数控铣床毕业设计总结 [毕业设计：2019年数控铣床主体结构]

　 2019年数控铣床主体结构设计 摘 要：随着1818年第一台铣床的问世，铣床已经成为机械行业不可或缺的一部分。目前，在实际应用中有部分工件在加工微型孔或铣削平面时，加工精度不高。如果我们用传统的数控铣床对其加工，将导致加工效率低且加大设备和电力的损耗。根据这种情况，我打算设计一种小型数控立式铣床，该铣床不仅造价大大低于传统数控铣床，还能够满足教学上的使用，提高学生对数控铣床的理解与认识。本文将对小型铣床的总体机械结构进行设计，论证了各种方案的优缺点，确定了数控铣床的整体布局形式。通过对各种因素的考虑，选择了立式数控铣床结构，工作台为十字的布局形式。在机械部分设计过程中，论述了机械系统各部件的设计与计算校核，各零件的选择、设计、计算等。 关键词：数控铣床，主传动系统，滚珠丝杠，测绘 1 绪论 1.1课题背景及设计意义 数控技术是机床实现自动化控制的核心技术，是机械制造业的关键技术，其水平的高低和应用程度关系到国家的战略地位和综合国力。数控技术是一门理论性和实践性都非常强的课程，其教学必须理论联系实际。长期以来，数控技术教学遇到几大难题：（1）课堂教学难 教师在课堂上对着书本讲，学生看不见摸不着，如听天书。（2）实验教学难 由于市场没有适用教学的机床，教学中使用的都是生产型机床，这些机床体积大、造价高、使用和维护成本高，很多学校用不起，并且有的话，大多是老师演示、学生观看，很少有学生自己直接操作。所以设计小型教学用数控铣床是很有必要的。 1.2本课题的主要设计任务 本课题在分析了解数控铣床性能和特点的基础上，通过测绘，了解数控铣床的总体布局情况以及各部件的装配情况，完成数控铣床的总体结构、主轴箱部件结构、进给系统等的设计，进行主轴、轴承、丝杠的校核与计算，利用三维设计软件完成造型设计。 2 数控铣床概述 数控铣床是一种用途十分广泛的机床，主要用于高精度要求、轮廓形状较复杂的平面、曲面及壳体类零件的加工。同时可进行钻、扩、锪、铰、螺纹切削、镗孔等加工。加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上产生和发展起来的[1]。使用数控机床时，首先要将被加工零件图纸的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序; 然后将加工程序输入到数控装置，按照程序的要求，经过数控系统信息处理、 分配，使各坐标移动若干个最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的加工[2]。 2.1数控铣床基本构成 1）主机

　即铣床机械结构，通常由床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台等机床基础件以及主传动机构、进给系统等组成。它是整台铣床的基础和框架。 2）控制部分（CNC装置）

　包括专用计算机、显示器、键盘、输入输出装置等，其为数控铣床的控制核心。 3）驱动装置。 4）辅助装置

　冷却、润滑等辅助装置。 3 数控铣床的总体设计 3.1数控铣床的测绘 （1）主轴的拆卸 1）擦拭主轴外部，拧开后端盖上螺钉，卸下后端盖。 2）拧下圆螺母，将圆螺母清洗干净放好。 3）将主轴横放，拧下主轴套筒上螺钉，缓缓取出主轴套筒。 4）拆卸前端法兰。 5）将主轴上剩下轴承、挡圈、隔套等一一拆卸，过程要轻缓，不能太用力，并将卸下零件按顺序放好。其爆炸图如图1所示： （2）进给系统的拆卸 1）检查整个丝杠部分有无杂物，有则清除之，同时清理灰尘 2）拆下工作台与托板。 3）拧开轴承座和电机座上螺钉，取下收好螺钉，然后将丝杠传动部分取下放在方便操作位置，同时注意收拾好电机座下的两个垫板。 4）拆下轴承座，卸下卡簧，取出轴承座端的轴承，。

　5）拧开电机座中轴承端盖上的螺钉，拆下轴承端盖，然后依次卸下电机座中的第一个轴承，大小挡圈和第二个轴承，再取下电机座。 6）卸下活灵座及相关部件，将丝杠放置好，拆开活灵座上各个部件。至此，X轴丝杠拆卸完成，其爆炸图如图2所示：

　 1后端盖

　2带轮

　3圆螺母

　4后轴承

　5主轴套筒

　6主轴 7前轴承

　8轴承挡圈

　9前轴承

　10法兰

　11螺钉

　图1 主轴爆炸图 1伺服电机 2电机座 3联轴器 4前轴承座 5底座 6前轴承 7丝 杠8轴承盖 9—滑块 10—丝杠螺母座 11丝杠螺母 12托板 13— 后轴承座 14后轴承 15丝杠16工作台17挡圈 18圆螺母 图2 进给机构爆炸图

　3.2数控铣床的总布局 因为设计为小型教学用铣床，尺寸不大，精度不高，并且节约空间与成本，所以设计中铣床采用的布局形式为立式铣床形式，工作台X、Y轴是十字滑块结构，主轴在Z轴方向上移动。结构如图3。 本机床可以实现X轴、Y轴和Z轴三坐标联动，X轴、Y轴的进给是通过伺服电机带动滚珠丝杠，滚珠丝杠又与螺母传动来实现。步进电机与丝杠的连接可以通过联轴器来实现。在传动过程中 ，电动机带动丝杠做旋转运动，螺母沿导轨做水平移动，从而带动工作台运动。Z轴的进给也是通过伺服电动机带动丝杠，丝杠又与Z轴螺母传动来实现。主轴套与Z轴螺母相连 ，在传动过程中，电动机带动丝杠做旋转运动，螺母沿导轨做上下移动，从而带动主轴做上下运动。主传动是三相异步电动机与主轴通过同步齿形带传动。

　图3 数控铣床结构总图

　图4 主轴结构图

　4 数控铣床主传动设计 4.1主轴驱动及其控制 1）通过铣削力的计算选择电动机功率为=0.75，型号：JW7122型 2） 本设计采用同步齿形带传动。计算选择同步带型号为250L75。带轮数据为：Z=18，d=54.60mm，da=53.81mm 4.2主轴组件设计 主轴组件是机床的一个重要组成部分，如图4所示。主轴组件由主轴、轴承、传动件（如齿轮、带轮）和固定件（如螺母）等组成[3]。 1）确定主轴主要参数，经计算得：主轴最小轴颈d1=20mm，主轴内孔直径d=15mm，主轴悬伸量a=54mm，主轴支承跨距L=210mm。 2）经过主轴的刚度校核，满足条件。 3）对于轴承，选用滚动轴承就可满足要求，因主轴垂直放置，轴承将受到轴向力，另外由于铣削力的存在，会给主轴一径向力，但力都不大，所以轴承选用两个60°角接触球轴承。 5 数控铣床进给系统设计 滚珠丝杠螺母机构是回转运动和直线运动相互转换的传动装置，是数控机床伺服进给系统中使用最为广泛的传动装置，在丝杠和螺母上分别加工出圆弧形螺旋槽，这两个圆弧形槽合起来比便形成了螺旋滚道，在滚道内装入滚珠。当丝杠相对螺母旋转时，滚珠在螺旋滚道内滚动，迫使二者发生轴向相对位移。其具有滚动摩擦因数小，传动效率高，动作灵敏，磨损小，精度保持性好，运动平稳性好。 1）丝杠计算与选型

　选取 JCS-WCM 系列精密微型滚珠丝杠副，选取型号为 WCM 1605-2.5 滚珠丝杠，额定动载荷 C a =6663N ，公称直径 d 0=16mm，导程 P h=5mm，丝杠外径d=15.5mm，螺纹底径d1=12.1mm。材料为 CrWMn，d = 39mm，R C = 217N/µm，循环圈数：2.5×1。 2）对于数控铣床的进给系统，要求可以实现微量进给，对于运动的灵敏度要求也很高，因此对于X、Y方向进给系统采用滚动导轨。Z轴选用燕尾形截面导轨。 3）伺服电机的选择是根据负载来定的，而电机轴上的负载主要有2种：负载扭矩和负载惯量。由额定转矩和转动惯量条件计算选择电机型号为：TSB07301C-2NT3 4）伺服进给系统的联轴器选用挠性联轴器。挠性联轴器消除了由电动机轴与丝杠之间的同轴度误差引起的憋劲现象[4]。 6 UG三维建模 零件建模主要包括单个零件的建模和零部件的装配[5]。图5是UG建模的效果图，主轴的装配a， X轴进给装配b，Z轴进给装配c和数控铣床的总装配模型d。

　a

　 b

　 c

　 d 图5 数控铣床三维装配图