摘 要
从研究铣床着手，借鉴国内外先进经验，设计了一台用于多种工件加工的铣床数控化改造，满足了生产和设计的要求。整个铣床主要包括横纵向进给机构、垂直进给机构、立柱、横梁、底座、工作台等主要组部件。其中所有进给机构均采用滚珠丝杠进行传动，并由伺服电机进行驱动。主轴箱安装在门架上，运用类比法自行设计了滚珠丝杠螺母副的制动装置。
全面阐述了数控铣床的结构原理，设计特点，论述了采用伺服电机和滚珠丝杠螺母副的优点。详细介绍了数控铣床的结构设计及校核，并进行了分析。另外汇总了有关技术参数。
其中着重介绍了滚珠丝杠的原理及选用原则，系统地对滚珠丝杠生产、应用等环节进行了介绍。包括种类选择、参数选择、精度选择、循环方式选择、与主机匹配的原则以及厂家的选择等。
关键词：铣床，数控，伺服电机，滚珠丝杠
Abstract
Begins from the research CNC planer type milling machine, to profit from the domestic and foreign advanced experiences, designed one to use in the sheet material and various workpiece the numerical control CNC planer type milling machine, has satisfied the production and the design request.
Elaborated comprehensively the numerical control CNC planer type milling machine's structure principle, the design feature, elaborated has used step-by-steps the electrical machinery and the ball bearing guide screw nut vice-merit. Introduced in detail the numerical control CNC planer type milling machine's structural design and the examination, and have carried on the analysis. And has compiled the related technical parameter.
In which introduced emphatically the ball bearing guide screw principle and selects the principle，To ball bearing links and so on guide screw production, application has systematically carried on the introduction. Including the type choice, the parameter choice, the precision choice, the round-robin mode choice, the principle as well as the factory choice which matches with the main engine and so on.
Key Words: milling machine, Numerical control, Step-by-step, serve motor, Ball bearing guide screw nut
目 录
摘 要 II
Abstract III
目 录 1
第1章 数控机床发展概述 4
1.1 数控机床及其特点 4
1.1.1 数控机床与普通机床的区别 4
1.1.2 数控机床的适用范围 5
1.2 数控机床的工艺范围及加工精度 5
1.3数控机床的经济分析 6
1.3.1控制系统的选择 7
1.3.2 选择设计对象要适宜 8
1.3.3 机床的机械设计范围要适当 8
1.3.4 辅助设计要合适 9
1.4 数控机床发展趋势 9
第2章 数控机床总体方案的制订及比较 11
2.1总体方案设计的内容 11
2.1.1系统运动方式的确定 11
2.1.2伺服系统的选择 12
2.1.3执行机构传动方式的确定 12
2.1.4计算机的选择 12
2.2总体设计方案的确定 13
2.2.1系统的运动方式与伺服系统的选择 13
2.2.2计算机系统 13
2.2.3机械传动方式 13
第3章 确定切削用量及选择刀具 14
3.1刀具选择 14
3.2切削用量确定 14
3.3切削三要素 14
3.4加工精度和表面粗糙度 15
3.5刀具材料 18
第4章 传动系统图的设计计算 19
4.1 传动系统设计 19
4.1.1 参数的拟定 19
4.1.2 传动结构或结构网的选择 19
4.1.3 转速图拟定 21
4.1.4 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 24
4.2 展开图设计 27
4.2.1 结构实际的内容及技术要求 27
4.2.2 齿轮块的设计 28
4.2.3 传动轴设计 31
4.3 截面图设计 34
4.3.1 轴的空间布置 34
4.3.2 润滑 34
4.3.3 箱体设计的有关问题 35
第5章 纵向进给机构的装配图和零件图设计与计算 36
5.1已知参数条件 36
5.2滚珠丝杆副主要参数的确定 36
5.3设计步骤 37
5.4设计计算 37
5.5滚珠丝杠选择 39
5.5.1滚珠丝杠精度 39
5.5.2滚珠丝杠选择 39
5.6滚珠丝杠支承选择 40
5.7滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧 43
5.8选择伺服电机 44
5.8.1最大的切削负载转矩计算 44
5.8.2负载惯量计算 45
5.8.3空载加速转矩计算 46
5.9伺服系统增益 47
5.10精度验算 48
5.10.1伺服刚度 48
5.10.2滚珠丝杠的拉压刚度 49
5.10.3丝杠轴承的轴向刚度 49
5.10.4滚珠丝杠螺母的接触刚度 49
5.10.5挠性联轴节扭转刚度 50
5.10.6综合刚度 50
5.10.7弹性变形 50
5.10.8定位误差验算 50
总结 52
参考文献 53
致谢 54
第1章 数控机床发展概述
近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。目前国外机械设备的数控化率已达到85%以上，而我国的机械设备的数控化率不足20%，随着我国机制行业新技术的应用，数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（汽铣、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。1.高速、高精加工技术及装备的新趋势2.轴联动加工和复合加工机床快速发展3.智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势4.重视新技术标准、规范的建立其中包括：a.关于数控系统设计开发规范b. 关于数控系统设计开发规范，加强数控铣床的整机设计中应该把握的主要问题的训练。
研究此课题的意义在于：针对大学毕业生技能的需求，在培养过程中，加强实践环节，把自己置身于工程背景之中，以提高我们的专业水平。通过此设计，我们可以初步掌握改造一般铣床的方法与步骤，可为我们今后工作打下良好的基础。将大学三年所学到的知识进行汇总，考核我们所学知识的牢固度，检验我们运用知识的能力。
1.1 数控机床及其特点
1.1.1 数控机床与普通机床的区别
数控机床对零件的加工过程，是严格按照加工程序所规定的参数及动作执行的。它是一种高效能自动或半自动机床，与普通机床相比，具有以下明显特点：
1. 适合于复杂异形零件的加工
数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工业中得到广泛应用。
2. 加工精度高
3. 加工稳定可靠
实现计算机控制，排除人为误差，零件的加工一致性好，质量稳定可靠。
4. 高柔性
加工对象改变时，一般只需要更改数控程序，体现出很好的适应性，可大大节省生产准备时间。在数控机床的基础上，可以组成具有更高柔性的自动化制造系统—FMS。
5. 高生产率
数控机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高，一般为普通机床的 3～5 倍，对某些复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。
6. 劳动条件好
机床自动化程度高，操作人员劳动强度大大降低，工作环境较好。
7. 有利于管理现代化
采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动化创造了条件。
8. 投资大，使用费用高
9. 生产准备工作复杂
由于整个加工过程采用程序控制，数控加工的前期准备工作较为复杂，包含工艺确定、程序编制等。
10. 维修困难
数控机床是典型的机电一体化产品，技术含量高，对维修人员的技术要求很高。
1.1.2 数控机床的适用范围
由于数控机床的上述特点，适用于数控加工的零件有：
·批量小而又多次重复生产的零件；
·几何形状复杂的零件；
·贵重零件加工；
·需要全部检验的零件；
·试制件。
对以上零件采用数控加工，才能最大限度地发挥出数控加工的优势。
1.2 数控机床的工艺范围及加工精度
数控铣床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，约占数控机床总数的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。
由于数控铣床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能，有些数控铣床还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围要比普通铣床要宽得多。
1.精度要求高的回转体零件
由于数控铣床刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以铣代磨。
2.表面粗糙度要求高的回转体零件
数控铣床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。使用恒线速切削功能，就可选用最佳速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。数控铣床还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位选用较大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。
3.轮廓形状特别复杂和难于控制尺寸的回转体零件
由于数控铣床具有直线和圆弧插补功能，部分铣床数控装置还有某些非圆曲线和平面曲线插补功能，所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。
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