　　　本文介绍数控雕铣机机械结构设计过程，包括机床总体方案设计、主传动系统设计，X向和Z向进给传动系统的机械结构设计。在主传动系统设计中，主要分析了电主轴机械结构，电主轴的冷却和润滑的方式，3KW主轴安装座的机械机构。Z向进给传动系统中主要分析了丝杠、轴承，导轨的安装。计算主要有：主轴切削力计算，主轴系统重力计算对滚珠丝杠的选择计算和Z轴伺服电机的选择计算支承轴承的选择。最后完成机床装配图、部装图、零件图等。

　关键词：数控雕铣机；电主轴；伺服电机；滚珠丝杠；导轨

摘要III

AbstractIV

目录V

1 绪论1

1.1 数控雕铣机的概述1

1.2 数控雕铣机和数控铣床及加工中心的比较1

1.3 雕铣机与雕刻机的比较2

1.4 国内数控雕铣机的发展和现状3

1.5 本章小结6

2 数控雕铣机总体方案设计7

2.1 机床总体结构设计7

2.2 主运动方案设计8

2.3 进给运动方案设计9

2.3.1 数控机床进给传动系统的基本形式9

2.3.2 以上几种传动方案的简介和比较9

2.4 本次设计主要技术参数10

2.5 本章小结10

3 主轴部件设计11

3.1 电主轴的基本结构11

3.2 主轴系统的计算11

3.3 主轴设计13

3.4 轴承选用及寿命校验14

3.4.1 轴承受力分析14

3.4.2 轴承寿命检验14

3.4.3 轴承的寿命L16

3.5 电主轴的冷却与润滑及安装16

3.6 本章小结17

4 Z向进给传动设计计算18

4.1 滚珠丝杠副的选择18

4.2 Z向进给伺服电机功率的计算及选择23

4.3 滚珠丝杠的支承结构及制动装置27

4.4联轴器的类型和选择28

4.5 Z向导轨28

4.6 本章小结29

5 X向进给运动计算30

5.1滚珠丝杠的选型与校核30

5.1.1 计算丝杠最大动载荷30

5.1.2 滚珠丝杠螺母副的选型30

5.1.3 传动效率计算30

5.1.4 刚度计算30

5.1.5 稳定性校核31

5.2 电动机的计算与选型31

5.2.1 初选步进电动机31

5.2.2 校核步进电动机转矩32

5.3 本章小结34

6 结论35

6.1 课题研究的主要结论35

6.2 展望35

致谢36

参考文献37

附录38

　　　近年来在模具加工行业中，为了避免工件表面质量因电加工后产生型面微观裂纹，人们一直在探索用一种比较完美的加工方式来替代电火花成型加工，在这些模具加工中高速铣削方式具有很大的优势，同时，伴随着加工高硬度材料刀具技术的发展，在模具加工中高速数控铣床的应用越来越广泛，但随着模具加工业对加工表面质量要求的提高，所需刀具半径越来越小，于是高速铣削加工出现了另一种分支工具—高速数控雕铣机。通过高速雕铣机的加工方式来弥补电火花成型加工的缺点。

　　　数控模具雕铣机的诞生为模具加工工业解决了这一问题。高速数控模具雕铣机不仅具有高表面加工质量的精细雕刻功能，同时具有高效率强力粗铣半精铣加工能力,使良好表面质量和高效率得以有机统一[2]。

1.2 数控雕铣机和数控铣床及加工中心的比较

　　　在国外很早就有雕铣机的名词（CNC engraving and milling machine），严格地讲雕是铣的一部分[3]。

（1）应用对象的区别

　　　1）雕铣机主要用于较小铣削量或者轻金属的加工或对软金属的加工，大部分用于模具行业。

　　　2）数控铣床主要用于完成较大铣削量的工件的加工设备，硬度比较高的材料，大型的模具，也适合普通模具的开粗，主要用于一些精密零件的加工和小批量多品种的加工。

　　　3）控铣加工主要面向规则的工件，平面加工区域比较开阔，而曲面比较光滑但是雕铣加工除了加工数控铣类似的小区域或小曲面外，还要加工随意的平面图形和跌荡起伏的纹理曲面，比如加工一些网格曲面等。雕铣加工的图形必须比较精细，比如雕铣加工时常加工0.1毫米的薄壁，雕刻加工路径的计算精度一般是传统的数控铣的5倍左右[4]。

（2）从机床的主轴转速分析

　　　1）雕铣机要求高速的数控系统，主轴转速1500~30000RPM左右。

　　　2）数控铣床对数控系统要求速度一般，主轴转速0~8000RPM左右。

（3）结构上讲

　　　1）加工中心一般采用悬臂式。

　　　2）雕铣机和雕刻机一般多用龙门式架构，龙门式又分为栋梁式和定梁式，目前雕铣机以定梁式居多。

（4）从机床采用的数控系统的角度来看

　　　1）雕铣机大部分采用企业自主研发或者外购的工业控制器。

　　　2）数控铣床对数控系统的要求：操作方便，稳定可靠，修方便等，现在市场上的数控系统主要集中在FANUC和MITISUBISH及西门子控制器。综上所述：雕铣机进行一些小切削量的铣削。而数控铣床大部分在机械加工行业中使用。

QQ截图20131116181511.gif

定梁式数控雕铣机结构设计.gif

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