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5軸數控龍門銑床機械結構設計(畢業論文)

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更新時間：2016-04-05
發布人：lyqunimabi

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5軸數控龍門銑床機械結構設計(畢業論文)
前言 1
第1章數控機床概述 2
第2章整體結構方案 3
第3章伺服進給系統機械傳動機構的設計 4
§3.1 伺服進給系統機械傳動機構設計的一般要求 4
§3.2 滾珠絲杠螺母副的原理及支撐方式 6
§3.2.1 滾珠絲杠螺母副的原理及特點 6
§3.2.2 滾珠絲杠螺母副的支撐方式 8
§3.2.3 支承軸承的選擇 9
§3.3 滾珠絲杠副的疲勞壽命計算 9
§3.4 預加負荷 11
§3.5 機床滾珠絲杠副總體校核 11
§3.6 數控機床導軌 16
§3.6.1 導軌的基本類型 16
§3.6.2 對導軌的基本要求 16
§3.6.3 直線滾動導軌 17
第四章數控機床的進給驅動 19
§4.1伺服系統的基本要求 19
§4.2伺服電機的選擇與計算 21
結論 26
參考文獻 27
致　謝 28

前言

畢業設計是實現培養目標的重要教學環節，是培養大學生的創新能力、實踐能力和創業精神的重要過程。畢業設計在培養大學生探求真理、強化社會意識、進行科學研究基本訓練、提高綜合實踐能力與素質等方面，具有不可替代的作用，也是教育與生產勞動和社會實踐相結合的重要體現。
畢業設計的目的是:
（1）使學生進一步鞏固和加深對所學的基礎理論、基本技能和專業知識的掌握，使之系統化、綜合化。培養學生的獨立工作、獨立思考和綜合運用已學知識解決實際問題的能力，尤其注重培養學生開發創造能力和獨立獲取新知識的能力。
（2）使學生初步掌握科學研究的基本方法，獲得從事系統科學研究的初步訓練，注重科學能力和素質的培養。在實際工程設計中，學生可以得到所學過的理論基礎，技術基礎等全面的訓練，為將來做好機械設計工程師的工作提供全面的鍛煉機會。
我們一組此次畢業設計是結合老師的具體研制項目設立的，以在實習工廠所參觀的設備為參考，結合自己所學知識，在老師和同學的指導和幫助下，查閱許多相關手冊，最終設計出了此次5軸數控龍門銑床。
此外，本次畢業設計主要由Inventor實體造型完成。它被廣泛應用于機械制造行業，通過Inventor 設計的5軸數控龍門銑床，和一般應用工程圖的表達方式相比，具有更加直觀的效果。
在張波老師的指導下，我一邊查資料、計算、繪圖，一邊觀察實習。其間曾經遇到很多問題，如三維圖的裝配，滾珠絲杠的選型等等，但在張波老師和同學們的幫助下，經過自己的努力，問題一個一個得到了解決。
本次設計得到了學校、圖書館、老師、同學們的大力支持，在此表示衷心的感謝。限于本人水平和經驗有限，再加上時間倉促，難免有疏漏和不妥的地方，敬請廣大老師和同學批評指正。謝謝！
孟鑫
2014年8月

第一章數控機床概述

從20世紀中葉數控技術出現以來，數控機床給機械制造業帶來了革命性的變化。數控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產管理的現代化以及經濟效益的提高。數控機床是一種高度機電一體化的產品，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經濟和國防建設發展的重要裝備。
進入21世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發展的新時期。機床制業既面臨著機械制造業需求水平提升而引發的制造裝備發展的良機，也遭遇到加入世界貿易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數控機床的發展是解決機床制造業持續發展的一個關鍵。隨著制造業對數控機床的大量需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控機床的應用范圍還在不斷擴大，并且不斷發展以更適應生產加工的需要。
我國數控機床行業總體的技術開發能力和技術基礎薄弱，信息化技術應用程度不高。行業現有的信息化技術來源主要依靠引進國外技術，且外方在許多高新產品的核心技術上具有掌控地位，我們對國外技術的依存度較高，對引進技術的消化仍停留在掌握已有技術和提高國產化率上，沒有上升到形成產品自主開發能力和技術創新能力的高度。具有高精度、高速、高效、復合功能、多軸聯動等特點的高性能實用數控機床基本上還得依賴進口。與國外產品相比，我國的差距主要是機床的高速高效化和精密化上。對高速加工技術，國外已進行了多年的研究，對高速加工的機理、機床結構、機床剛度和精度的影響等都有了系統的研究，并開發生產了各種高速銑削中心、高速加工中心，廣泛應用于航空器鋁合金零件和模具加工上[12]。

第二章整體結構方案

方案一:采用數控龍門移動結構，龍門移動，工作臺固定在龍門底座上，且配置為二軸聯動的旋轉工作臺。X軸采用雙絲杠驅動加線性滾珠導軌，Y軸采用雙線性滾珠導軌安裝呈垂直分布狀態，Z軸采用大規格線性滾珠導軌。
方案二:與方案一1樣，采用龍門移動結構，工作臺與龍門底座采用一體結構，Z軸滑枕上配置五軸聯動銑頭。導軌配置方面，與方案1一樣。
方案三:機床采用定梁式龍門銑床結構。配置二軸聯動的旋轉工作臺，且工作臺，且工作臺在線性滾珠導軌上作X向運動，滾珠絲杠螺母副與導軌配置方面，與方案1一樣。
方案四:與方案3一樣，采用定梁式龍門銑床結構，工作臺在線性滾珠導軌上作X向運動，Z軸滑枕上配置五軸聯動銑頭。導軌配置方面，與方案1一致。
對比分析以上4種方案設計，方案1與方案2都采用動梁式龍門結構。此結構的最大缺陷：①由于是靠滾珠絲杠與線性滾珠導軌驅動形式，則難以保證機床的剛性；② 采用雙絲杠驅動技術，對機床控制部分要求提高了，同時提高了零件加工工藝難度。優點在于機加工效率較高。方案1采用了二軸聯動的旋轉工作臺結構；方案2采用了五軸聯動銑頭結構。相比之下，二軸聯動的旋轉工作臺因受結構及空間的約束。不宜加工大型工件；而五軸聯動銑頭相對結構緊湊，在空問上自由度較大。
方案3與方案4都采用定粱式龍門結構，此結構的最大優點：在結構上具有較高的剛度。且不用擔心質量不當而影響機床的加速度方面的性能；結構的缺陷在于工作臺移動，從而在x軸方向上占用的空間較大，也不利機床x軸向上的加速度性能。其旋轉工作臺結構與五軸聯動銑頭方面的特點前面已作說明，此處不再重述舊[5]。
綜合上述資料，本課題采用方案4的總體結構設計。

圖2-1 五軸數控龍門銑床

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