）滚珠丝杠副常用防护密封圈喝防护罩 密封圈 密封圈装在滚珠螺母的两端。接触式的弹性密封圈系用耐油橡皮或尼龙等材料制成，其内孔制成与丝杠螺纹滚道相配合的形状。接触式密封圈的防尘效果好，但因有接触压力 ，使摩擦力矩略有增加。非接触式的密封圈系用聚氯乙烯等塑料制成，期内孔形状与丝杠螺纹滚道相反，并略有间隙，非接触式密封圈又称为迷宫式密封圈。 防护罩 滚珠丝杠螺母副和其他滚动摩擦的传动元件一样，应避免硬质合金灰尘或切屑污物进入，因此必须有防护装置。如果滚珠丝杠螺母副在机床上外露，应采用螺旋钢带、伸缩套筒、锥形套筒以及折叠式塑料或人造革等形式的防护罩，以防尘埃和磨粒黏附到丝杠表面。这几种防护罩与导轨的防护罩有相似之处，一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。 如下图 4 3所示为钢带缠卷式丝杠 防护装置，它的工作过程如下： 防护装置和螺母一起固定在托板上，整个装置由支承滚子 1、张紧轮 2 和钢带 3 等零件组成。钢带的两端分别固定在丝杠的外圆表面。防护装置中的钢带绕过支承滚子，并靠弹簧和张紧轮将钢带张紧。当丝杠旋转时，工作台（或托板）相对丝杠做轴向移动，丝杠一端的钢带拨丝杠的 螺矩被放开，而另一端则以同样的螺距将钢带缠卷在丝杠上。由于钢带的宽度 正好等于丝杠的螺距，因此螺纹槽被严密地封住。还因为钢带的正反面始终不接触，钢带外表面黏附的脏物就不会被带到内表面去，使内表面保持清洁。这是其他防护罩很难做到的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 图 4 3钢带缠卷式丝杠防护罩 1 支承滚子； 2 张紧轮； 3 钢带 由于本系统要求达到 00定位精度，根据此要求查阅滚珠丝杠样本，对于 1 级精度丝杠，任意 300导程允许误差为 2 级精度丝杠的导程允许误 差为 步设计时先设丝杠的任意 300程内的行程变动量300 1/2，即 此取滚珠丝杠精度为1 滚珠丝杠的名义直径，滚珠的列数和工作圈数，应按当量动载荷珠丝杠的最大 载荷为切削时的最大进给力加摩擦力；最小载荷即摩擦力。 在本次设计中根据需要和计算 : 设 滚珠丝杠