毕业设计论文简易型教学数控铣床的设计.docx

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1、简易型教学数控铳床的设计摘要本次所选的毕业设计题目为简易型教学数控铳床的设计，在此次设计中充分利用本专业所学的机械设计及其自动化方面的知识，根据所选定的相关参数为线索围绕着主轴电机和步进电机的选择进行了一系列的设计和计算。此次设计的铳床主要用于日常教学的实验仪器，因而加工精度的要求不高，结构简单，方便拆卸，易于维修。为了利于推广和使用，采用特殊的中空式立柱和底座，可以有效降低整个机床的质量和体积，方便搬运到不同教室进行使用。本次设计为了保证机床在切削木料或者玻璃时的加工精度，我采用了导轨、滚珠丝杠和工作台一体的伺服驱动的结构形式。通过此次设计让我对数控铳床的结构有了进一步的了解，也让我对机械设

2、计有了更深的认识。关键词：数控铳床，步进电机，滚珠丝杠ABSTRACTThese1ectedgraduationdesigntopicisthedesignofsimp1eTeachingCNCmi11ingmachine.Inthisdesign,wemakefu11useofthemechanica1designandautomationknow1edge1earnedinthismor,andcarryoutaseriesofdesignandca1cu1ationaroundthese1ectionofspind1emotorandsteppingmotoraccordingtothe

3、se1ectedre1evantparametersasc1ues.Themi11ingmachinedesignedinthispaperismain1yusedinthedai1yteachingofexperimenta1instruments,sotherequirementsofprocessingaccuracyarenothigh,thestructureissimp1e,easytodisassemb1e,easytomaintain.Inordertofaci1itatethepromotionanduse,thespecia1ho11owco1umnandbasecanef

4、fective1yreducethequa1ityandvo1umeofthewho1emachinetoo1,andfaci1itatethetransporttodifferentc1assroomsforuse.Inordertoensurethemachiningaccuracyofthemachinetoo1whencuttingwoodorg1ass,thisdesignadoptsthestructureofservodrivewhichintegratesguiderai1,ba11screwandworktab1e.Throughthisdesign,Ihaveafurthe

5、runderstandingofthestructureofCNCmi11ingmachine,anda1sohaveadeeperunderstandingofmechanica1design.KEYWORDS：CNCmi11ingmachine,Steppermotor,Ba11screw目录摘要IABSTRACT11一、绪论111课题的来源112课题的背景和意义113数控铳床的发展状况21.4数控铳床的发展趋势2二、总体方案设计42.1铳床类型选择42.2铳床各项技术要求参数的确定42.3系统方案及机械结构方案的设计4三、传动电机的选择计算63.1进给时切削力的计算63.1.1切削时圆周

6、力FC的确定63.1.2 切削时轴向力FO得确定73.1.3 主轴平面合力Fr的确定与切削力矩的计算73.2主轴电机的选择73.2.1系统中的各要求参数确定83.2.2主电机的确定83.3步进电机的选择93. 3.1步距角的确定94. 3.2丝杠在不同轴转动惯量的计算95. 3.3步进电机等效负载校核计算11四、系统中主要零部件设计计算134.1主轴的设计与校核计算134. 1.1主轴的设计计算134. 1.2主轴的强度校核计算144. 2轴承的选择与校核计算164. 2.1轴承的选择计算164. 2.2轴承的校核计算174. 3滚珠丝杠的选择计算184. 3.1轴向压力的确定184. 3.2

7、丝杠最大动负荷的计算184. 3.3刚度校核194. 4其他部分的选用和设计194.1 .1导轨的选用194.4 .2底座的设1*I204. 4.3工作台的设计204. 4.4立柱的设计206. 4.5其他部件的选用20五、铳床的润滑和密封216.1 铳床的润滑217. 2铳床的密封21总结22致谢23参考文献24一、绪论1.1 课题的来源随着我国科学技术的进步和综合国力的提高，越来越多的大学生涌入校园来提高自身素质，老师在日常教学中关于数控机床方面的知识讲述的都比较抽象,难免会有大部分同学会感到迷惑，因此需要借助实际的实验操作来对老师讲授的课本知识进行深化理解从而得到良好的教学效果。但是大部

8、分的数控机床体积大,不易于搬动、价格昂贵、软硬件的条件也不允许,无法应用于日常的教学实验中。为解决这样问题设计一种结构简单、成本低、易于搬动、功能齐全，且能够完成日常教学需要的简易型教学数控铳床显得尤为重要。通过这次毕业设计，会把我在大学期间所学的知识进行全面的综合与深化，以达到自我提高和自我进步的目的。1.2 课题的背景和意义数控技术是实现机床进行自动工作的核心技术，是现代化机械制造的核心，也与我国的战略地位和综合国力的提升有着密不可分的联系。数控技术在我国的广泛应用不仅极大地解放了我国的劳动生产力，也使制造业的先进程度变为衡量我国工业化程度的重要指标。数控技术应用的范围越来越广泛，数字化发

9、展符合世界发展的潮流，我们身边处处都有着数控技术，在不知不觉中走进了我们的生活，与我们密不可分。数控铳床是指铳床通过计算机进行控制，通过不同数字代码来实现铳床进行自动加工的机床。数控铳床和普通铳床结构有些相似，两者加工零件时的加工工艺也基本相同，但是数控铳床依靠程序控制来对工件进行加工，所以应用数控铳床会降低劳动成本，提升生产效能，提高产品的合格率。当今教学设备是制约当代数控技术教学质量的首要问题，为了解决这一问题，因此进行了简易型教学数控铳床的设计，完成了简易型教学数控铳床的方案选择、主要机械部件或零件的选择和计算。本次设计有以下几个特点：1.铳床不是很沉，方便同学或老师搬动。2 .考虑到老

10、师实验室和讲台空间问题，本次设计的铳床占地面积较小。3 .考虑到日常教学，此次设计的铳床基本能够胜任相关的课程实验任务。可看出本次设计十分适合普通的日常课堂教学和实验教学，能够极大地提高教学质量，对我国数控技术方面人才的培养有着极大地帮助。1.3数控铳床的发展状况当世界上第一台电子计算机在世界上问世，当时大多数人不会认为计算机会代替人脑，随着计算机的发展，计算机逐渐显示出可以代替部分人脑，并且可以帮助人们减轻一些劳动负担，随着计算机的进一步发展，使人们逐步走进信息社会。随着计算机逐步的广泛应用，计算机技术也被应用到了机床上，在1952年，成功融合了计算机技术的数控机床在美国诞生。从那以后，随着

11、数控系统的逐步发展，生产效率逐步提高，解放了劳动生产力，简化了机床的操作流程，对工人的个人素质也逐步提高。20世纪50年代初，第一台具有数控(NC)的计算机被创造了出来，当时最先研制的计算机仅仅只拥有算数的能力，并且运算速度不快，无法对复杂的数据进行素质化处理，因此无法做到对机床进行实时的控制。为了解决这一问题，人们发明出一种机床专用计算机，使用这种机床专用计算机充当数控系统，因而早期的数控(NC)就由此诞生了。跟随计算机的发展，数控系统得到了进一步的发展。到20世纪70年代，小型计算机的使用开始多了起来，它就成为了数控系统核心的不二选择，数控得到了新一步的发展。计算机技术飞速发展，在1971

12、年先进的研究者们研制出了计算机的核心部件微处理器。紧接着三年后，微处理器就开始应用于数控系统之中。微处理器为通用计算机的核心部件，而通用计算机是数控系统的核心部件，仍称它为计算机数控。到了20世纪90年代，计算机的功能得到了很大的提升，计算机产量得到进一步提高，个人计算机也由此而来。此时的个人计算机已经符合做数控系统核心部件的要求，数控系统从此开始进入了基于个人计算机的时代。14数控铳床的发展趋势铳床的生产技术不断进步，越来越多的高档铳床被生产出来并广受各机械加工厂的抢购，各个机床生产厂生产的高端铳床在整个市场中售出的比例越来越成为各个机床厂重要的竞争指标。高端铳床的广泛应用，在去年第一季度，

13、我国对机床工具相关产品的进口比例比以往增加了60%,进口比例比以往有了很大的提高。可知我国市场对于高档机床的需求还是非常大的。在近几年，中低档机床的市场占有比例持续下降，在这种趋势下我们务必要提高一下中低档机床的市场竞争力。通过我的调查研究发现，限制中低档机床的因素有以下几点：1 .中低档机床产品质量偏低，成本偏高2 .对于主要的数控系统和主要的机床功能部件大多数掌握在外国人手里3 .技术研发手段不够成熟对于目前解决上述问题十分重要，高档机床的市场固然重要，中低档机床在整个市场中起的作用也不能忽视。现在我国各个机床制造厂都在抓紧在国外数控系统的基础上进行研发，并想尽办法来提高中低档机床的质量，

14、在保证中低档机床拥有原来功能的基础上并可以根据技术的发展用增加某一零部件而进行自我更新的能力，因而间接会使售后服务业得到发展。因此，当代数控机床正向高速高效、高精度、高可靠性、多轴化、智能化、网络化、柔性化、绿色化的方向平稳发展。二、总体方案设计2.1 铳床类型选择铳床的类型繁多，通常以不同的布局方式和产品加工数量范围来给予区分：1 .升降台铳床:工作台是可以朝三个主要坐标轴进行进给的铳床，主要有三种形式：万能式、卧式和立式，中小机械零件可以选择这类机床加工。2 .龙门铳床：龙门铳床可根据加工对象的不同可以划分为龙门镇铳床和龙门刨铳床，要是加工精度要求很高的大型零件可以选择龙门铳床，还可以对大

15、型零件进行成批生产。3 .工作台水平移动铳床：可根据工作台样式的不同可划分为矩形工作台水平移动铳床和圆形工作台水平移动铳床，加工过程是通过工作台的平面运动和铳刀沿着立柱上下移动来实现对工件的加工。4 .仪表铳床：仪表铳床是一种小型的数控铳床，主要是用来加工测量仪器和小型零部件的铳床。由于本次设计的简易型教学数控铳床主要用于教学（例如在木板上画图形）,所以选择工作台水平移动这种类型的铳床。卧式铳床的主轴是水平布置的，而立式铳床的主轴是垂直布置的，为了使在教学过程中切换刀具方便，因此最终确定使用工作台水平移动铳床中的立式铳床类型。2. 2铳床各项技术要求参数的确定表27简易型教学数控铳床技术要求参数坐标轴数3联动方式X与Y方向联动控制精度O.O1mm定位精度0.02mmX轴行程115mmY轴行程95mmZ轴行程35mm操作方式手动和自动程序输入方式键盘或USB接口铳刀夹具要求低3. 3系统方案及机械结构方案的设计在整个铳床中，铳床是由各个小部分组合而成，只有确定了设计的机床拥有如何的性能才能对各个部分进行选择和设计。本次设计的铳床为三个方向可以做直线运动的铳床，因此可以通过使用步进电机或伺服电机作为位移控制的电机,并且使用直线导轨来进行导