1、河南理工大学毕业设计（论文）I摘要数控技术的应用已成为制造业发展的支柱技术，数控机床将会在制造业中发挥具足轻重的作用。轴承保持架是轴承中主要的设备，在工业中有着重要的作用。轴承保持架的制造技术对工业的发展有着重大的影响，专用数控轴承保持架钻床是为轴承行业开发的一种高效率、高精度、高自动化，数字化机床加工设备，能制造现在各行业所需要的各种高精度，高要求的轴承保持架。本设计主要设计专用数控轴承保持架钻床的主轴箱体、床身和滑台。通过本次设计并与相关组件相结合，可获得全新型的数控轴承保持架钻床。新型数控钻床的成功应用可实现缩短制造周期，提高制造质量，提高企业的技术创新能力和市场竞争力的目的。本文针对专
2、用数控保持架钻床的特殊要求，重点设计主轴箱、床身、滑台。它们是机床的重要组成部件，其结构是否合理，强度、精度等是否能达到要求，直接影响所加工零件的质量，以及机床自身的可靠性和震动性等个多方面，甚至造成人身和设备事故。在设计过程中，主要考虑机床承载的弯扭力矩、精度、粗糙度、强度、要求、工艺要求等。关键词：专用数控轴承保持架钻床 床身 滑台 精度 粗糙度河南理工大学毕业设计（论文）IIAnstractCNC technology has become the backbone technology of manufacturing development,CNC machine tool will
3、 play a pivotal role in manufacturing industry.The bearing cage in Bearing is the main equipment,it plays an important role in the industry.The manufacturing technology of Bearing cage a have a significant impact to industrial development,Special CNC drilling machine for bearing cage developed a hig
4、h efficiency,high precision and high automation,digital processing machine tools equipment for bearing industry.It can create a variety of precision required,demanding bearing cage for the industry.This article specifically designed of CNC drilling machine of spindle bearing cage box,bed and sliding
5、.This design combined with the related components,Availability of a new type of CNC drilling machine bearing retainer.The successful application of new type of CNC drilling machine to shorten the manufacturing cycle can be achieved,improve manufacturing quality,and improving the technological innova
6、tion capability and market competitiveness purposes.This article main design headstock bed,sliderv of CNC drilling machine of spindle bearing,They are important components of machine tools,Its structure is reasonable,strength,precision is required toachieve a direct impact on the quality of machinin
7、gparts,and machine reliability and vibration resistance itself in many areas,and enven caused personal injury and equipment accidents.The machine of the bending load torque,accuracy,roughness,strength requirements,process requirements should be considered in the design.河南理工大学毕业设计（论文）IIIKey word:Spec
8、ial CNC Drilling Bearing Cage bed slide Precision roughness 目录摘要 .IAnstractII目录 III第 1 章 绪论 11.1 数控机床业的发展状况及趋势 11.1.1 国外数控技术的发展状况及趋势 .11.1.2 国内数控机床的发展状况 .21.1.3 国内数控机床业存在的问题 .41.2 数控机床概述 61.2.1 机床结构 .61.2.2 数控机床的工作原理 .81.2.3 数控机床的特点 .81.3 专用数控轴承保持架钻床概述 9河南理工大学毕业设计（论文）IV1.3.1 轴承保持架制造概述 .91.3.2 专用数控轴承
9、保持架钻床概况 .11第 2 章 专用数控钻镗床机架的设计 122.1 专用数控钻镗床的机架 122.1.1 专用数控钻镗床机架的简介 .122.1.2 机架设计的准则和要求 .122.2 机架的常用材料及热处理 142.2.1 机架常用材料 .142.2.2 机架的热处理 .142.3 机架的截面形状、肋的布置 142.3.2 机架的截面形状 .142.3.3 肋的布置 .162.4 铸造金属机架的结构设计 182.4.1 铸造机架的壁厚及肋 .182.4.2 机架的连接结构设计 .192.4.3 铸造机架结构设计的工艺性 .19第 3 章 滑台的设计 213.1 滑台的概述 213.2 导
10、轨的概述 213.3 滚动导轨 223.3.1 滚动导轨的类型、特点及应用 .22河南理工大学毕业设计（论文）V3.3.2 滚动直线导轨副 .233.4 滑动导轨 253.4.1 滑动导轨的截面形状 .253.4.2 滑动导轨尺寸 .263.4.3 导轨间隙调整装置 .263.4.4 滑动导轨压强的计算 .273.4.5 导轨材料与热处理 .283.4.6 导轨的技术要求 .303.4.7 滑动导轨的润滑和防护 .313.5 滚珠丝杠螺母副的设计 323.5.1 滚珠丝杠螺母副的工作原理和特点 .323.5.2 结构形式与轴向间隙的调整方法 .333.5.3 滚珠丝杠螺母副的主要尺寸、精度等级
11、和标注方法 .353.5.4 支撑、连接与保护 .37第 4 章 结束语 40致谢 42参考文献 43河南理工大学毕业设计（论文）6第 1 章 绪论1.1 数控机床业的发展状况及趋势1.1.1 国外数控技术的发展状况及趋势数控机床涌现至今已有 60 年，随着科技特别是随着微电子、计算机技术的前进而不断发展。美、德、日三国是当今世界上在数控科研、设计、制作、应用领域技巧最先进，经验最多的国家。美国的特点是政府器重机床工业，美国国防部等部门不断提出机床的发展方向、科研任务和供给充分的经费，特别讲究“效率”和“创新” ，重视基础科研。因而在机床技巧上不断创新，如 1952年研制降生第一台数控机床、1
12、958 年创制出加工中心、70 年代初研制成fms、1987 年开创开放式数控系统等。由于美国起先充分发展了大批生产自动化所需的主动线，而且电子和计算机技术在世界领先，因此为数控机床设计的主机设计、制作及数控系统打下扎实基础，又因一贯器重科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界上也一直领先。当今美国不仅生产宇航等应用的高性能数控机床，也为中小型生产便宜使用的数控机床（如 haas fadal 公司等） 。德国一直将机床工业放在重要的战略地位，在多方面给予大力扶植，于 1956 年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合
13、作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件的先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列，如西门子公司的数控系统和 heidenhain 公司之精密光栅均为世界驰名，竞相采用。日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，河南理工大学毕业设计（论文）7甚至青出于蓝而胜于蓝。自 1958 年研制出第一台数控机床后，1
14、978 年产量( 7342 台) 超过美国 ( 5688 台) ，至今其产量、出口量一直居世界首位（2001 年产量 46604 台，出口 27409 台，占 59%） 。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占领世界广大市场。在上世纪 80 年开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。在策略上，起先通过学习美国全面质量管理（tqc),变为职工自觉群体运动。加速发展电子和计算机技术，为发展机电一体化的数控机床开道。日本在发展数控机床的过程中，狠抓要害，突出发展数控系统。日本 fanuc 公司战略正确，仿创联合，针对性地发展市场合需各种低中高级数控系统，在技巧上领先，在产量上居
15、世界第一。该公司现有职工 3674 人，科研人员超过 600 人，月产能力 7000 套，销售额在世界市场上占 50%，在国内外约占 70%，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大增进作用。数控机床是集计算机、微电子、信息、传感、测试、机械制造技术为一体的高度机电一体化的产品，包括数控金属切削机床、锻压机床、铸造机械、木工机床等彀其相关配套件。目前，数控机床主要指的是那些由主机、数控系统和相关配套件组成的金属切削机床和锻压机床。1.1.2 国内数控机床的发展状况我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术， “七五”期间组织消化吸收“科技攻关” ，我国数控技术和数 控
16、产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004 年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为 39.3% 34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从 2002 年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国。据统计，目前我国可供市场的数控机床有1500 种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广，可与日本、德国、美国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。 国家统计局数据显示，2011 年我国机械工业累计实现工业总产值 16.89 万亿元，同比增长 25.06%。全年实现利润总额 12013 亿元，
17、同比增长 21.14%。在列入快报统计的 120 种主要机械产品中，102 种产品的产量实现河南理工大学毕业设计（论文）8同比增长。其中数控机床产量 25.71 万台，比上年增长 20.6%，产量首次超过25 万台，创下历史新高。数控机床增速高于普通机床增速 5 个百分点左右。数控机床在保持较快增长的同时，产业结构调整有序展开并明显提速，突出表现之一就是依靠自主创新，使得技术产品向高端升级步伐加快，通过国家相关计划的支持，创造了一批具有自主知识产权的研究成果和核心技术。取得了很多令人瞩目的成绩。近年来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务。如国产 XNZD24
18、15 型数控龙门混联机床充分吸取并联机床的配置灵活与多样性和传统机床加工范围大的优点，通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门，在并联平台上附加两自由度串联结构的 A、C 轴摆角铣头，配以工作台的纵向移动，可完成五自由度的运动。该构型为国际首创。基于 RT 一 Linux 开发的数控系统具有的实时性和可靠性，能在同一网络中与多台 PLC 相连接，可控制机床的五轴联动，实现人机对话。该机床的作业空间4.5mx1.6mx1.2m，A 轴转角1050,C 轴连续转角 0 一 4000，主轴转速(无级)最高 10000r/min，重复定位精度0.01mm，可实现三维立体曲面如水轮机叶片，导叶的五轴联
19、动高速切削加工。 超精密球面车床为陀螺仪的加工提供了基础设备，这类车床也可用于透镜模具、照相机塑料镜片、条型码阅读设备、激光加工机光路系统用聚焦反射镜等产品的加工。 高速五轴龙门铣床采用铣头内油雾润滑冷却、横梁预应力反变形控制等技术。这类铣床可用于航空、航天、造船、水泵叶片、高档模具等的加工。 SSCKZ80 一 5 型五轴车铣复合加工中心可满足航天、航空、船舶及铁路运输业对高精度、高刚度、形状复杂的大型回转体零件加工的要求，如飞机发动机主轴、起落架的加工，船舶发动机活塞、增压器蜗杆差速换向器及螺旋叶片的加工等。TW250 型高速、高效车削中心采取双主轴对置结构，两个刀架分别位于主轴轴线上下方
20、，控制轴数 8 个，可实现 4 轴联动。装有 12 位伺服驱动双向动力刀台的上下刀架可对任一主轴进行 2 轴或 4 轴加工。该机床采用模块化设计技术，河南理工大学毕业设计（论文）9可根据用户的不同要求派生为双刀架双主轴、单刀架双主轴、双刀架单主轴、等车削中心或数控车床。 MJ 一 860DT 型双刀架四轴对置式数控车床是一种大规格、重载荷、高刚度、多轴控制的数控车床，适合兵器、航天航空制造业对大型工件(如高强度耐热钛镍合金钢类零件)进行中低转速下的强力切削，也适宜冶金、机车、造纸机械等行业对大型工件特别是长轴类零件进行高效、强力车削时采用。 目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床
21、。同时，我国也已进入世界高速数控机床和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在 800010000r/min 以上的数控机床。我国数控机床行业近年来大力推广应用 CAD 等技术，很多企业已开始和计划实施应用ERP、MRPII 和电子商务。1.1.3 国内数控机床业存在的问题（一）数控化水平低 与发达国家相比，我国机床数控化率不高，目前生产产值数控化率还不到30%；消费值数控化率还不到 50% ，而发达国家大多在 70%左右。高档次数控机床及配套部件还只能依靠进口。国产数控车床到 2000 年可供品种 700 多种。接近数控机床品种的 50%，其中占产量 50%的是经济
22、型数控车床。最高转速一般在 2000 r/min，个别转速达 8000 r/min，坐标定位精度一般为 0. 01mm，重复定位精度在 0. 005mm，工作精度圆度在 0. 01 0. 005mm 之间，表面粗糙在Ra0. 81. 6m。 ，我国大型高性能超精机床每年生产不足千台，仅占国产机床总量和总价值的 15%-25%,不到德国或日本的 1/20。国外卧式加工中心都装有机床精度及温度补偿系统，加工精度比较稳定，而国内尚在研发中;国外加工中心定位精度基本上按德国标准 VDI3441 验收，行程 1000mm 以下，定位精度可控制在 000600lmm 以内，而国内定位精度相对较低。 （二）
23、产品水平不高 首先是精度普遍不够高，对国产加工中心刀库机械手、数控车床刀架，用河南理工大学毕业设计（论文）10户不放心，定位精度，特别是重复定位精度也有待提高。只有少数产品达到欧洲标准定位精度；其次，高精度、静刚度主机结构和整机性能开发有差距；再次，产品在主轴转速，快移速度、换刀速度、加速度等机床性能指标上与国外有较大差距。国外滚珠丝杠副驱动的高速加工中心快速进给速度大多在40m/min 以上，最高已达到 90m/min，直线电机驱动的加工中心最高达到120m/min;而国内加工中心快速进给大多在 30m/min 左右，个别达到 60m/min，直线电机驱动的加工中心也仅试制出样品。国外高速加
24、工中心主轴转速一般都在 1200025000r/min，最高已达到 70000r/min,在结构上都采用适应于高速加工要求的独特箱中箱结构或龙门式结构。最后，可靠性有待提高。国产数控系统最常平均无故障时间（MTBF ）大都可超过 1 万 h，但国际上先进企业数控系统MTBF 已达 8 万 h。国产数控车床、加工中心 MTBF 虽有少数厂达 500h，但国际上先进水平已达 800h。至于外观、漏油等老问题仍与工业发达国家产品有差距。 （三）功能部件发展的问题 数控功能部件是指数控系统、主轴单元、数控刀架和转台、滚珠丝杠副和 滚动直线导轨副、刀库和机械手、高速防护装置等。功能部件技术水平的高低、性
25、能的优劣及整体的社会配套水平，直接决定和影响数控机床整机的技术水平和性能，也制约着主机的发展速度。相对数控机床主机来说，我国功能部件生产企业的发展更显滞后。但功能部件不仅决定着机床的整机性能，还占到整机成本的 60%左右，其发展状况直接关系到机床的竞争力水平。国产功能部件产品档次不高，且形不成规模，造价相对并不低，采用进口功能部件价格昂贵，从而使整机价格攀升，国产数控机床的价格优势丧失殆尽，同等水平的数控机床，其价格与一些国家和地区的产品趋于持平。目前，国产数控机床大量选购境外功能部件，一面是由于国内还没有形成社会配套的能力，产品质量和水平上存在着一定差距；另一方面是主机厂应用户要求,而选用指
26、定外国公司的功能部件。 （四）核心技术严重缺乏 统计数据表明，数控机床的核心技术数控系统，由显示器、控制器伺服、伺河南理工大学毕业设计（论文）11服电机和各种开关、传感器构成，中国 90%需要国外进口。如在上海设厂的德国吉特迈集团和意大利利雅路机床集团，在烟台建厂的韩国大宇综合机械株式会社，所有的核心技术都被外方掌握。国内能做的中、高端数控机床，更多处于组装和制造环节，普遍未掌握核心技术。国产数控机床的关键零部件和关键技术主要依赖进口，国内真正大而强的企业并不多。目前世界最大的 3 家厂商是：日本发那 客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内有华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。华中数控近几年发展迅速，软件水平相当不错，但在电器硬件方面还需进一步提高。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。数控功能部件是另外一个薄弱环节。 （五）应用技术方面的差距 国外已经普及的远程服务技术,我国尚待开发，如交钥匙工程从机床选择、工艺装备（刀、夹、附、检具）配置与提供到切削用量的确定。国内的高速机床，普遍不能做硬切削、干切削表演，高速切削机理及切削数据库的研究我国近乎空白，我国尚不能提供高速切削软件包等。产品的可操作性、外观、内在质量方面也与工业发达国家相比的有很大差距。
