机械制造及其自动化毕业设计1

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1、摘要由于在数控加工过程中，工件必须由某个机构来切削，而这个机构通常就是我所说的数控机床主切削头。本课题主要是结合龙门铣床的实际需要，设计、绘制出主切削头的升降上下进给运动机构和传动机构。主切削头只可以作上下进给运动。进给运动机构若果安装在铣床上，可用于加工中小型零件的平面、沟槽、螺旋面或成形表面等。本次是将龙门铣床改造成为比较简单的铣床，以方便在其他各方面使用。经过改造的铣床结构看起来更加实用。主切削头适合使用在大、中型数控铣床上面能够切削工件及其自身的重量为650N，工作台Z向最大行程为250mm，快速进给速度可以达到6m/min，能有20000小时寿命（两班制工作十年）。关键词： 滚动丝杠

2、副 机床导轨 传动机构 电机选择引言中国数控技术和产业经过40年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年来发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。例如，在国外模拟伺服快进时，我们开始搞模拟伺服，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类所谓遥数字伺服，但至今没形成大的市场规模；近来国外将数字式伺服发展到用网络（通过光缆等）与数控装置连接时，我们又跟着发展此类系统，前途仍不乐观。这种老是跟在别人

3、后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率难度自然很大了。 为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约，才有可能用先进

4、、实用的数控产品去收复国内市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力。在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数

5、控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。然而数控主切削头机构作为数控装备的一部分，其设计的合理性直接影响到数控装备的在实际中的使用及其价值，本次的设计任务就是针对数控主切削头机构的设计，设计的内容为数控主切削头的上下运动部分。第一章 主切削头机构方案设计数控主切削头。一般我们看到的主切削头都是作上下运动而已。这次我们对龙门铣床功能扩展实现技术改造的，主要是对它的主切削头机构进行方案设计。龙门铣床原图如图1-1所示：图1-1在第一周时，我们明确的制定设计任务书，只对龙门铣床主切削头上下进给运动进行改造，要使主切削头能稳定上下进给运动，这才能达到加工工件时进给切削、精度、钻孔等要求，需要进行怎样

6、的改造呢？以下就一一来介绍：在主切削头中，靠什么来使它能上下运动，而且进给量又精准，同时还要承受其他方面对它的压力呢？经过查找资料发现，滚动丝杠副适合用于这一工作，它能提供主切削头较精准的进给量，还可以承受一定的外来压力。可见它在改造中是起核心作用的部分，我会重点在下面的章节中介绍。滚动丝杠副在工作中要旋转，可要把它稳定安装在机床上，这之间要用什么零件连接起来呢？轴承，可以用轴承支承丝杠副，再固定到机床的某一个部位。因此，就根据需要选择合适的轴承来支承滚动丝杠副。主切削头上下移动也有一定的方向，还要有一定的稳定性。而机床导轨就适合于这样的工作，机床导轨是主切削头的导向和承载部件，选择适合的导轨

7、有利于提高工作效率。主切削头本身有一定的重量，为了避免伺服电机因主切削头的重量而选择较大的功率，采用平衡机构把主切削头的重量给平衡掉，防止因主切削头自重而造成一些问题。上下进给运动，由直流伺服电动机驱动。如果直接用联轴器与丝杠联接的话，电机需要的力矩就很大。由于需要力矩很大，同时电机也会相应的变大。当然我们不想出现这样的情况，如何解决呢？我们可以用有传动比机构来解决这一问题，带传动比较稳定，也符合所需条件。根据要求选择电机，并且制定出相适应带传动机构。由伺服电机驱动，经带轮，经过带,带动滚珠丝杠转动。实现上下进给的伺服电动机带有制动器，防止丝杠因惯性而带动主轴箱上下运动。丝杠副是垂直安装在燕尾

8、形导轨中间的，伺服电机也需要垂直安装才能通过带传动把动力传递给丝杠，根据机床上的机构，电机的安装方便，同时也符合电机一般的设计要求。用轴承把丝杠固定，有利防止因自重而下滑。主切削头机构改造大概结构图：第二章 滚珠丝杠副轴承支承设计2.1 滚珠丝杠副丝杠的支承方式表2-1滚珠丝杠副的支承方式支承方式简图特点一端固定一端自由1.丝杠的静态稳定性和动态稳定性都很低2.结构简单3.轴向刚度较小4.适用于较短的滚珠丝杠安装和垂直的滚珠丝杠安装一端固定一端铰支1.丝杠的静态稳定性和动态稳定性都较高，适用于中等回转速度2.结构稍复杂3.轴向刚度大4.适用于对刚度和位移精度要求较高的滚珠丝杠安装5.推力球轴承

9、应安装在离热源（步进电机）较远的一端二端支承1.丝杠的静态稳定性和动态稳定性最高，适用于高速回转2.结构复杂，两端轴承均调整预紧，丝杠的温度变形可转化为推力轴承的预紧力3.轴向刚度最大4.适用于对刚度和位移精度要求高的滚珠丝杠安装5.使用与较长的丝杠安装根据机床主切削头的现实情况，滚珠丝杠副丝杠的支承方式选用二端支承。2.2滚动轴承的类型特点滚动轴承是一种在机器中广泛应用的零件，具有起动转矩小、起动快、摩擦阻力小、效率高等优点。表2-2 各类轴承的特点序号滚动轴承类型轴向刚度轴承安装预载调整摩擦力矩a60接触角推力角接触球轴承大简单不需要小B双向推力角接触球轴承中简单不需要小c圆锥滚子轴承小简

10、单如内圈之间有隔圈则不需要调整大d滚针和推力滚子组合轴承特大简单不需要最大e深沟球轴承和推力球轴承组合使用大复杂麻烦小各类滚动轴承特点见表2-2，其中用得最多的是及d,d用于重型设备上。深沟球轴承轴承主要用于承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷。高转速时可代替推理轴承承受纯轴向载荷。内、外圈轴线允许偏转角为210。与外形尺寸相同的其它类型轴承比较，其摩擦系数小，允许极限转速高，价格低廉，故应用广泛。角接触球轴承轴承能同时承受径向载荷与单向轴向载荷，但不宜用来承受纯径向载荷。轴承接触角（作用于滚动体上的载荷方向线与轴承径向平面间的夹角称为接触角）有15、25和40三种。接触角越大，承受轴向载荷的

11、能力越强。统称轴承应成对使用，反向安装在同一支点或两个支点上，但轴向载荷较大时，也可采用同向排列在同一支点上。允许内、外圈轴线偏转角为210。适用于要求旋转精度与转速较高的场合。推力圆柱滚子轴承轴承只能承受打向轴向载荷，其承载能力比推力球轴承大，但轴承运转时，随着滚子便面圆周速度增加，滚子有偏离中心的趋势，并和滚道产生滑动摩擦，故允许的转速比球轴承低，轴承对轴线的歪斜很敏感。适用于低速重载且轴为垂直布置的场合。2.3 丝杠副支承轴承类型的选择根据以上轴承的特点配合实际的承载能力、载荷方向和载荷的性质选择轴承类型：支撑分别是由深沟球轴承承受径向载荷；由角接触球轴承承受轴向载荷。本章小结轴承在主切