毕业设计（论文）-微型数控钻铣床设计

任务书一、设计题目微型数控钻铣床设计二、主要任务及要求1）主要任务：微型数控钻铣床设计2）根据主要任务，通过比较、分析，确定最终方案，针对解决方案进行设计计算，完成机械结构和控制系统的设计过程。3）说明书中要求进行分析、评价方案对社会、健康、安全、法律和文化的影响，以及这些制约因素对项目实施的影响，并理解应承担的责任。4）能够体现机械、电气、信息等多学科背景，体现团队的有效沟通、合作共事及个体的作用。5）图纸规范、准确。四、上交材料(1)系统方案图及相关图纸；(2)课程设计说明书(包含方案设计、主要部件的设计计算、根据任务要求进行的方案相关分析等内容，8000字左右)五、指导教师评语优秀良好中等及格不及格满分得分平时表现勤奋好学，善于思考勤奋积极，态度认真比较勤奋不够勤奋不勤奋，态度不端正10图纸质量方案合理新颖，表达规范方案合理，图纸比较规范方案一般，图纸基本规范方案基本合理，图纸欠规范方案不合理，图纸不规范20说明书质量内容全面，准确内容全面，基本准确内容一般，准确性一般内容基本全面，有小错误内容不全，错误较多40答辩回答问题准确流利回答问题比较准确回答问题基本准确回答问题欠准确回答错误30总分100综合评定成绩：□优秀□良好□中等□及格□不及格指导教师：日期：

摘要随着工业的发展，数控机床已经成为现代机械制造业的最主要的装备，这是一种趋势。我国数控机床在经历了30多年的发展，各项相关技术都取得了重大突破，机床种类越来越多，目前可提供1500种，覆盖超重型机床、高精度机床、沿高技术机床等领域，产品种类可与日、德、意、美等国并驾齐驱。但国产机床相对来说与发达国家之间的差距依然很大，体型大、笨重、精度不高等问题仍然是国产机床克服不了的。因此，微型化、高速化、高精度化、功能复合化等成为数控机床的一种发展趋势，本文介绍了一种可用于微型加工的微型数控钻铣床。本文通过查阅大量国内外文献资料，经过比较和分析，设计了一台用于钻铣加工的微型数控钻铣床。本文介绍了机床总体布局、伺服控制系统、主传动系统、其他组件的选型以及设计计算，并分析了机床的功能及其应用范围。本文介绍了一种微型数控钻铣床的设计方案，可适用于教学模型、培训上使用，让学生和初学者对数控钻铣床有一定的认识。关键词：高精度；微型化；高速化；微型钻铣床；AbstractWithindustrialdevelopment,CNCmachinetoolshasbecomethemainstreamofmodernmachineryandequipmentmanufacturing.DevelopmentofdomesticCNCmachinetoolshasexperienced30yearsofupsanddowns,hasmaturedfromgrowth,toprovide1500kindsofCNCmachinetools,coveringthesuper-heavymachinetools,high-precisionmachinetools,machinetoolsandotherareasalongthehigh-techproductrangewiththedate,Germany,ItalyandtheUnitedStatestokeeppace.Butthegapbetweenthedomesticmachinetoolwithrelativelydevelopedcountriesisstillgreat,largesize,heavy,accuracyisstillnothighdomesticmachinetoolcannotovercome.Therefore,miniaturization,high-speed,highprecision,functionalcomplexandsobecomeadevelopmenttrendofCNCmachinetools.Byconsultingalargenumberofdomesticandforeignliterature,throughcomparisonandanalysis,theuseofSolidWorkssoftwareformicroCNCmillingmachinedrillingthree-dimensionalmodeling,designedadedicatedmicro-drillingandmillingCNCmillingmachinedrillingsystems.Thisarticledescribestheoveralllayoutofthemachine,theservocontrolsystem,themaintransmissionsystem,aswellasothercomponentsoftheselectionofthedesigncalculationsandanalysisofthefunctionandapplicationofthemachine.ThisarticledescribesaCNCmillingmachinedrillingminiaturedesign,suitableforteachingmodel,theuseoftraining,sothatstudentsandbeginnerstoCNCmillingmachinehasacertainunderstanding.Keywords:HighPrecision;miniaturization；Highspeed；micro-drillingandmillingmachine

目录6934摘要 II13644Abstract III19017目录 IVTOC\o"1-3"\h\u1.前言 11.1数控钻铣技术的发展趋势 11.2国内外钻铣技术的发展现状 31.2.1国外钻铣技术的现状 31.2.2国内钻铣技术的现状 41.3对我国先进数控技术发展战略的几点思考 41.3.1先进的数控钻铣床技术是振兴我国工业的重要技术支撑 41.3.2先进数控技术的发展和应用突出强调市场需求 52.总体设计方案 62.1基本参数 62.2布局形式 62.3整体结构方案 73.伺服控制系统 93.1伺服电机选型 93.2交流伺服电动机伺服系统的组成 103.3伺服电动机控制方式 114.主传动系统组件及其它组件的选型 124.1电主轴选型与校核 124.2滚珠丝杠螺母副的选型 164.3滑动导轨的选型 174.4联轴器的选型 185.其它部件的设计与计算 195.1电主轴轴座设计 195.2滚珠丝杠的动载荷计算与直径估计 205.3轴承的计算 215.4轴承座的设计 225.5微型钻铣床立柱设计 235.6微型钻铣床底座的设计 246.整体结构设计 267.总结 27参考文献 281前言1.1数控钻铣技术的发展趋势数控钻铣技术的发展,概括起来有以下发展趋势。（1）总线、开放式、模块化结构的数控钻铣床将是今后发展的主流近几十年来，数控钻铣技术在改革开放大船的带动下取得了非常大的成就，不论是在结构和功能上还是在操作与控制上。然后将印刷电路板或根据各个功能模块中的板插座插入其他的模板，并适合于钻铣技术，使形成有由CPU控制的多个钻孔和铣削装置，在该构成今天这个行业已经十分普遍。在人机对话，显示器（CRT）能够直观地表达各种字符，图形，同时也显示了不同的处理程序。如果别的一个问题，CRT及时显示对话框，并提示下一步该怎么做。连同一些辅助功能，诸如图形处理，从而使整个键盘操作更简单，方便。举个例子，像电主轴，采用模块化设计，整个装卸过程只需十几分钟就能完成，十分便利。数控系统一般都设有一些功能软件及下拉菜单的驱动方式，使整个人机对话模块更加简洁方便。数控钻铣床的控制机构可以用PLC和PMC，这种逻辑控制使得钻铣床的精度大大提高。现代数控系统一般都要求控制系统各个功能模块之间具有兼容性，各部分结构要求标准化，如模块结构、接口等，规范化以后的各结构不仅为生产，也为自身结构的随时添加、更换大大提供了便利，这一方面方便机床用户在以后的使用中有自动化的开发环境，还为机床二次开发提供了前提，最大限度提高机床自身价值。（2）数控钻铣床的自动化程度会越来越高，将向无人看管的生产机器发展数控系统变得越来越先进，越来越多的存储容量大到足以存放数控系统系统本身程序外，至少可以节省数万预留钻孔程序段。它为向自动化钻孔和无人看守提供了保证。在实现多机网络结构，模块化设计使得多进程，多渠道的控制，具有很大的灵活性，为大规模自动化生产提供了便利。如意大利Pluritec公司最近上市的数控钻床---多站多模钻孔机，现在可以由1至6工作站组成，经过技术设计，最多连接可多达32个。每个工作站配备有主轴头和一个CNC44.00控制单元，每个工作站再由中央系统CNC56.00整体管理和独立控制。6个工作站可以执行相同的钻孔和铣削程序，也可以执行独立的彼此不同的钻孔和铣削加工程序。网络工作站还可以通过以太网网络和CAD站和一个主计算机以执行数控钻孔和铣削加工程序的组合物的直接控制，机器配置有联合国第九操作系统，它是很容易实现多机网络。自动上下料装置的不断发展和技术不断地成熟，为大规模自动化钻孔提供了保证。目前已上市的产品有Pluritec公司的Mega系列和Multistion，SchmollMaschinen公司的BELA系统，Posalux公司的ShottleSystem(穿梭系统)等。为了自动化生产的便利，大型刀库顺势而出现，这将在很长一段时间内。未来数控钻铣床，将配备大型刀具库，至少可容纳一个直径为0.1〜635mm的刀具库，数量达300至400个，并且刀具直径是不相同的物种中只有一个，有可能有几个，甚至有一天三班倒24小时不间断也足够了。目前Posaiux公司生产的的双阵列刀具可以准备216把刀具，Pluritec公司滚筒式回转刀架可装载360个刀具。PCB（印刷电路板）夹层无引脚气动夹紧装置，改变了传统的孔-槽定位方法，实现大规模地自动化无人值守钻是更有利的。数控钻铣床内部都装有自动检测装置，一旦出现出现意外情况，如钻头断掉，机床主轴就会自动停止旋转并移至安全位置更换钻头，然后继续工作，这也为自动化生产解决了由断钻造成的一系列问题。（3）数控钻铣床将继续向高速、高精度、钻微细孔和盲孔方向发展我们都知道，开发和生产高速并且高精度的微型数控钻床主要就是为了解决在钻微型孔时钻头断裂问题。随着科技的发展，电子产品本身也逐渐趋于微型化，比如在质量，体积。因此就要求我们的加工机器（钻床）在各方面如精度、速度、体积等也有很大改观。在今后研发道路上，我们还有很长一段路要走。只仅仅介绍了一方面，在加工其他产品上，或许微型钻床也是不可或缺的。因此，在未来很长一段时间内它仍是数控机床的发展目标。数控钻铣床将使用在市场上尽可能已被开发出来并且使用很多的组件为我所用，来有效地缩短开发时间和生产周期，技术集成的重复，以便减少不必要地努力，加速完成市场成交额。德国西门子公司开发的数控系统，现在在德国，意大利，英国制造商已经选择了它。不仅机械行业如此，别的行业像电子行业也如此，三星公司生产的手机屏幕，不仅三星手机用，别的手机生产厂家也有使用。（4）WOP技术和智能化，将是数控钻铣床发展的方向WOP（面向车间的编程方法）技术和智能化，是一种全新的计算机数控机床编程方法，它可以实现会话编程，蓝图编程和CAD/CAM等，并且可以实现二维、三维加工过程的动态仿真，直观表达出整个加工过程。1.2国内外钻铣技术的现状1.2.1国外钻铣技术的现状国外钻铣技术总结起来有以下几点：基座超过200毫米厚，精密研磨过地花岗岩，为导向平面的轴向移动，稳定而且不会变形，有效地防止了常规台面机械振动。一些还使用原来自流平空气轴承系统，使机器以高的速度和加速度无冲击运行。与机器零件的加工和装配花岗岩基座都经过激光干涉仪严格测试其几何形状和位置精度，从而保证了机床系统，这使得钻机定位精度可以达到为0.002mm的准确性。五套环或旋转式钻机的管理体系和双阵列杂志，大部分钻孔要更换360多钻头。新的刀具管理系统由于减少了工具的处理，从而避免了在安装过程中断裂钻机利率很可能造成，极大地提高了钻孔精度。有两个刚性工具架，位于所述主轴之间和刀库地自动更换钻头所使用。存放序列由数控装置控制。激光检测器电主轴钻头的长度，直径和动态径向偏移，使得具有高稳定性和非常高的精度的钻孔和铣削主轴，可以经常控制钻尖和盖中，Z的电子装置的光轴可以间的距离控制钻更多，特别是对于多层PCB加工的深度。配置断钻自动检测系统，它会自动关闭钻，位置和检测合格后，通知更换钻头和重新钻孔。自动装卸设备是非常成熟的，在一般情况下，存在由CNC控制升降，装卸16左右层状托盘。装卸时间约19S每批。1.2.2国内钻铣技术的现状目前中国数控钻铣床技术的整体技术水平钻孔精度已经达到0.1mm左右，电主轴最高转速达到90000r/min，大部分主轴转速还在60000r/min左右。钻孔直径0.3〜6.0毫米，约0.001毫米系统分辨率之间，在加工幅面460毫米〜610毫米之间，传输模式通常用于较先进的滚珠丝杆。从宏观来讲，近几年我国数控钻铣床的结果，是在技术功能和可靠性达到或接近国际先进水平，虽然价格比国外同类产品低5-8倍，有的只有国外的三分之一产品之一，甚至更低，使用寿命长，维修和更新，相对于国外产品具有明显的优势。但相对于一些对整个数控钻铣床制造商在世界知名的有个人之间的一个伟大的产品的差距，如伺服电路，我国还停留在开放或半封闭状态，工业生产在发达国家数控钻铣床20年前采用的是全封闭的环境控制系统，在110000r/min〜120000r/min的大多是发达的工业电主轴转速的产品，虽然是迫在眉睫120000r/min以上的速度电主轴的出现，与我国最高80000r/min时，有光栅，驱动电机等，从技术层面上的状态，而不只是比国外的差，一些较大的缺口的一部分。1.3对我国先进数控技术发展战略的几点思考1.3.1先进的数控钻铣技术是振兴我国工业的重要技术支持衡量一个国家或者地区的工业产业与企业的产能主要体现在工业是否发达，工业生产设备是否先进。目前中国的不同地区的数控钻铣床的开发程度与运用程度跟那些发达的国家相比较依旧存在着相当大的差距，工业在所有国家中都占据着相当重要的地位，所以对于这一产业需要国家和社会的扶持与帮助。关于国家的帮助应该像我国以前那样提出的各种方针与计划，女里科研，专心公关，为我国的数控技术以及工业生产不断的努力，缩小与国外工业水平之间的差距，甚至在某些方面领先他们。1.3.2先进制造技术的发展和应用突出强调市场需求先进的数控钻铣床技术的发展与进步需要从中国的实际情况出发，根据市场需求，而且在规律和技术发展的趋势都一致。纵观几十年的技术发展，它通常被认为是更多的技术趋势和市场需求被认为略显不足。当然，无论是在长期和根本上是不矛盾的，但在短期内，仍然有安排的优先问题，突出了市场需求，可以让技术先进的数控钻铣床的开发和应用在工业振兴和尽快发展有效的国家经济，我们可以使数控钻铣床制造商的市场竞争力显著的改善，从而使先进的数控铣削和钻孔技术应用到从科学的殿堂经济建设的主战场。从目前情况看，最好是经国家主管部门，若干优先产品和重点培育的研究和开发领导，有中国特色的经济型数控铣床系列产品，逐步形成以满足我们行业的迫切需要。2总体方案设计2.1基本参数机床的设计，一定要有确定的参数，用作设计的出发点，决定其他参数的大小；它作为选用机床的主要依据，能直接反映出机床的加工能力和特性，影响产品能否满足所需功能的要求。微型数控钻铣床的基本参数如下表2.1所示：项目技术参数技术指标床身本体结构立式加工能力三轴联动微型铣床整体尺寸1610mm×1020mm×1130mm工作台行程400mm×300mm×390mm工作台尺寸400mm×320mm电主轴最高转速24000r/min额定扭矩6Nm轴承润滑形式油脂润滑表2.1微型数控钻铣床参数表surface2.1Parameter

table

of

Micro

NC

drilling

and

milling

machine2.2布局形式本次设计的微型数控钻铣床用于加工软质合金、铜合金与石英等金属，主要用于复杂的曲面、薄壁类等复杂的零部件。采用立式铣床的布局，在此基础上又根据加工的零件结构特征，零件的工艺要求，工件的材料硬度和加工难度等因素。本次设计的微型数控钻铣床以占用空间小，加工时间短为设计标准，对数控钻铣床进行总体设计，本数控钻铣床具有体积小、结构简单、成本低的优点。本设计采用的是工作台X，Y轴相互叠加移动，电主轴在Z轴方向上下移动的布局形式。2.3整体结构方案数控钻铣床应该满足的要求有：良好地静动刚度；机床的总体结构布局要有好的人际关系；较小的热变形；机床进给具有好的低速性能；还有较高的的绿色环保标准。这些也是本设计微型钻铣床总体布局结构应满足的要求。在钻铣的过程中，钻铣要做两个运动：1主要的运动是刀具地旋转运动；2还有一个是上下的进给运动。微型钻铣床一定要能够加工微小零件，它们具有不同形状、厚度。因此，就需要微型钻铣床的主轴要在垂直方向上可以适当调整，另外，水平方向要具有相对地运动。一面垂直方向上需要采用地是主轴升降来进行实现；另一面，对于水平方向相主轴的运动是为了具有一定的加工长度，这部分使用工作台的运动进行实现，另外加上主轴地自身旋转，因此整个微型钻铣床都具有四个自由度，它们为X方向、Y方向、Z方向和主轴的旋转运动n。下图2.1为微型钻铣床运动模型图图2.1微型立式铣床运动模型图Chart2.1Motion

model

diagram

of

micro

vertical

milling

machine本设计主要的目的是构建一台适用于小零件地微细钻铣的微型数控钻铣床，本机床采用地是立式三坐标设置，X，Y方向工作台带动工件用于X，Y两个方向地直线运动；竖直方向上的Z向轴座带动安装于上面的电主轴实现上下的直线运动，它们不干扰。为了提高构件的动刚度，在确保静刚度的要求下，选择阻尼系数较大材料——HT250/HT300作为微型铣床的底座材料。为了减少运动部件的重量与传动系统的惯量，工作台三轴的支撑部分均可选用比较小的铝合金材料来作为运动部件的材料。三轴伺服电机与电主轴的使用简化了传动系统，减少了传动链。电主轴本设计所采用的电主轴尺寸与重量较小，所加工零件，它们的尺寸，重量和加工时的切削力也很小，因此微型钻铣床设计成水平X,Y工作台叠加的进给平台结构，刀具安装在电主轴上，随Z轴一起竖直移动。按照下面结构示意图所示的结构，保证X,Y,Z三个运动轴相互正交，主轴的回转精度平行于Z轴如下图2.2电主轴图2.2微型数控钻铣床结构示意图Chart2.2Structure

diagram

of

micro

vertical

drilling

and

milling

machine本机床各活动部件之间均用导轨实现连接，各部件的运动均采用滚珠丝杠螺母副实现传动，滚珠丝杠螺母副直接与伺服电机连接实现传动3伺服控制系统3.1伺服电机选型1伺服电机的类型及特点伺服电机大部分可分为直流伺服电机与交流伺服电机。直流伺服电机使用较早，具有广泛的应用，有优良的调速性能。然而，直流伺服电机它们却有一些本身的缺点：它们的电刷与换向器容易坏掉，需常常维护；有时换向器换向时会产生电火花，这样电机的最高转速就会被限制，因此应用环境也受到限制。直流伺服电机的缺点：结构复杂、制造困难、所有铜铁材料消耗大、制造成本高。交流伺服电机转动惯量小，使得动态响应更好。在相等的体积下，交流电机的输出功率高比直流电机提高10%—30%；交流电机的优点就是：容量更大、转速和承受电压更高、寿命更长、故障也更少。2伺服电机的选型伺服电机具有的优点：响应迅速，精度和效率，负载能力大，控制性能优越，因此广泛使用在闭环或半闭环控制的伺服系统中。（1）伺服电动机的主要技术参数伺服电动机的主要技术参数是设计时选用电动机的依据。具体如下：a.额定功率b.额定电压c.额定电流d.额定转速e.额定转矩f.最大扭矩（2）伺服电动机的选型1)转动惯量匹配验算在数控机床伺服系统中，最终经计算到电动机轴上的转动惯量与电动机自身的转动惯量的比值，应在一定的范围内，这个值不能太大，亦不能太小。如果这个比值过大，这个进给伺服系统的动态特性取决于负载特性。这个时候，工作台位置、切削参数的变化将引起负载质量，刚度，阻尼等的变化，而这整个伺服系统的综合性能就会变差。如果这个比值过小，这表明电动机的选择或者进给传动系统的设计出现了问题，经济性也比较差。因此，要让系统的负载惯量达到一定合理的匹配，我们将该比值控制在规定范围内，即：2)力矩匹配验算为了保证进给伺服系统的正常工作，伺服电动机的最大力矩和额定力矩Tm应满足下列关系：式中：-空载启动力矩-切削力矩经过以上分析及查询相关资料，本数控机床采用交流伺服电动机。3.2交流伺服电动机伺服系统的组成交流伺服电动机由以下几部分组成：1交流伺服电动机2PWM功率逆变器3电动机专用集成电路和异位处理技术为核心的数字控制器，可分为单片机、数字信号处理器(DSP)、DSP+CPU、多功能DSP。4位置传感器（含速度传感器）5电源及能耗制动电路6键盘及显示电路7接口电路，包括模拟电压、数字I/O及RS232串口通信电路。8故障检测、保护电路。各部分之间的关系如下图3.1所示：图3.1控制系统各部分关系图Chart3.1Relationship

diagram

of

each

part

of

control

system3.3伺服电动机控制方式伺服电机由伺服电动机驱动器控制,本次选用安川伺服电机及相应的伺服驱动器。如下图3.2所示：图3.2驱动器Chart3.2Driver4主传动系统组件及其它组件的选型4.1电主轴选型与校核1.电主轴的选型钻铣加工过程中的所用的钻头、铣刀，零件的尺寸和切削力都很小，同时为了实现高精度运动控制和高效率的加工，选择何种主轴技术以达到超高转速的同时保证较小的主轴跳动量，是实现微细铣削的关键因素之一。钻加工的特点要求选用的主轴需要较高的转速要求、很高的刚度与回转地精度。因此采用高速电主轴作为该钻铣床的主轴。电主轴技术就是把机床的主轴和电机合为一个轴。电主轴技术的关键就是将主轴电机的定子，转子通通装入主轴组件的内部，传递方式是齿轮传动副与皮带。电主轴的优点有：结构紧凑，惯性小，重量轻，动态特性，调速范围广等。此次设计以高回转精度，高刚度，高转速，小尺寸与低成本为选型原则，故选用DGZX-09524型小型电主轴，如下图4.1所示图4.1DGZX-09524电主轴Chart4.1DGZX-09524Motorized

spindle

其主要性能参数见下表4.1所示技术参数表1：主轴型号DGZX-09524/3.7-BFPWV最高转速(rpm)24000最高频率（Hz)800S1(额定)功率（kW）3.7S6功率（kW）4.5最高电压（V）380额定电流（A）16最大电流（A）30额定扭矩（Nm）6技术参数表2：序号项

目标

准

值1轴承润滑形式油脂润滑2刀具接口形式自动BT30-45°3主轴卸刀气压（MPa）0.5-0.64主轴夹刀气压（MPa）0.5-0.65主轴吹尘气流量（L/min）60±2（气压0.15-0.25MPa）（换刀时）6主轴气封气流量（L/min）40±1（气压0.15-0.25MPa）（工作时）7冷却水流量（L/min）3-4（水压0.25MPa时）8冷却油流量（L/min）5-6（油压0.3MPa时）9冷却水压力（MPa）0.25-0.410冷却水温度(℃)24-2811主轴径向刚度（N/μm）≥15012主轴轴向刚度（N/μm）≥12013主轴轴端锥孔跳动（μm）≤1.014主轴轴端静态回转精度（μm）≤3.0(标准棒10mm)；≤8.0(标准棒200mm)15主轴振动（mm/s）≤0.5（18000rpm时）；≤0.8（24000rpm时）16主轴装配直径（mm）φ95h6（带法兰）17主轴噪声（dBA）≤7018刀柄拉紧力（N）2900×(1±10％）19卸刀方式气缸+浮动打刀20电机绕组绝缘电阻（MΩ）≥500（H级）21电机绕组耐压试验（V/M）1500V/1分钟耐电压试验表4.1DGZX-09524电主轴技术参数表Surface4.1DGZX-09524Electric

spindle

technical

parameter

tableDGZX-09524电主轴尺寸图见下图4.2图4.2电主轴尺寸图Chart4.2Dimension

drawing

of

electric

spindle

该主轴最大的特点是将以往的直联主轴与伺服电机有效的结合在一起，避免了高速钻攻主轴（直联主轴）安装的瓶颈。该主轴内置三相变频异步高效电机，由控制系统进行驱动控制。由于本主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低等特点，所以可以实现高转速、高精度、高效率、高质量的加工。本电主轴应该具有油气润滑冷却装置，这样就可确保在高转速的状态下进行运行，而且还能带走因摩擦所产生的热量，进行冷却。同时，本装置配有液体冷却水冷却电主轴，利用水的循环流动降低电主轴产生的热量。2.电主轴的校核①电主轴的变形计算公式：采用平均直径d1计算，计算电主轴时选择用平均直径（d1）或当量直径（d2）。平均直径惯性矩②电主轴的校核计算电主轴的受力简图4.3：图4.3电主轴的受力简图Chart4.3Mechanical

diagram

of

motorized

spindle

1)电主轴的计算1>计算功率：转矩：圆周力径向力轴向力2>水平面内的支反力，∑MA=0，∑ME=0FtB×FNHA×3>垂直面内的支反力，∑MA=0，∑ME=0FrB×FrB×4>D截面的最大合成弯矩为2）最大合成弯矩图4.4和扭矩图4.5图4.4弯矩图Chart4.4Moment

diagram

图4.5扭矩图Chart4.5Torque

diagram

3）轴的强度校核，D所在的截面为危险截面，按第三强度理论计算弯矩轴的抗弯截面系数：故满足第三强度理论。4.2滚珠丝杠螺母副的选型丝杠是机床传动机构中不可缺少的元件，在传动中它可以把回转运动转化为直线运动，也可以把直线运动转化为回转运动。滚珠丝杠螺母副可分为两大类：高精度和低精度。低精度的丝杠就是传统意义上的丝杠，它仅有两部分组成，丝杆和螺母，这种丝杠螺母副可以称为大号的螺栓螺母，它可以传动，但本身精度却不高。作为机床的传动机构，保证较高的精度是首要的，本次设计的微型数控钻铣床属于高精密机床，显然这种丝杠螺母不适用。其次就是寿命，一般的丝杠和螺母之间，如果加工时间长，难免不受到磨损，这样丝杠精度就会降低。所以本次传动部件选用高精度滚珠丝杠螺母副。高精度滚珠丝杠螺母副由螺杆、螺母、钢球，预压片、反向器、防尘器等部分组成，这种丝杠结构和轴承相似，就是在普通意义的丝杠螺母副中加入滚珠，大大减小了丝杠和螺母之间的摩擦，而这种结构的丝杠螺母副中还加有防尘片，保证丝杠螺母福内部就够的洁净，不仅提高了精度，还延长了寿命。本次机床选用BNFN20005一5RRGo+610LC5型滚珠丝杠螺母副其参数为：公称直径为20mm；右螺纹；导程为0.5mm；螺母滚珠回路数为5；RR表示密封圈代号；GO表示轴向间隙等级代号；610L表示丝杠全长为610mm；C5表示精度等级。4.3滑动导轨的选型导轨的作用就是用来支撑与引导运动部件沿着一定的运动轨迹。在所有的导轨副中，把运动的一方作为动导轨，静止的一方作为支撑导轨。这样动导轨相对于支撑导轨来进行运动，一般作直线运动与回转运动。1对导轨的要求（1）导向精度高导轨的导向精度通常导轨沿支撑导轨方向的直线度与圆度。（2）耐磨性好及寿命长导轨的耐磨性取决于导轨的精度保持性。决定维持准确性。沿支撑轨道移动导轨从长远来看会引起不均匀磨损，损坏精密导轨，这样会影响加工精度。（3）足够的刚度导轨要确保在载荷地作用下不弯曲，不产生较大的变形，这样就能确保每个部件间的位置与它们的精度。（4）低速运动的平稳性速度比较低的状态下运行时，运动部件的导轨就会产生向上爬。进给运动也会爬行，这杨就会影响到加工表面的粗糙度值，粗糙度会增加，所以导轨在低速运动地时候，要保持平稳，不能爬行。（5）工艺性好在设计导轨的结构中，要特别地了解制造，调整与维护的方便，要求保证结构地简单，加工和技术性要好，要经济。2导轨的选择本设计导轨的精度要求比较高，还要要求结比较简单，而且调整，装配与维修都要要方便。所以本次设计选用上HGR25R1100P型上银直线导轨HG系列其参数为：R表示单出导轨；25表示尺寸；R表示上锁式；1100表示导轨长度；P表示精度4.4联轴器的选型1联轴器类别（1）刚性联轴器（固定式）安装精度要求较高，不具有补偿性能，但结构简单，制造容易，成本较低。这类联轴器有套筒式、夹克式和凸缘式等。（2）挠性联轴器a无弹性元件的挠性联轴器b装有弹性元件的挠型联轴器2联轴器选择本次设计选用梅花形弹性联轴器。对于这样的简单结构，好制造，外部结构相对紧凑，性能可靠，还有就是不经常维护，成本也比较低，然而安装的时候要做到沿轴向移动。它适用于载荷变化不大，对缓冲减振要求不高，而需要有一定的补偿两轴相对位移的中小功率传动中的两轴的连接，符合本次的设计要求。5其他部件的设计与计算5.1电主轴轴座设计铝材质量较轻，可减轻轴座的重量，而且铝材延展性较好，便于电主轴安装，还有就是主轴在钻铣过程中不免受到冲击，而且冲击力又不大。因此，选用铝材作为主轴轴座的材料。而铝材本身质量轻，但却质地较软，因此本次主轴轴座选用硬铝合金。电主轴轴座的设计技术要求为:在保证电主轴能够顺利安装的基础上，确保不影响电主轴的自身性能，根据电主轴配套技术要求，主轴孔的大小为，粗糙度为0.8um。结构设计主要考虑到两个方面；保证电主轴的装夹精度和整个微型数控钻铣床各个部分的相对位置要求。为了稳定的固定电主轴，电主轴孔采用整体式圆柱孔结构，为了保证工作台的行程，孔的中心与X,Y工作台的几何中心正对。电主轴轴座尺寸：安装电主轴部分的尺寸按电主轴尺寸确定其余尺寸见主轴轴座零件图5.1图5.1主轴轴座零件图Chart5.1Parts

drawing

of

spindle

seat

5.2滚珠丝杠的动载荷计算与直径估计1确定滚珠丝杠的导程mm式中：-移动部件的最大速度（mm/min）；i-传动比，当滚珠丝杠与电动机直接连接时i=1；-电动机的最大转速（r/min）2滚珠丝杠的当量载荷与当量转速计算r/minN当载荷与转速接近正比变化，各种转速试用机会均等时，可采用下列公式计算：r/minN式中：-机床空载时滚珠丝刚所受轴向力（此时轴向力最小，N）-机床空载时滚珠丝刚所受轴向力（此时轴向力最大，N）-滚珠丝杠的最高转速（r/min）-滚珠丝杠的最小转速（r/min）3确定预期的额定载荷确定预期的额定动载荷N式中：-预加载荷系数。4根据位置精度要求确定滚珠丝杠螺母副允许的最小纹底径（1）滚珠丝杠螺母副允许的最大轴向变形量查阅资料和书籍影响定位精度的的主要是螺距误差以及所受摩擦力矩的变化，初选滚珠丝杠规定最大轴向变形量必须满足下式：定位精度（2）估计滚珠丝杠螺母副螺纹的底径mm式中：L-滚珠丝杠螺母副两个固定之城之间的距离（mm）,L=行程+安全行程+2X余程+螺母长度+支撑长度≈（1.2-1.4）行程+（25-30）5滚珠丝杠螺母副螺纹底径应满足的基本条件根据计算出的基本导程，预期额定动载荷和滚珠丝杠螺纹底径，可以查出对应的滚珠丝杠螺纹底径和额定动载荷，应使5.3轴承的计算选用轴承的重要依据是轴承的基本寿命，并使之小于或等于基本额定寿命。在实际使用中，习惯上常用工作小时数表示轴承的基本额定寿命，用下式计算：式中：-轴承的基本额定寿命（h），对于数控机床滚珠丝杠上采用的轴承，一般取=20000h；n-轴承的工作转速（r/min），与滚珠丝杠的当量转速相同；-寿命系数，对于球轴承=3；C-轴承的基本额定动载荷（N）；P-轴承的当量动载荷（N），其计算公式为X-径向动载荷系数，可从《机械设计》表13-5选取；Y-轴向动载荷系数，选取同上；-径向载荷（N），，其中，为轴承所承受的最大轴向力（N）；-轴向载荷（N），。对球轴承，可将轴承的基本额定寿命公式变形得根据此式即可计算球轴承的基本额定动载荷C值，使之小于轴承样本上列出的基本额定动载荷值。5.4轴承座的设计轴承座材料选用灰铸铁，强度较高，塑性韧性还可以。轴承座内圈与轴承外圈为基轴制过盈配合，这样可以保证轴承内圈在运动过程中外圈不至于来回往返移动。本次设计轴承座尺寸图如下图5.2所示图5.2轴承座Chart5.2Bearing

pedestal

轴承座技术要求如下：轴承座的底面、内孔、端面有技术要求，其余的表面粗糙度按铸造精度；不要求部分粗糙度为12.5；35内孔和11孔端面精度值要求为1.6；轴承座前后端面粗糙度值要求为1.6；轴承座安装端面粗糙度要求为1.6；轴承座材料为HT200，铸件；未注倒角C1，未注圆角R2。5.5微型钻铣床立柱设计微型数控钻铣床的立柱在整个结构中起支撑作用，支撑整个Z轴所有组件，立柱正面安装有直线导轨、轴承座、电机支架，立柱下端固定在机床底座上。机床立柱个体大，采用铸造方法，材料选用灰铸铁（HT200）。立柱技术要求如下：立柱底面粗糙度值要求为1.6；立柱正面凸台作安装导轨用，表面粗糙度值要求1.6；安装轴承座的两个矩形凹台表面粗糙度值要求1.6；其他未加工面采用12.5。立柱尺寸：安装滚珠丝杠螺母副部分按照滚珠丝杠螺母副的尺寸确定其余尺寸见立柱零件图，如下图5.3图5.3立柱零件图Chart5.3Column

part

drawing

5.6微型钻铣床底座的设计对于微型数控