轻型龙门铣床XKQ2010X30设计【5张CAD图纸+毕业论文】

轻型龙门铣床XKQ2010×30设计

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摘 要

从研究数控龙门铣床着手，借鉴国内外先进经验，设计了一台用于板材及多种工件加工的数控龙门铣床，满足了生产和设计的要求。整个龙门铣床主要包括横纵向进给机构、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。主轴箱安装在龙门架上，运用类比法自行设计了滚珠丝杠螺母副的制动装置

全面阐述了数控龙门铣床的结构原理，设计特点，论述了采用伺服电机和滚珠丝杠螺母副的优点。详细介绍了数控龙门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  龙门铣床    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.

Keywords　 planer type milling machine     Board Numerical control     Step-by-steps the electrical machinery      Ball bearing guide screw nut

  目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章  绪论 1

1.1 背景 1

1.2 数控技术的应用与发展 1

1.2.2 数控技术的发展趋势 2

1.3 数控机床的分类 2

1.3.1 按工艺用途分类 3

1.3.2 按运动方式分类 3

1.3.3 按控制方式分类 3

1.4 经济型数控机床 4

1.4.1 经济型数控机床的概念 4

1.4.2 经济型数控机床的分类 4

1.4.3 经济型数控机床的特点 5

1.5 数控机床的组成及工作原理 5

1.5.1 数控机床的组成 5

1.5 本章小节 8

第2章 数控龙门铣床总体方案设计 8

2.1 机床的设计要求 8

2.2 设计方案 8

2.3 本章小节 11

第3章 机床主轴箱的设计 12

3.1 主轴箱的设计要求 12

3.2主传动系统的设计 12

3.2.1 主传动功率 12

3.2.2 驱动源的选择 13

3.2.3 转速图的拟定 13

3.2.4传动轴的估算 15

3.2.5齿轮模数的估算 17

3.3主轴箱展开图的设计 18

3.3.1设计的内容和步骤 18

3.3.2 有关零部件结构和尺寸的确定 18

3.3.3 各轴结构的设计 21

3.3.4 主轴组件的刚度和刚度损失的计算 22

3.4  零件的校核 23

3.4.1齿轮强度校核 23

3.5 本章小节 25

第4章 进给伺服系统设计 26

4.1 对进给伺服系统的基本要求 26

4.2进给伺服系统的设计要求 27

4.3滚珠丝杠的选择 27

4.3.1 滚珠丝杠副的导程 28

4.4同步齿形带的选择 30

4.5伺服电机的选择 30

4.6 滚珠丝杠副的安全使用 31

4.6.1 润滑 31

4.6.2 防尘 31

4.6.3使用 32

4.6.4 安装 32

4.7 伺服进给系统结构图的设计 32

4.8 本章小节 34

第5章 床身、横梁导轨和工作台 35

5.1 床身结构 35

5.1.1 对床身结构的基本要求 35

5.1.2 床身的结构 36

5.2 导轨 38

5.2.1 导轨的润滑与防护 38

5.2.2 导轨的安装调整 39

5.3 工作台 39

5.4 本章小节 39

结论 39

参考文献 40

致谢 41

第1章  绪论

1.1 背景

二十世纪中期以来，由于航空和航天技术的快捷发展，对于各种飞行器的加工提出更好更快的要求。这些零件形状大都相当复杂，材料多为难加工的合金，用传统的机床和工艺方法进行加工，不能保证精度，也很难提高生产效率，随着计算机的发明和发展，是数控机床的设想成为现实，且已经或即将成为现代机械制造生产过程的基本环节。

也就是说，结合现实的生产实际，根据我国的国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格、提高生产率、提高产品质量、降低废品率、提高加工精度、节约工装费用、降低生产成本、缩短生产周期、减轻工人的劳动强度，以致使企业取得最好的技术经济效果，在这种总的前提和要求下，就必须使机械加工自动化，适应于生产对象经常改变的情况，并且具有较好的通用性，较大的柔性。因此经济性数控机床就这样被设计并被广泛的应用在现代化生产当中。

1.2 数控技术的应用与发展

随着社会生产和科学技术的发展，机械加工产品的形状和结构不断改进，对加工质量的要求越来越高。由于产品更新换代的速度加快，目前在一般机械加工中单件、小批量生产的产品约占70%-80%。为了保证产品的质量，提高生产效率和降低成本，要求机床不仅具有较好的通用性和灵活性，而且加工过程要尽可能实现自动化。数控技术就是在这种条件下发展起来的，适用于精度高、零件形状复杂的单价及小批量生产，以数字形式实现控制的一门技术。

1.2.1 数控技术领域与计算机应用的特点               数控的技术领域  数控就是以数字程序的形式实现控制的一门技术，它是随着电子计算机的发展而发展起来的，综合了各技术领域里的新成就，具有广泛的通用性，是高自动化程度的工业自动控制技术。现代数控技术所涉及到的技术领域学科很多，范围较广，除机械技术本体之外，还有以下关键技术：

1.计算机及接口技术                                           

2.自动控制技术

3.传感器技术

4.信息技术

数控技术首先在机床行业获得广泛应用，现在已有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控加工中心及数控线切割机床等。                         数控技术中计算机技术应用的特点  计算机数控多以通用的小型或微型计算机为核心，在增加适当的接口电路及外围设备，来代替数控柜中的专用计算装置。   

计算机数控系统有以下特点

1.灵活性强

2.通用性好

3.可靠性高

4.易于实现多功能、高复杂程度的控制

5.使用维修方便

6.具有通信功能

1.2.2 数控技术的发展趋势

从数控系统的发展来看，数控机床已发展了五代在实际应用中，除了机床行业之外，数控技术还应用在其他部门，产生了各种数控设备。例如：数控绘图机、数控绕线机、数控测量机等。随着数控技术向其他行业的推广，计算机技术、成组技术及系统等技术在各工业部门的应用，推动了机械工业从传统的概念和方法中解脱出来，向着综合自动化的方向变革。在产品设计方面，采用计算机辅助设计（CAD）技术，可以提高设计质量，缩短设计周期，发现和修正设计中的错误。在加工制造方面，采用计算机辅助制造技术（CAM），使计算机参与从零件材料选择到加工和装配检验直至成品出库的整个过程。

1.3 数控机床的分类

1.3.1 按工艺用途分类

（1）一般数控机床

这类机床和传统的通用机床品种一样，其工艺可能性和通用机床相似，且能加工复杂形状零件。

（2）数控加工中心机床

它是在一般数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置而构成的一种带自动换刀装置的数控机床。其主要来加工箱体零件。

（3）多坐标数控机床

其特点是数控装置的轴数较多，机床结构也比较复杂。

（4）计算机群控

它也称为直接数控系统，是一台大型通用计算机直接控制一群数控机床的系统。

1.3.2 按运动方式分类

（1）点位控制数控机床

这类机床的数控装置只能控制机床移动部件从一个位置（点）精确的移动到另一个位置（点），在移动过程中不进行任何切削加工。

（2）点位直线控制数控机床

这类机床工作时，不仅要控制两相关点之间的位置，还要控制两相关点之间的移动速度和路线。

（3）轮廓控制数控机床

这种机床的控制装置能够同时对两个或两个以上坐标轴进行连续控制。加工时不仅要控制起点和终点，还要控制整个过程中每点的速度和位置。

1.3.3 按控制方式分类

（1）.开环控制数控机床

在开环控制中，机床没有检测反馈装置，如图1-1，数控装置发出信号的流程是单向的，所以不存在系统稳定性问题，故机床加工精度不高，其精度主要取决于伺服系统的性能。

第2章  数控龙门铣床总体方案设计

数控机床的总体设计方案由以下三部分组成： 

    1.技术参数设计：主要尺寸规格、运动参数（转速和进给范围)、动力参数（电机功率，最大拉力）。

    2.总体布局设计：相互位置关系、运动分析、运动仿真（干涉检查）、外观造型。

    3.结构优化设计：整机静刚度、整机的运动性能、整机的热特性。

总布局与使用要求：

    1.便于同时操作和观察。

    2.刀具、工件，装卸、夹紧方便。 

3.排屑和冷却。

2.1 机床的设计要求

本机床的设计，符合国家机床标准。已定设计参数： 

    工作台：3000×1200mm

    工作台最大荷重2t

高速高效，结构简单可靠，功能强大，性能稳定，精度较高，可用于铣削板材以及多种工件等。

2.2 设计方案

我设计的主要内容是工作台移动数控龙门铣床。工作台数控龙门铣床是指工作台作纵向移动的龙门铣床。工作台移动龙门铣床的最大特点是：（1）造价便宜,容易制造生产。工作台移动式龙门铣床，整机长度必须两倍于纵向行程长度，而移动式龙门铣床的整机长度只需纵向行程加上龙门架侧面宽度即可。（2）机床的动态响应好。工作台移动式龙门铣床采用的是固定龙门架,工作台移动可以铣刀做切削运动时更加稳定，从而保证了加工精度和机床的响应性能。

1、机械部分设计

整机分为床身、龙门架、滑台、主轴箱、三轴进给驱动机构机械部分及相关数控伺服部分。现把设计过程中的重点阐述如下：

床身是本次设计工作的基础，床身的尺寸设计影响着对整机的设计，而且设计的合理性直接影响到整机的刚度。床身的上平面即工作台面设计有 K 条T形槽，为方便床身工作台面和T形槽的精刨加工，槽完全贯通。床身的左、右两下脚各设计有一个狭长平面，用来安放滚动直线导轨副。我把导轨面设计在床身的两下侧，主要是考虑力的传递方向与卸荷问题。因床身会受到龙门框架的重力、切削力和工件的重力，这样的设计可使龙门框架的重力直接传入到机床的基础上，而床身只受到工件的重力。

龙门框架采用的是整体龙门架的设计概念，即把横梁与左右立柱设计成一体，虽然使铸造和装配调整时的难度加大，但整体龙门框架的刚性更好，更重要的是使主轴箱、滑台等部件有了装配基准。

结论

本次设计的课题为数控龙门铣床。整个龙门铣床主要包括横纵向进给机构、立柱、横梁、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。

由于设计的是数控龙门铣床，是个非常接近于实际的题目，也是个较现实的想法。其中参考了许多机床厂、零件生产公司的此类型铣床及主要部件。

从整体上说，本次设计较好的实现了设计要求，控制简单，加工精度比较高等特点，基本达到了设计目的。

当然由于经验上的欠缺，本设计还存在一些不足，真诚地希望老师和同学们给予批评指正。

参考文献

1. 林宋，田建君编.现代数控机床.北京：化学工业出版社，2003

2. 沙杰编.加工中心结构、调试与维护.北京：机械工业出版社，2003

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4. 贾丽媛.数控龙门铣床改造.机械工程师.2007，（7）：147

5. 张福生.改进SL232F120龙门铣床滑枕和横梁平衡系统.设备管理与维修，2007，（10）：11

6. 孙振功.数控龙门铣床的研制.水利站机电技术.2000,(1):22-24

7. 朱广军.X2012A龙门铣床设计改造.煤矿机械.2008,(11):13-14

8. 吕金焕. .X2010A龙门铣床控制系统设计.机床与液压.2004,(10):32-35 

10. 成大先主编. 机械设计手册 （第一卷）. 第四版. 北京：化学工业出版，2002

11. 成大先主编.机械设计手册（第二卷）. 第四版. 北京：化学工业出版社，2002

12. 成大先主编. 机械设计手册（第三卷）. 第四版. 北京：化学工业出版社，2002

13. 杨可桢. 机械设计基础. 北京：高等教育出版社，1999

14. 龚桂义. 机械设计课程设计图册. 北京：高等教育出版社，1989

15. 韩晓娟. 机械设计课程设计. 北京：机械工业出版社，2000

致谢

历时近半年的毕业设计，我在指导老师教授的悉心指导下，顺利完成了。另外也得到了机制教研室其他老师的帮助，以及许多同学的帮助，在此一并表示感谢。

毕业设计作为大学四年所学的一次总的检查，我在设计前做好了充分的思想准备，并且经过几次课程设计的锻炼，对此我有了充分信心，并相信能圆满完成这次毕业设计。当然，在设计过程中，由于自己的水平、能力有限，在设计上还难以达到一定的水准，恳请老师提出批评并指正。以使我有更大的进步。