数控铣床毕业设计.doc

1、中北大学毕业设计第 1 页 共 20 页第一章引言 11.1 数控铣床简介 21.2 数控铣床的分类 21.4 数控龙门铣床简介 8第二章数控系统 10第三章传动系统设计 102.1 电动机 102.2 三联滑移齿轮齿数确定 112.3 各轴的设计 112.3.1 各轴最低转速 112.3.2 各轴输入功率 122.3.3 各轴扭矩 122.3.4 各轴最小直径的计算及设计 12第四章主轴轴向进给机构设计 134.1 操作手柄进给机构设计 134.2 箱体的作用 13第五章铣床轴承 145.1 轴承的用途 145.2 轴承的选用 145.3 主轴轴向进给机构设计 16结论 18参考文献 19致

2、谢 20第一章 引言数控机床是典型的机电一体化产品，综合了精密机械、电子、电力拖动、自动控制、自动检测、故障诊断和计算机方面的技术。数控机床的高效率及高柔性决定了大力推广使用数控机床是我国制造业，提高制造能力和水平，提高市场适应能力和竞争能力的必由之路。中北大学毕业设计第 2 页 共 20 页1.1 数控铣床简介数控铣床是机械和电子技术相结合的产物，它的机械结构电子控制技术在铣床上的普及应用，以及对铣床性能提出的技术要求而逐步发展变化。从数控铣床发展史看，早期的数控铣床是对普通铣床的进给系统进行革新，改造，而后逐步发展成一种全新的加工设备。1952 年，美国研制的世界上第一台三坐标数控铣床，其

3、特点是用三个数控伺服系统替代了传统的机械进给系统。早期的数控铣床同普通铣床相比除进给系统是数控伺服系外，外形和结构基本相同。国内现在生产的经济型数控铣床，就属于这种类型，因为这些产品是普通铣床的总体结构基础经局部改进而发展起来的。数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发

4、展的结果。现代的 CAD/CAM、制造技术，都是建立在数控技术之上的。1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6 年后，即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。1.2 数控铣床的分类一.数控铣床按布局形式和适用范围分，主要的有升降台铣床、龙门铣床、单柱铣床和单臂铣床、仪表铣床、工具铣床等。 升降台铣床有万能式、卧式和立式几

5、种，主要用于加工中小型零件，应用最广；龙门铣床包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床，均用于加工大型零件；单柱铣床的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进给；单臂铣床的立铣头可沿悬臂导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。单柱铣床和单中北大学毕业设计第 3 页 共 20 页臂铣床均用于加工大型零件。仪表铣床是一种小型的升降台铣床，用于加工仪器仪表和其他小型零件；工具铣床主要用于模具和工具制造，配有立铣头、万能角度工作台和插头等多种附件，还可进行钻削、镗削和插削等加工。其他铣床还有键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床等，它们都是为加工相应的工件而制造的专用铣床。 二.按其结构

6、分： (1)台式铣床：小型的用于铣削仪器、仪表等小型零件的铣床。 (2)龙门式铣床：床身水平布置，其两侧的立柱和连接梁构成门架的铣床。铣头装在横梁和立柱上，可沿其导轨移动。通常横梁可沿立柱导轨垂向移动，工作台可沿床身导轨纵向移动。用于大件加工。 (3)平面铣床：用于铣削平面和成型面的铣床，床身水平布置，通常工作台沿床身导轨纵向移动，主轴可轴向移动。它结构简单，生产效率高。 (4)悬臂式铣床：铣头装在悬臂上的铣床，床身水平布置，悬臂通常可沿床身一侧立柱导轨作垂直移动，铣头沿悬臂导轨移动。 (5)仿形铣床：对工件进行仿形加工的铣床。一般用于加工复杂形状工件。 (6)摇臂铣床：摇臂装在床身顶部，铣头

7、装在摇臂一端，摇臂可在水平面内回转和移动，铣头能在摇臂的端面上回转一定角度的铣床。 (7)专用铣床：例如工具铣床：用于铣削工具模具的铣床，加工精度高，加工形状复杂。 (8)升降台铣床：具有可沿床身导轨垂直移动的升降台的铣床，通常安装在升降台上的工作台和滑鞍可分别作纵向、横向移动。1.2.1、数控（NC）阶段（19521970 年） 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路“搭“ 成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC） ，简称为数控（NC） 。随着元器件的发展，这个阶段历经了

8、三代，即 1952 年的第一代- 电子管；1959 年的第二代-晶体管；1965 年的第三代-小规模集成电路。 1.2.2、计算机数控（CNC）阶段（1970 年现在） 中北大学毕业设计第 4 页 共 20 页到 1970 年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的“ 通用 “两个字省略了） 。到 1971 年，美国 INTEL 公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件-运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR） ，又可称为中央处理单元（简称

9、 CPU） 。 到 1974 年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控） ，不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了 1990 年，PC 机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于 PC的阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代。即 1970 年的第四代-小型计算机；1974 年的第五代-微处理器和 1

10、990 年的第六代- 基于 PC（国外称为 PC-BASED） 。 还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即 CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC） 。所以我们日常讲的“数控“ ，实质上已是指“计算机数控“ 了。 1.3、数控未来发展的趋势 1、 机 床 的 高 速 化随 着 汽 车 、 航 空 航 天 等 工 业 轻 合 金 材 料 的 广 泛 应 用 ， 高 速 加 工 已 成 为 制造 技 术 的 重 要 发 展 趋 势 。 高 速 加 工 具 有 缩 短 加 工 时 间 、 提 高 加 工 精 度 和 表 面质 量 等 优 点 ， 在 模 具 制 造 等 领 域 的 应 用 也

11、日 益 广 泛 。 机 床 的 高 速 化 需 要 新 的数 控 系 统 、 高 速 电 主 轴 和 高 速 伺 服 进 给 驱 动 ， 以 及 机 床 结 构 的 优 化 和 轻 量 化 。高 速 加 工 不 仅 是 设 备 本 身 ， 而 是 机 床 、 刀 具 、 刀 柄 、 夹 具 和 数 控 编 程 技 术 ，以 及 人 员 素 质 的 集 成 。 高 速 化 的 最 终 目 的 是 高 效 化 ， 机 床 仅 是 实 现 高 效 的 关键 之 一 ， 绝 非 全 部 ， 生 产 效 率 和 效 益 在 “刀 尖 ”上 。 2、 机 床 的 精 密 化中北大学毕业设计第 5 页 共

12、20 页按 照 加 工 精 度 ， 机 床 可 分 为 普 通 机 床 、 精 密 机 床 和 超 精 机 床 ， 加 工 精 度大 约 每 8 年 提 高 一 倍 。 数 控 机 床 的 定 位 精 度 即 将 告 别 微 米 时 代 而 进 入 亚 微米 时 代 ， 超 精 密 数 控 机 床 正 在 向 纳 米 进 军 。 在 未 来 10 年 ， 精 密 化 与 高 速 化 、智 能 化 和 微 型 化 汇 合 而 成 新 一 代 机 床 。 机 床 的 精 密 化 不 仅 是 汽 车 、 电 子 、 医疗 器 械 等 工 业 的 迫 切 需 求 ， 还 直 接 关 系 到 航 空 航

13、 天 、 导 弹 卫 星 、 新 型 武 器 等国 防 工 业 的 现 代 化 。 3、 从 工 序 复 合 到 完 整 加 工70 年 代 出 现 的 加 工 中 心 开 多 工 序 集 成 之 先 河 ， 现 已 发 展 到 完 整 加 工 ， 即在 一 台 机 床 上 完 成 复 杂 零 件 的 全 部 加 工 工 序 。 完 整 加 工 通 过 工 艺 过 程 集 成 ，一 次 装 卡 就 把 一 个 零 件 加 工 过 程 全 部 完 成 。 由 于 减 少 装 卡 次 数 ， 提 高 了 加 工精 度 ， 易 于 保 证 过 程 的 高 可 靠 性 和 实 现 零 缺 陷 生 产

14、。 此 外 ， 完 整 加 工 缩 短 了加 工 过 程 链 和 辅 助 时 间 ， 减 少 了 机 床 台 数 ， 简 化 了 物 料 流 ， 提 高 了 生 产 设 备的 柔 性 ， 生 产 总 占 地 面 积 小 ， 使 投 资 更 加 有 效 。 4、 机 床 的 信 息 化机 床 信 息 化 的 典 型 案 例 是 Mazak410H， 该 机 床 配 备 有 信 息 塔 ， 实 现 了工 作 地 的 自 主 管 理 。 信 息 塔 具 有 语 音 、 文 本 和 视 像 等 通 讯 功 能 。 与 生 产 计 划调 度 系 统 联 网 ， 下 载 工 作 指 令 和 加 工 程 序

15、 。 工 件 试 切 时 ， 可 在 屏 幕 上 观 察 加工 过 程 。 信 息 塔 实 时 反 映 机 床 工 作 状 态 和 加 工 进 度 ， 并 可 以 通 过 手 机 查 询 。信 息 塔 同 时 进 行 工 作 地 数 据 统 计 分 析 和 刀 具 寿 命 管 理 ， 以 及 故 障 报 警 显 示 、在 线 帮 助 排 除 。 机 床 操 作 权 限 需 经 指 纹 确 认 。 5、 机 床 的 智 能 化 -测 量 、 监 控 和 补 偿机 床 智 能 化 包 括 在 线 测 量 、 监 控 和 补 偿 。 数 控 机 床 的 位 置 检 测 及 其 闭 环控 制 就 是

16、简 单 的 应 用 案 例 。 为 了 进 一 步 提 高 加 工 精 度 ， 机 床 的 圆 周 运 动 精 度和 刀 头 点 的 空 间 位 置 ， 可 以 通 过 球 杆 仪 和 激 光 测 量 后 ， 输 入 数 控 系 统 加 以 补偿 。 未 来 的 数 控 机 床 将 会 配 备 各 种 微 型 传 感 器 ， 以 监 控 切 削 力 、 振 动 、 热 变形 等 所 产 生 的 误 差 ， 并 自 动 加 以 补 偿 或 调 整 机 床 工 作 状 态 ， 以 提 高 机 床 的 工作 精 度 和 稳 定 性 。 6、 机 床 的 微 型 化中北大学毕业设计第 6 页 共 20

17、 页随 着 纳 米 技 术 和 微 机 电 系 统 的 迅 速 进 展 ， 开 发 加 工 微 型 零 件 的 机 床 已 经提 到 日 程 上 来 了 。 微 型 机 床 同 时 具 有 高 速 和 精 密 的 特 点 ， 最 小 的 微 型 机 床 可以 放 在 掌 心 之 中 ， 一 个 微 型 工 厂 可 以 放 在 手 提 箱 中 。 操 作 者 通 过 手 柄 和 监 视屏 幕 控 制 整 个 工 厂 的 运 作 。 7、 新 的 并 联 机 构 原 理传 统 机 床 是 按 笛 卡 尔 坐 标 将 沿 3 个 坐 标 轴 线 的 移 动 X、 Y、 Z 和 绕 3个 坐 标 轴

18、线 转 动 A、 B、 C 依 次 串 联 叠 加 ， 形 成 所 需 的 刀 具 运 动 轨 迹 。 并 联运 动 机 床 是 采 用 各 种 类 型 的 杆 机 构 在 空 间 移 转 主 轴 部 件 ， 形 成 所 需 的 刀 具 运动 轨 迹 。 并 联 运 动 机 床 具 有 结 构 简 单 紧 凑 、 刚 度 高 、 动 态 性 能 好 等 一 系 列 优点 ， 应 用 前 景 广 阔 。 8、 新 的 工 艺 过 程除 了 金 属 切 削 和 锻 压 成 形 外 ， 新 的 加 工 工 艺 方 法 和 过 程 层 出 不 穷 ， 机 床的 概 念 正 在 变 化 。 激 光 加

19、工 领 域 日 益 扩 大 ， 除 激 光 切 割 、 激 光 焊 接 外 ， 激光 孔 加 工 、 激 光 三 维 加 工 、 激 光 热 处 理 、 激 光 直 接 金 属 制 造 等 应 用 日 益 广 泛 。电 加 工 、 超 声 波 加 工 、 叠 层 铣 削 、 快 速 成 型 技 术 、 三 维 打 印 技 术 各 显 神 通 。 9、 新 结 构 和 新 材 料机 床 高 速 化 和 精 密 化 要 求 机 床 的 结 构 简 化 和 轻 量 化 ， 以 减 少 机 床 部 件 运动 惯 量 对 加 工 精 度 的 负 面 影 响 ， 大 幅 度 提 高 机 床 的 动 态 性

20、 能 。 例 如 ， 借 助 有限 元 分 析 对 机 床 构 件 进 行 拓 扑 优 化 ， 设 计 箱 中 箱 结 构 ， 以 及 采 用 空 心 焊 接 结构 或 铅 合 金 材 料 已 经 开 始 从 实 验 室 走 向 实 用 。 10、 新 的 设 计 方 法 和 手 段我 国 机 床 设 计 和 开 发 手 段 要 尽 快 从 甩 图 板 的 二 维 CAD 向 三 维 CAD 过渡 。 三 维 建 模 和 仿 真 是 现 代 设 计 的 基 础 ， 是 企 业 技 术 优 势 的 源 泉 。 在 此 三 维设 计 基 础 上 进 行 CAD/CAM/CAE/PDM 的 集 成

21、， 加 快 新 产 品 的 开 发 速 度 ， 保证 新 产 品 的 顺 利 投 产 ， 并 逐 步 实 现 产 品 生 命 周 期 管 理 。 11、 直 接 驱 动 技 术在 传 统 机 床 中 ， 电 动 机 和 机 床 部 件 是 借 助 耦 合 元 件 ， 如 皮 带 、 齿 轮 和 联轴 节 等 加 以 连 接 ， 实 现 部 件 所 需 的 移 动 或 旋 转 ， 机 和 电 是 分 家 的 。 直 接 驱 动技 术 是 将 电 动 机 与 机 械 部 件 集 成 为 一 体 ， 成 为 机 电 一 体 化 的 功 能 部 件 ， 如 直中北大学毕业设计第 7 页 共 20 页线

22、 电 动 机 、 电 主 轴 、 电 滚 珠 丝 杆 和 力 矩 电 动 机 等 。 直 接 驱 动 技 术 简 化 了 机 床结 构 ， 提 高 了 机 床 的 刚 度 和 动 态 性 能 ， 运 动 速 度 和 加 工 精 度 。 12、 开 放 式 数 控 系 统数 控 系 统 的 开 放 是 大 势 所 趋 。 目 前 开 放 式 数 控 系 统 有 三 种 形 式 ： 1）全 开 放 系 统 ， 即 基 于 微 机 的 数 控 系 统 ， 以 微 机 作 为 平 台 ， 采 用 实 时 操 作 系 统 ，开 发 数 控 系 统 的 各 种 功 能 ， 通 过 伺 服 卡 传 送 数

23、据 ， 控 制 坐 标 轴 电 动 机 的 运 动 。2） 嵌 入 系 统 ， 即 CNC+PC， CNC 控 制 坐 标 轴 电 动 机 的 运 动 ， PC 作 为 人机 界 面 和 网 络 通 信 。 3） 融 合 系 统 ， 在 CNC 的 基 础 上 增 加 PC 主 板 ， 提 供键 盘 操 作 ， 提 高 人 机 界 面 功 能 ， 如 Siemens840Di 和 Fanuc210i。 13、 可 重 组 制 造 系 统随 着 产 品 更 新 换 代 速 度 的 加 快 ， 专 用 机 床 的 可 重 构 性 和 制 造 系 统 的 可 重组 性 日 益 重 要 。 通 过 数

24、 控 加 工 单 元 和 功 能 部 件 的 模 块 化 ， 可 以 对 制 造 系 统 进行 快 速 重 组 和 配 置 ， 以 适 应 变 型 产 品 的 生 产 需 要 。 机 械 、 电 气 和 电 子 、 液 和气 、 以 及 控 制 软 件 的 接 口 规 范 化 和 标 准 化 是 实 现 可 重 组 性 的 关 键 。 14、 虚 拟 机 床 和 虚 拟 制 造为 了 加 快 新 机 床 的 开 发 速 度 和 质 量 ， 在 设 计 阶 段 借 助 虚 拟 现 实 技 术 ， 可以 在 机 床 还 没 有 制 造 出 来 以 前 ， 就 能 够 评 价 机 床 设 计 的 正

25、 确 性 和 使 用 性 能 ，在 早 期 发 现 设 计 过 程 的 各 种 失 误 ， 减 少 损 失 ， 提 高 新 机 床 开 发 的 质 量 。 重 点 发 展 范 围 、 高 速 、 精 密 数 控 车 床 ， 车 削 中 心 类 及 四 轴 以 上 联 动 的 复 合 加 工 机 床 。主 要 满 足 航 天 、 航 空 、 仪 器 、 仪 表 、 电 子 信 息 和 生 物 工 程 等 产 业 的 需 要 。 、 高 速 、 高 精 度 数 控 铣 镗 床 及 高 速 、 高 精 度 立 卧 式 加 工 中 心 。 主 要 满足 汽 车 发 动 机 缸 体 缸 盖 及 航 天

26、航 空 、 高 新 技 术 等 行 业 大 型 复 杂 结 构 支 架 、 壳体 、 箱 体 、 轻 金 属 材 料 零 件 和 精 密 零 件 加 工 需 求 。 、 重 型 、 超 重 型 数 控 机 床 类 ： 数 控 落 地 铣 镗 床 、 重 型 数 控 龙 门 镗 铣 床和 龙 门 加 工 中 心 、 重 型 数 控 卧 式 车 床 及 立 式 车 床 ， 数 控 重 型 滚 齿 机 等 ， 该 类产 品 满 足 能 源 、 航 天 航 空 、 军 工 、 舰 船 主 机 制 造 、 重 型 机 械 制 造 、 大 型 模 具加 工 、 汽 轮 机 缸 体 等 行 业 零 件 加

27、工 需 求 。 中北大学毕业设计第 8 页 共 20 页 、 数 控 磨 床 类 ： 数 控 超 精 密 磨 床 、 高 速 高 精 度 曲 轴 磨 床 和 凸 轮 轴 磨 床 、各 类 高 精 高 速 专 用 磨 床 等 ， 满 足 精 密 超 精 密 加 工 需 求 。 、 数 控 电 加 工 机 床 类 ： 大 型 精 密 数 控 电 火 花 成 形 机 床 、 数 控 低 速 走 丝电 火 花 切 割 机 床 、 精 密 小 孔 电 加 工 机 床 等 ， 主 要 满 足 大 型 和 精 密 模 具 加 工 、精 密 零 件 加 工 、 锥 孔 或 异 型 孔 加 工 及 航 天 、

28、航 空 等 行 业 的 特 殊 需 求 。 、 数 控 金 属 成 形 机 床 类 （ 锻 压 设 备 ） ： 数 控 高 速 精 密 板 材 冲 压 设 备 、激 光 切 割 复 合 机 、 数 控 强 力 旋 压 机 等 ， 主 要 满 足 汽 车 、 摩 托 车 、 电 子 信 息 产业 、 家 电 等 行 业 板 金 批 量 高 效 生 产 需 求 及 汽 车 轮 毂 及 军 工 行 业 各 种 薄 壁 、 高强 度 、 高 精 度 回 转 型 零 件 加 工 需 求 。 、 数 控 专 用 机 床 及 生 产 线 ： 柔 性 加 工 自 动 生 产 线 （ ） 及 各 种 专 用 数

29、 控 机 床 ， 该 类 生 产 线 是 针 对 汽 车 、 家 电 等 行 业 加 工 缸体 、 缸 盖 、 变 速 箱 箱 体 等 及 多 品 种 变 批 量 壳 体 、 箱 体 类 零 件 加 工 需 求 。1.4 数控龙门铣床简介龙 门 铣 床龙门铣床是一种大型铣床，具有龙门式的框架适宜于加工大型工件上的平面和沟槽。通用的龙门铣床一般在龙门架上有 34 个铣头都是一个独立的主运动部件，其中包括单独的电动机、变速机构、传动机构、操纵机构及主轴等部分。铣头可分别在横梁或立柱上移动，用以作横向或垂直进给运动及调整运动。铣刀可沿铣头的主轴套移动，实现轴向进给运动。横梁可沿横梁作垂直调整运动。加

30、工时工作台带动工件作纵向进给运动，工件从铣刀下通过后，就加工出来。龙门铣床刚度高，可以用多个铣头，同时加工几个工件或表面。因此，龙门铣床的生产效率比较高。它特别适应于批量生产。近年来龙门加工中心和数控龙门镗铣床是能源、航空航天、船舶、机车车辆、军工、汽车、工程机械、重型机械、机床等行业不可缺少的重要工艺加工设备。尤其是配置双摆角铣头或多功能附件铣头的此类机床，可实现五轴联动或五面加工，完成各种复杂平面、曲面零件的高效率、高质量加工。由于目前市场需求较大，所以国内不少从不涉足龙门铣床的厂家也纷纷上阵，开发研制各种龙门加工中心和数控龙门镗铣龙门铣产品具有如下特点：中北大学毕业设计第 9 页 共 2

31、0 页（1）床身采用高强度铸铁浇注而成具有合理的结构和筋格布置，使机床具有很高的精度稳定性和刚性，确保加工精度持久不变。 （2）X、Y、Z 三个运动轴采用贴塑淬硬钢导轨，吸振性能好，可提高加工件的表面光洁度；刚性好，精度持久不变。X、 Y、Z 三运动轴采用滚珠丝杆驱动，最大限度地提高了定位精度与使用寿命。（3）整个机床采用模块型式，根据不同的用户有众多的低价位配置，特别适合私营企业的低成本，中档性能要求。（4）系统可选用法那克、三菱、西门子或国产的，基本配置为四轴联动，可扩尺到八轴五联动方式。铣 床 是 美 国 人 惠 特 尼 于 1818 年 创 制 的 卧 式 铣 床 ； 为 了 铣 削

32、麻 花 钻 头的 螺 旋 槽 ， 美 国 人 布 朗 于 1862 年 创 制 了 第 一 台 万 能 铣 床 ， 这 是 升 降 台 铣 床的 雏 形 ； 1884 年 前 后 又 出 现 了 龙 门 铣 床 ； 二 十 世 纪 20 年 代 出 现 了 半 自 动铣 床 ， 工 作 台 利 用 挡 块 可 完 成 “进 给 -决 速 ”或 “决 速 -进 给 ”的 自 动 转 换 。 具 有 门 式 框 架 和 卧 式 长 床 身 的 铣 床 。 龙 门 铣 床 加 工 精 度 和 生 产 率 均 较 高 ，适 合 在 成 批 和 大 量 生 产 中 加 工 大 型 工 件 的 平 面 和

33、 斜 面 。 数 控 龙 门 铣 床 还 可 加 工 空 间 曲 面 和 一 些 特 型 零 件 。 龙 门 铣 床 (见 图 )由 立 柱 和 顶 梁 构 成 门式 框 架 。 横 梁 可 沿 两 立 柱 导 轨 （ 见 机 床 导 轨 ） 作 升 降 运 动 。 横 梁 上 有1 2 个 带 垂 直 主 轴 的 铣 头 ， 可 沿 横 梁 导 轨 作 横 向 运 动 。 两 立 柱 上 还 可 分 别 安装 一 个 带 有 水 平 主 轴 的 铣 头 ， 它 可 沿 立 柱 导 轨 作 升 降 运 动 。 这 些 铣 头 可 同 时加 工 几 个 表 面 。 每 个 铣 头 都 具 有 单

34、 独 的 电 动 机 （ 功 率 最 大 可 达 150 千 瓦 ） 、变 速 机 构 、 操 纵 机 构 和 主 轴 部 件 （ 见 机 床 主 轴 ） 等 。 加 工 时 ， 工 件 安 装 在 工作 台 上 并 随 之 作 纵 向 进 给 运 动 （ 见 机 床 ） 。 大 型 龙 门 铣 床 （ 工 作 台 622米 ） 的 总 重 量 达 850 吨 。 龙 门 铣 床 还 有 一 些 变 型 以 适 应 不 同 的 加 工 对 象 。 龙 门 铣 镗 床 ： 横 梁 上 装 有 可 铣 可 镗 的 铣 镗 头 ， 其 主 轴 （ 套 筒 或 滑 枕 ） 能 作轴 向 机 动 进 给

35、 并 有 运 动 微 调 装 置 ,微 调 速 度 可 低 至 5 毫 米 /分 。 桥 式 龙 门铣 床 ： 加 工 时 工 作 台 和 工 件 不 动 ,而 由 龙 门 架 移 动 。 其 特 点 是 占 地 面 积 小 ，承 载 能 力 大 ， 龙 门 架 行 程 可 达 20 米 ， 便 于 加 工 特 长 或 特 重 的 工 件 外 形 与 龙 门 刨 床 相 似 ， 区 别 在 于 它 的 横 梁 和 立 柱 上 装 的 不 是 刨 刀 刀中北大学毕业设计第 10 页 共 20 页架 而 是 带 有 主 轴 箱 的 铣 刀 架 ， 并 且 龙 门 铣 床 的 纵 向 工 作 台 的

36、 往 复 运 动 不 是 主运 动 ， 而 是 进 给 运 动 ， 而 铣 刀 的 旋 转 运 动 是 主 运 动 。 在 龙 门 铣 床 上 可 以 用 多把 铣 刀 同 时 加 工 表 面 ， 所 以 生 产 效 率 比 较 高 ， 适 用 与 成 批 和 单 件 生 产 ， 用 以加 工 中 型 和 大 型 工 件 。第二章数控系统是 数 字 控 制 系 统 简 称 ， 英 文 名 称 为 Numerical Control System， 早 期 是 由硬 件 电 路 构 成 的 称 为 硬 件 数 控 （ Hard NC） ， 1970 年 代 以 后 ， 硬 件 电 路 元件 逐

37、步 由 专 用 的 计 算 机 代 替 称 为 计 算 机 数 控 系 统 。 计 算 机 数 控 （ Computerized numerical control,简 称 CNC） 系 统 是 用计 算 机 控 制 加 工 功 能 ， 实 现 数 值 控 制 的 系 统 。 CNC 系 统 根 据 计 算 机 存 储 器中 存 储 的 控 制 程 序 ， 执 行 部 分 或 全 部 数 值 控 制 功 能 ， 并 配 有 接 口 电 路 和 伺 服驱 动 装 置 的 专 用 计 算 机 系 统 。 CNC 系 统 由 数 控 程 序 、 输 入 装 置 、 输 出 装 置 、 计 算 机 数

38、 控 装 置 （ CNC装 置 ） 、 可 编 程 逻 辑 控 制 器 （ PLC） 、 主 轴 驱 动 装 置 和 进 给 （ 伺 服 ） 驱 动 装置 （ 包 括 检 测 装 置 ） 等 组 成 。 CNC 系 统 的 核 心 是 CNC 装 置 。 由 于 使 用 了 计 算 机 ， 系 统 具 有 了 软 件 功能 ， 又 用 PLC 代 替 了 传 统 的 机 床 电 器 逻 辑 控 制 装 置 ， 使 系 统 更 小 巧 ， 其 灵活 性 、 通 用 性 、 可 靠 性 更 好 ， 易 于 实 现 复 杂 的 数 控 功 能 ， 使 用 、 维 护 也 方 便 ，并 具 有 与 上

39、 位 机 连 接 及 进 行 远 程 通 信 的 功 能 。第三章 传动系统设计2.1 电动机电 动 机 ： 电 动 机 是 特 种 单 相 或 三 相 交 流 异 步 电 动 机 ， 具 有 高 启 动 力 矩 、 低 启动 电 流 和 较 小 的 转 动 惯 量 ， 因 而 有 较 好 的 伺 服 特 性 。 在 电 动 机 定 子 内 部 装 有热 敏 开 关 做 过 热 保 护 ， 当 电 动 机 出 现 异 常 过 热 （ 内 部 温 度 超 过 130 ） 时该 开 关 将 控 制 电 动 机 的 电 路 断 开 以 保 护 电 动 机 和 执 行 机 构 ， 当 电 动 机 冷

40、却 以后 开 关 恢 复 接 通 ， 电 路 恢 复 工 作 。 为 了 克 服 惯 性 惰 走 ， 调 节 型 电 动 执 行 机 构的 电 动 机 控 制 电 路 均 有 电 制 动 功 能 。中北大学毕业设计第 11 页 共 20 页2.2 三联滑移齿轮齿数确定采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的相邻两齿轮之间的齿数差应大于 4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。在这个变速组中，有三个传动副，其传动比分别是：i =1/1.41 i =1/1, i =1.41/1。按1a2a3ai=1.41， 1 查 机械制造装备设计 （主编陈立德）表 2.1 取 s =80，则可算

41、出三z个传动副的齿轮齿数为 i =33/47，i =40/40，i =47/33。需注意的是齿轮轴向1a2a3a布置要合理，否则会发生干涉。若采用窄式结构轴向间距最小。轴向长度L7b（ b 为齿轮宽度） 。三、双联滑移齿轮齿数确定在这个变速组中，有两个传动副，其传动比分别是：i =1/2.82, i =1/1。1a2a按 i=2.8，1 查 机械制造装备设计 （主编陈立德）表 2.1 取 s =118，则可算z出三个传动副的齿轮齿数为 i =31/87，i =59/59。需注意的是齿轮轴向布置要1a2a合理，否则会发生干涉。若采用窄式结构轴向间距最小。轴向长度 L4b（b 为齿轮宽度） 。四、

42、第级齿轮副的确定在这个变速组中，有一个传动副，传动比为 i =1/4，取 s =159 考虑总的1az传动误差，则小齿轮齿数为 31，大齿轮齿数为 128。2.3 各轴的设计2.3.1 各轴最低转速电机轴 0147/minnr轴轴 21/3/61i029/minirr轴 30947n.3n轴 4/./8i41/iirr轴 5120minn中北大学毕业设计第 12 页 共 20 页2.3.2 各轴输入功率轴 102.9721.8PKW轴 =21.780.990.97 =20.923 KW轴 = =345.0.0轴 679719.2P轴 3354891.2.87K2.3.3 各轴扭矩00/4701

43、2.9TPnNm1195521.84522/9/33007.36.2TPnNm4495/51/473.98.142.3.4 各轴最小直径的计算及设计一轴最小直径 ：1d（2-7）1310PAn(2-8)130950.2TPA式中：轴传递的功率1材料的许用扭转切应力T312.78029.4710dm考虑该轴截面上有一个键槽，轴径应扩大 7%, 故中北大学毕业设计第 13 页 共 20 页=29.471.07=31.5 。电机轴径为 为减小空间，提高轴的弯曲强度，1dm48m直接把电机轴作为第一根轴。电机轴上开有 C 型键槽，键规格为：C1232 GB/T 1096-1979，轴端用轴端挡圈定位。

44、第四章 主轴轴向进给机构设计主轴轴向进给机构工作原理：首先扳动前面板上的长六角螺母，依靠压缩弹簧回复力松开夹紧楔块，然后旋转手轮通过一对圆锥齿轮转动小 T 型丝杠使固定在主轴套上的螺母直线移动，带动主轴套伸出或退回。调整完毕应夹紧楔块，阻止主轴套转动或轴向移动，以达到固定主轴的目的。4.1 操作手柄进给机构设计龙门铣床立铣头主轴箱有六级变速，此设计采用机械式变速机构，通过齿轮齿条机构分别带动三联滑移齿轮拨叉和双联滑移齿轮拨叉来实现调档变速。图 2-8 操作手柄进给机构4.2 箱体的作用龙门刨床是利用工作台的往复直线运动和刨刀的横向垂直进给运动来实现对工件的切削加工 它是一种可细长平面和进行沟槽

45、加工的大型机械用来加工大平面变速箱体是用于安装变速、起停、换向、制动、润滑和操纵等各种装置，并保持这些装置之间具有准确的相对位置，防止润滑外流和灰尘、污物浸入的中北大学毕业设计第 14 页 共 20 页壳形零件。其特点是结构比较复杂，尺寸比较大 5。变速箱内传动轴的布置应充分考虑安装、调整、维修、散热等因素，按空间三角分布，并根据运动的性能、标准零部件尺寸及机床的形式合理确定各传动轴位置（如图 2-9 所示） 3。变速箱体应具有足够的精度和刚度；有良好的散热性和密封性；具有美观大方且与总体布局细条一致的外型；具有良好的工艺性，便于铸造、加工和装配 5。设计中，首先确定电机轴中心，以方便结构设计

46、。在三维造型时，主轴箱外形轮廓尺寸 均大于 500mm，根据机械设计手册第三册相关部分，HBL并在参考同类型机床后，采用变速箱体的最小壁厚为 25mm5。箱体的截面形状一般为矩形。提高箱体刚度的有效方法是提高箱壁直接受载荷处的刚度。常用的方法是在孔加工出加“脐子”和筋。箱盖最好采用螺钉紧固，可以提高箱体的刚度 5。第五章 铣床轴承5.1 轴承的用途滚动轴承简称轴承，是机械工业和民用器具使用广泛、要求严格的配套基础件，被人们称为机械的关节。可以说只要有转动的地方就有轴承，由于使用范围广泛，决定了轴承品种的多样性和复杂性。由于要求严，决定了轴承质量和性能的重要性。5.2 轴承的选用确定轴承尺寸参数

47、; 在许多场合，轴承的内孔尺寸已经由机器或装置的结构具体所限定。不论工作寿命，静负荷安全系数和经济性是否都达到要求，在最终选定轴承其余尺寸和结构形式之前，都必须经过尺寸演算。该演算包括将轴承实际载荷跟其载荷能力进行比较。滚动轴承的静负荷是指轴承加载后是静止的（内外圈间无相对运动）或旋转速度非常低。在这种情况下，演算滚道和滚动体过量塑性变形的安全系数。大部分轴承受动负荷，内外圈做相对运动，尺寸演算校核滚道和滚动体早期疲劳损坏安全系数。只有在特殊情况时，才根据 DIN ISO 281 对实际可达到的工作寿命做名义寿命演算。对注重经济性能的设计来说，要尽可能充中北大学毕业设计第 15 页 共 20

48、页分的利用轴承的承载能力。要想越充分的利用轴承，那么对轴承尺寸选用的演算精确性就越重要。静负荷轴承计算静负荷安全系数 Fs 有助于确定所选轴承是否具有足够的额定静负荷。 FS =CO/PO 其中 FS 静负荷安全系数，CO 额定静负荷KN ，PO 当量静负荷KN 静负荷安全系数 FS 是防止滚动零件接触区出现永久性变形的安全系数。对于必须平稳运转、噪音特低的轴承，就要求 FS 的数值高；只要求中等运转噪声的场合，可选用小一些的 FS；一般推荐采用下列数值： FS=1.52.5 适用于低噪音等级 FS=1.01.5 适用于常规噪音等级 FS=0.71.0 适用于中等噪音等级额定静负荷 COKN已

49、在表中为每一品种规格的轴承列出。该负荷（对向心轴承来说是径向力，对推力轴承而言则是轴向力） ，在滚动体和滚道接触区域的中心产生的理论压强为： -4600 N/MM2 自调心球轴承 -4200 N/MM2 其它类型球轴承 -4000 N/MM2 所有滚子轴承在额定静负荷 CO 的作用下，在滚动体和滚道接触区的最大承载部位，所产生的总塑性变形量约为滚动体直径的万分之一。当量静负荷 POKN是一个理论值，对向心轴承而言是径向力，对推力轴承来讲是轴向和向心力。PO 在滚动体和滚道的最大承载接触区域中心所产生的应力，与实际负荷组合所产生得应力相同。 PO=XO*F r+Ys*FaKN 其中 PO 当量静负荷，Fr 径向负荷，Fa 轴向负荷，单位都是千牛顿， XO 径向系数，YO 轴向系数动负荷轴承DIN ISO 281 所规定的动负荷轴承计算标准方法的基础是材料疲劳失效（出现凹坑） ，寿命计算公式为： L10=L=(C/P)P 106 转 其中 L10=L 名义额定寿命 106 转 C 额定动负荷 KN P