微型數(shù)控鉆銑床設(shè)計(jì)含8張CAD圖,微型,數(shù)控,銑床,設(shè)計(jì),cad 任 務(wù) 書 一、設(shè)計(jì)題目 微型數(shù)控鉆銑床設(shè)計(jì) 二、主要任務(wù)及要求 1）主要任務(wù)： 微型數(shù)控鉆銑床設(shè)計(jì) 2）根據(jù)主要任務(wù)，通過(guò)比較、分析，確定最終方案，針對(duì)解決方案進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，完成機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。 3）說(shuō)明書中要求進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)方案對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律和文化的影響，以及這些制約因素對(duì)項(xiàng)目實(shí)施的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。 4）能夠體現(xiàn)機(jī)械、電氣、信息等多學(xué)科背景，體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)的有效溝通、合作共事及個(gè)體的作用。 5）圖紙規(guī)范、準(zhǔn)確。 四、上交材料 (1) 系統(tǒng)方案圖及相關(guān)圖紙； (2) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(包含方案設(shè)計(jì)、主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算、根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行的方案相關(guān)分析等內(nèi)容，8000字左右) 五、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 優(yōu)秀 良好 中等 及格 不及格 滿分 得分 平時(shí) 表現(xiàn) 勤奮好學(xué)，善于思考 勤奮積極，態(tài)度認(rèn)真 比較勤奮 不夠勤奮 不勤奮，態(tài)度不端正 10 圖紙 質(zhì)量 方案合理新穎，表達(dá)規(guī)范 方案合理，圖紙比較規(guī)范 方案一般，圖紙基本規(guī)范 方案基本合理，圖紙欠規(guī)范 方案不合理，圖紙不規(guī)范 20 說(shuō)明書質(zhì)量 內(nèi)容全面，準(zhǔn)確 內(nèi)容全面，基本準(zhǔn)確 內(nèi)容一般，準(zhǔn)確性一般 內(nèi)容基本全面，有小錯(cuò)誤 內(nèi)容不全，錯(cuò)誤較多 40 答辯 回答問(wèn)題準(zhǔn)確流利 回答問(wèn)題比較準(zhǔn)確 回答問(wèn)題基本準(zhǔn)確 回答問(wèn)題欠準(zhǔn)確 回答錯(cuò)誤 30 總分 100 綜合評(píng)定成績(jī)： □優(yōu)秀 □良好 □中等 □及格 □不及格 指導(dǎo)教師： 日 期： 摘 要 隨著工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的最主要的裝備，這是一種趨勢(shì)。我國(guó)數(shù)控機(jī)床在經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)都取得了重大突破，機(jī)床種類越來(lái)越多，目前可提供1500種，覆蓋超重型機(jī)床、高精度機(jī)床、沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域，產(chǎn)品種類可與日、德、意、美等國(guó)并駕齊驅(qū)。但國(guó)產(chǎn)機(jī)床相對(duì)來(lái)說(shuō)與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距依然很大，體型大、笨重、精度不高等問(wèn)題仍然是國(guó)產(chǎn)機(jī)床克服不了的。因此，微型化、高速化、高精度化、功能復(fù)合化等成為數(shù)控機(jī)床的一種發(fā)展趨勢(shì)，本文介紹了一種可用于微型加工的微型數(shù)控鉆銑床。 本文通過(guò)查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，經(jīng)過(guò)比較和分析，設(shè)計(jì)了一臺(tái)用于鉆銑加工的微型數(shù)控鉆銑床。本文介紹了機(jī)床總體布局、伺服控制系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)、其他組件的選型以及設(shè)計(jì)計(jì)算，并分析了機(jī)床的功能及其應(yīng)用范圍。 本文介紹了一種微型數(shù)控鉆銑床的設(shè)計(jì)方案，可適用于教學(xué)模型、培訓(xùn)上使用，讓學(xué)生和初學(xué)者對(duì)數(shù)控鉆銑床有一定的認(rèn)識(shí)。 關(guān)鍵詞：高精度；微型化；高速化；微型鉆銑床； Abstract With industrial development, CNC machine tools has become the mainstream of modern machinery and equipment manufacturing. Development of domestic CNC machine tools has experienced 30 years of ups and downs, has matured from growth, to provide 1500 kinds of CNC machine tools, covering the super-heavy machine tools, high-precision machine tools, machine tools and other areas along the high-tech product range with the date, Germany, Italy and the United States to keep pace. But the gap between the domestic machine tool with relatively developed countries is still great, large size, heavy, accuracy is still not high domestic machine tool can not overcome. Therefore, miniaturization, high-speed, high precision, functional complex and so become a development trend of CNC machine tools. By consulting a large number of domestic and foreign literature, through comparison and analysis, the use of SolidWorks software for micro CNC milling machine drilling three-dimensional modeling, designed a dedicated micro-drilling and milling CNC milling machine drilling systems. This article describes the overall layout of the machine, the servo control system, the main transmission system, as well as other components of the selection of the design calculations and analysis of the function and application of the machine. This article describes a CNC milling machine drilling miniature design, suitable for teaching model, the use of training, so that students and beginners to CNC milling machine has a certain understanding. Keywords: High Precision; miniaturization；High speed； micro-drilling and milling machine 目 錄 摘要 II Abstract III 目 錄 IV 1.前言 1 1.1數(shù)控鉆銑技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1 1.2國(guó)內(nèi)外鉆銑技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.2.1國(guó)外鉆銑技術(shù)的現(xiàn)狀 3 1.2.2國(guó)內(nèi)鉆銑技術(shù)的現(xiàn)狀 4 1.3對(duì)我國(guó)先進(jìn)數(shù)控技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略的幾點(diǎn)思考 4 1.3.1先進(jìn)的數(shù)控鉆銑床技術(shù)是振興我國(guó)工業(yè)的重要技術(shù)支撐 4 1.3.2先進(jìn)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用突出強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)需求 5 2.總體設(shè)計(jì)方案 6 2.1基本參數(shù) 6 2.2布局形式 6 2.3整體結(jié)構(gòu)方案 7 3.伺服控制系統(tǒng) 9 3.1伺服電機(jī)選型 9 3.2交流伺服電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)的組成 10 3.3伺服電動(dòng)機(jī)控制方式 11 4.主傳動(dòng)系統(tǒng)組件及其它組件的選型 12 4.1電主軸選型與校核 12 4.2滾珠絲杠螺母副的選型 16 4.3滑動(dòng)導(dǎo)軌的選型 17 4.4聯(lián)軸器的選型 18 5.其它部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 19 5.1電主軸軸座設(shè)計(jì) 19 5.2滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估計(jì) 20 5.3軸承的計(jì)算 21 5.4軸承座的設(shè)計(jì) 22 5.5微型鉆銑床立柱設(shè)計(jì) 23 5.6微型鉆銑床底座的設(shè)計(jì) 24 6.整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 7.總結(jié) 27 參考文獻(xiàn) 28 1前言 1.1數(shù)控鉆銑技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控鉆銑技術(shù)的發(fā)展 ,概括起來(lái)有以下發(fā)展趨勢(shì)。 （1）總線、開(kāi)放式、模塊化結(jié)構(gòu)的數(shù)控鉆銑床將是今后發(fā)展的主流 近幾十年來(lái)，數(shù)控鉆銑技術(shù)在改革開(kāi)放大船的帶動(dòng)下取得了非常大的成就，不論是在結(jié)構(gòu)和功能上還是在操作與控制上。然后將印刷電路板或根據(jù)各個(gè)功能模塊中的板插座插入其他的模板，并適合于鉆銑技術(shù)，使形成有由CPU控制的多個(gè)鉆孔和銑削裝置，在該構(gòu)成今天這個(gè)行業(yè)已經(jīng)十分普遍。在人機(jī)對(duì)話，顯示器（CRT）能夠直觀地表達(dá)各種字符，圖形，同時(shí)也顯示了不同的處理程序。如果別的一個(gè)問(wèn)題，CRT及時(shí)顯示對(duì)話框，并提示下一步該怎么做。連同一些輔助功能，諸如圖形處理，從而使整個(gè)鍵盤操作更簡(jiǎn)單，方便。舉個(gè)例子，像電主軸，采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)裝卸過(guò)程只需十幾分鐘就能完成，十分便利。數(shù)控系統(tǒng)一般都設(shè)有一些功能軟件及下拉菜單的驅(qū)動(dòng)方式，使整個(gè)人機(jī)對(duì)話模塊更加簡(jiǎn)潔方便。數(shù)控鉆銑床的控制機(jī)構(gòu)可以用PLC和PMC，這種邏輯控制使得鉆銑床的精度大大提高?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般都要求控制系統(tǒng)各個(gè)功能模塊之間具有兼容性，各部分結(jié)構(gòu)要求標(biāo)準(zhǔn)化，如模塊結(jié)構(gòu)、接口等，規(guī)范化以后的各結(jié)構(gòu)不僅為生產(chǎn)，也為自身結(jié)構(gòu)的隨時(shí)添加、更換大大提供了便利，這一方面方便機(jī)床用戶在以后的使用中有自動(dòng)化的開(kāi)發(fā)環(huán)境，還為機(jī)床二次開(kāi)發(fā)提供了前提，最大限度提高機(jī)床自身價(jià)值。 （2）數(shù)控鉆銑床的自動(dòng)化程度會(huì)越來(lái)越高，將向無(wú)人看管的生產(chǎn)機(jī)器發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)變得越來(lái)越先進(jìn)，越來(lái)越多的存儲(chǔ)容量大到足以存放數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)本身程序外，至少可以節(jié)省數(shù)萬(wàn)預(yù)留鉆孔程序段。它為向自動(dòng)化鉆孔和無(wú)人看守提供了保證。在實(shí)現(xiàn)多機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)使得多進(jìn)程，多渠道的控制，具有很大的靈活性，為大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)提供了便利。如意大利Pluritec公司最近上市的數(shù)控鉆床---多站多模鉆孔機(jī)，現(xiàn)在可以由1至6工作站組成，經(jīng)過(guò)技術(shù)設(shè)計(jì)，最多連接可多達(dá)32個(gè)。每個(gè)工作站配備有主軸頭和一個(gè)CNC44.00控制單元，每個(gè)工作站再由中央系統(tǒng)CNC56.00整體管理和獨(dú)立控制。6個(gè)工作站可以執(zhí)行相同的鉆孔和銑削程序，也可以執(zhí)行獨(dú)立的彼此不同的鉆孔和銑削加工程序。網(wǎng)絡(luò)工作站還可以通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和CAD站和一個(gè)主計(jì)算機(jī)以執(zhí)行數(shù)控鉆孔和銑削加工程序的組合物的直接控制，機(jī)器配置有聯(lián)合國(guó)第九操作系統(tǒng)，它是很容易實(shí)現(xiàn)多機(jī)網(wǎng)絡(luò)。自動(dòng)上下料裝置的不斷發(fā)展和技術(shù)不斷地成熟，為大規(guī)模自動(dòng)化鉆孔提供了保證。目前已上市的產(chǎn)品有 Pluritec公司的 Mega系列和 Multistion，Schmo ll Maschinen公司的BELA系統(tǒng)，Posalux 公司的 Shottle System (穿梭系統(tǒng) )等。為了自動(dòng)化生產(chǎn)的便利，大型刀庫(kù)順勢(shì)而出現(xiàn)，這將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)。未來(lái)數(shù)控鉆銑床，將配備大型刀具庫(kù)，至少可容納一個(gè)直徑為0.1?635mm的刀具庫(kù)，數(shù)量達(dá)300至400個(gè)，并且刀具直徑是不相同的物種中只有一個(gè)，有可能有幾個(gè)，甚至有一天三班倒24小時(shí)不間斷也足夠了。目前Posaiux公司生產(chǎn)的的雙陣列刀具可以準(zhǔn)備216把刀具，Pluritec公司滾筒式回轉(zhuǎn)刀架可裝載360個(gè)刀具。PCB（印刷電路板）夾層無(wú)引腳氣動(dòng)夾緊裝置，改變了傳統(tǒng)的孔 - 槽定位方法，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模地自動(dòng)化無(wú)人值守鉆是更有利的。 數(shù)控鉆銑床內(nèi)部都裝有自動(dòng)檢測(cè)裝置，一旦出現(xiàn)出現(xiàn)意外情況，如鉆頭斷掉，機(jī)床主軸就會(huì)自動(dòng)停止旋轉(zhuǎn)并移至安全位置更換鉆頭，然后繼續(xù)工作，這也為自動(dòng)化生產(chǎn)解決了由斷鉆造成的一系列問(wèn)題。 （3）數(shù)控鉆銑床將繼續(xù)向高速、高精度、鉆微細(xì)孔和盲孔方向發(fā)展 我們都知道，開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)高速并且高精度的微型數(shù)控鉆床主要就是為了解決在鉆微型孔時(shí)鉆頭斷裂問(wèn)題。隨著科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品本身也逐漸趨于微型化，比如在質(zhì)量，體積。因此就要求我們的加工機(jī)器（鉆床）在各方面如精度、速度、體積等也有很大改觀。在今后研發(fā)道路上，我們還有很長(zhǎng)一段路要走。只僅僅介紹了一方面，在加工其他產(chǎn)品上，或許微型鉆床也是不可或缺的。因此，在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)它仍是數(shù)控機(jī)床的發(fā)展目標(biāo)。 數(shù)控鉆銑床將使用在市場(chǎng)上盡可能已被開(kāi)發(fā)出來(lái)并且使用很多的組件為我所用，來(lái)有效地縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間和生產(chǎn)周期，技術(shù)集成的重復(fù)，以便減少不必要地努力，加速完成市場(chǎng)成交額。德國(guó)西門子公司開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，現(xiàn)在在德國(guó)，意大利，英國(guó)制造商已經(jīng)選擇了它。不僅機(jī)械行業(yè)如此，別的行業(yè)像電子行業(yè)也如此，三星公司生產(chǎn)的手機(jī)屏幕，不僅三星手機(jī)用，別的手機(jī)生產(chǎn)廠家也有使用。 （4）WOP技術(shù)和智能化，將是數(shù)控鉆銑床發(fā)展的方向 WOP（面向車間的編程方法）技術(shù)和智能化，是一種全新的計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床編程方法，它可以實(shí)現(xiàn)會(huì)話編程，藍(lán)圖編程和 CAD /CAM 等，并且可以實(shí)現(xiàn)二維、三維加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真，直觀表達(dá)出整個(gè)加工過(guò)程。 1.2國(guó)內(nèi)外鉆銑技術(shù)的現(xiàn)狀 1.2.1國(guó)外鉆銑技術(shù)的現(xiàn)狀 國(guó)外鉆銑技術(shù)總結(jié)起來(lái)有以下幾點(diǎn)： 基座超過(guò)200毫米厚，精密研磨過(guò)地花崗巖，為導(dǎo)向平面的軸向移動(dòng)，穩(wěn)定而且不會(huì)變形，有效地防止了常規(guī)臺(tái)面機(jī)械振動(dòng)。一些還使用原來(lái)自流平空氣軸承系統(tǒng)，使機(jī)器以高的速度和加速度無(wú)沖擊運(yùn)行。 與機(jī)器零件的加工和裝配花崗巖基座都經(jīng)過(guò)激光干涉儀嚴(yán)格測(cè)試其幾何形狀和位置精度，從而保證了機(jī)床系統(tǒng)，這使得鉆機(jī)定位精度可以達(dá)到為0.002mm的準(zhǔn)確性。 五套環(huán)或旋轉(zhuǎn)式鉆機(jī)的管理體系和雙陣列雜志，大部分鉆孔要更換360多鉆頭。新的刀具管理系統(tǒng)由于減少了工具的處理，從而避免了在安裝過(guò)程中斷裂鉆機(jī)利率很可能造成，極大地提高了鉆孔精度。 有兩個(gè)剛性工具架，位于所述主軸之間和刀庫(kù)地自動(dòng)更換鉆頭所使用。存放序列由數(shù)控裝置控制。 激光檢測(cè)器電主軸鉆頭的長(zhǎng)度，直徑和動(dòng)態(tài)徑向偏移，使得具有高穩(wěn)定性和非常高的精度的鉆孔和銑削主軸，可以經(jīng)?？刂沏@尖和蓋中，Z的電子裝置的光軸可以間的距離控制鉆更多，特別是對(duì)于多層PCB加工的深度。配置斷鉆自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，它會(huì)自動(dòng)關(guān)閉鉆，位置和檢測(cè)合格后，通知更換鉆頭和重新鉆孔。 自動(dòng)裝卸設(shè)備是非常成熟的，在一般情況下，存在由CNC控制升降，裝卸16左右層狀托盤。裝卸時(shí)間約19S每批。 1.2.2國(guó)內(nèi)鉆銑技術(shù)的現(xiàn)狀 目前中國(guó)數(shù)控鉆銑床技術(shù)的整體技術(shù)水平鉆孔精度已經(jīng)達(dá)到0.1mm左右，電主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)到90000r / min，大部分主軸轉(zhuǎn)速還在60000r / min左右。鉆孔直徑0.3?6.0毫米，約0.001毫米系統(tǒng)分辨率之間，在加工幅面460毫米?610毫米之間，傳輸模式通常用于較先進(jìn)的滾珠絲桿。從宏觀來(lái)講，近幾年我國(guó)數(shù)控鉆銑床的結(jié)果，是在技術(shù)功能和可靠性達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平，雖然價(jià)格比國(guó)外同類產(chǎn)品低5-8倍，有的只有國(guó)外的三分之一產(chǎn)品之一，甚至更低，使用壽命長(zhǎng)，維修和更新，相對(duì)于國(guó)外產(chǎn)品具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但相對(duì)于一些對(duì)整個(gè)數(shù)控鉆銑床制造商在世界知名的有個(gè)人之間的一個(gè)偉大的產(chǎn)品的差距，如伺服電路，我國(guó)還停留在開(kāi)放或半封閉狀態(tài)，工業(yè)生產(chǎn)在發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控鉆銑床20年前采用的是全封閉的環(huán)境控制系統(tǒng)，在110000r /min?120000r / min的大多是發(fā)達(dá)的工業(yè)電主軸轉(zhuǎn)速的產(chǎn)品，雖然是迫在眉睫120000r / min以上的速度電主軸的出現(xiàn)，與我國(guó)最高80000r / min時(shí)，有光柵，驅(qū)動(dòng)電機(jī)等，從技術(shù)層面上的狀態(tài)，而不只是比國(guó)外的差，一些較大的缺口的一部分。 1.3對(duì)我國(guó)先進(jìn)數(shù)控技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略的幾點(diǎn)思考 1.3.1先進(jìn)的數(shù)控鉆銑技術(shù)是振興我國(guó)工業(yè)的重要技術(shù)支持 衡量一個(gè)國(guó)家或者地區(qū)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)與企業(yè)的產(chǎn)能主要體現(xiàn)在工業(yè)是否發(fā)達(dá)，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備是否先進(jìn)。目前中國(guó)的不同地區(qū)的數(shù)控鉆銑床的開(kāi)發(fā)程度與運(yùn)用程度跟那些發(fā)達(dá)的國(guó)家相比較依舊存在著相當(dāng)大的差距，工業(yè)在所有國(guó)家中都占據(jù)著相當(dāng)重要的地位，所以對(duì)于這一產(chǎn)業(yè)需要國(guó)家和社會(huì)的扶持與幫助。關(guān)于國(guó)家的幫助應(yīng)該像我國(guó)以前那樣提出的各種方針與計(jì)劃，女里科研，專心公關(guān)，為我國(guó)的數(shù)控技術(shù)以及工業(yè)生產(chǎn)不斷的努力，縮小與國(guó)外工業(yè)水平之間的差距，甚至在某些方面領(lǐng)先他們。 1.3.2先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用突出強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)需求 先進(jìn)的數(shù)控鉆銑床技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步需要從中國(guó)的實(shí)際情況出發(fā)，根據(jù)市場(chǎng)需求，而且在規(guī)律和技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)都一致。縱觀幾十年的技術(shù)發(fā)展，它通常被認(rèn)為是更多的技術(shù)趨勢(shì)和市場(chǎng)需求被認(rèn)為略顯不足。當(dāng)然，無(wú)論是在長(zhǎng)期和根本上是不矛盾的，但在短期內(nèi)，仍然有安排的優(yōu)先問(wèn)題，突出了市場(chǎng)需求，可以讓技術(shù)先進(jìn)的數(shù)控鉆銑床的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用在工業(yè)振興和盡快發(fā)展有效的國(guó)家經(jīng)濟(jì)，我們可以使數(shù)控鉆銑床制造商的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力顯著的改善，從而使先進(jìn)的數(shù)控銑削和鉆孔技術(shù)應(yīng)用到從科學(xué)的殿堂經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主戰(zhàn)場(chǎng)。從目前情況看，最好是經(jīng)國(guó)家主管部門，若干優(yōu)先產(chǎn)品和重點(diǎn)培育的研究和開(kāi)發(fā)領(lǐng)導(dǎo)，有中國(guó)特色的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床系列產(chǎn)品，逐步形成以滿足我們行業(yè)的迫切需要。 2總體方案設(shè)計(jì) 2.1基本參數(shù) 機(jī)床的設(shè)計(jì)，一定要有確定的參數(shù)，用作設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，決定其他參數(shù)的大小；它作為選用機(jī)床的主要依據(jù)，能直接反映出機(jī)床的加工能力和特性，影響產(chǎn)品能否滿足所需功能的要求。 微型數(shù)控鉆銑床的基本參數(shù)如下表2.1所示： 項(xiàng)目 技術(shù)參數(shù) 技術(shù)指標(biāo) 床身本體 結(jié)構(gòu) 立式 加工能力 三軸聯(lián)動(dòng) 微型銑床整體尺寸 1610mm×1020mm×1130mm 工作臺(tái) 行程 400mm×300mm×390mm 工作臺(tái)尺寸 400mm×320mm 電主軸 最高轉(zhuǎn)速 24000r/min 額定扭矩 6Nm 軸承潤(rùn)滑形式 油脂潤(rùn)滑 表2.1微型數(shù)控鉆銑床參數(shù)表 surface2.1Parameter?table?of?Micro?NC?drilling?and?milling?machine 2.2布局形式 本次設(shè)計(jì)的微型數(shù)控鉆銑床用于加工軟質(zhì)合金、銅合金與石英等金屬，主要用于復(fù)雜的曲面、薄壁類等復(fù)雜的零部件。采用立式銑床的布局，在此基礎(chǔ)上又根據(jù)加工的零件結(jié)構(gòu)特征，零件的工藝要求，工件的材料硬度和加工難度等因素。本次設(shè)計(jì)的微型數(shù)控鉆銑床以占用空間小，加工時(shí)間短為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)控鉆銑床進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，本數(shù)控鉆銑床具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)采用的是工作臺(tái)X，Y軸相互疊加移動(dòng)，電主軸在Z軸方向上下移動(dòng)的布局形式。 2.3整體結(jié)構(gòu)方案 數(shù)控鉆銑床應(yīng)該滿足的要求有：良好地靜動(dòng)剛度；機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)布局要有好的人際關(guān)系；較小的熱變形；機(jī)床進(jìn)給具有好的低速性能；還有較高的的綠色環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。這些也是本設(shè)計(jì)微型鉆銑床總體布局結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的要求。 在鉆銑的過(guò)程中，鉆銑要做兩個(gè)運(yùn)動(dòng)：1主要的運(yùn)動(dòng)是刀具地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；2還有一個(gè)是上下的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 微型鉆銑床一定要能夠加工微小零件，它們具有不同形狀、厚度。因此，就需要微型鉆銑床的主軸要在垂直方向上可以適當(dāng)調(diào)整，另外，水平方向要具有相對(duì)地運(yùn)動(dòng)。一面垂直方向上需要采用地是主軸升降來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)；另一面，對(duì)于水平方向相主軸的運(yùn)動(dòng)是為了具有一定的加工長(zhǎng)度，這部分使用工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，另外加上主軸地自身旋轉(zhuǎn)，因此整個(gè)微型鉆銑床都具有四個(gè)自由度，它們?yōu)閄方向、Y方向、Z方向和主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)n。下圖2.1為微型鉆銑床運(yùn)動(dòng)模型圖 圖2.1微型立式銑床運(yùn)動(dòng)模型圖 Chart2.1 Motion?model?diagram?of?micro?vertical?milling?machine 本設(shè)計(jì)主要的目的是構(gòu)建一臺(tái)適用于小零件地微細(xì)鉆銑的微型數(shù)控鉆銑床，本機(jī)床采用地是立式三坐標(biāo)設(shè)置，X，Y方向工作臺(tái)帶動(dòng)工件用于X，Y兩個(gè)方向地直線運(yùn)動(dòng)；豎直方向上的Z向軸座帶動(dòng)安裝于上面的電主軸實(shí)現(xiàn)上下的直線運(yùn)動(dòng)，它們不干擾。 為了提高構(gòu)件的動(dòng)剛度，在確保靜剛度的要求下，選擇阻尼系數(shù)較大材料——HT250/HT300作為微型銑床的底座材料。為了減少運(yùn)動(dòng)部件的重量與傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量，工作臺(tái)三軸的支撐部分均可選用比較小的鋁合金材料來(lái)作為運(yùn)動(dòng)部件的材料。三軸伺服電機(jī)與電主軸的使用簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)，減少了傳動(dòng)鏈。 電主軸 本設(shè)計(jì)所采用的電主軸尺寸與重量較小，所加工零件，它們的尺寸，重量和加工時(shí)的切削力也很小，因此微型鉆銑床設(shè)計(jì)成水平X,Y工作臺(tái)疊加的進(jìn)給平臺(tái)結(jié)構(gòu)，刀具安裝在電主軸上，隨Z軸一起豎直移動(dòng)。按照下面結(jié)構(gòu)示意圖所示的結(jié)構(gòu)，保證X,Y,Z三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸相互正交，主軸的回轉(zhuǎn)精度平行于Z軸如下圖2.2 圖2.2微型數(shù)控鉆銑床結(jié)構(gòu)示意圖 Chart2.2Structure?diagram?of?micro? vertical?drilling?and?milling?machine 本機(jī)床各活動(dòng)部件之間均用導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)連接，各部件的運(yùn)動(dòng)均采用滾珠絲杠螺母副實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，滾珠絲杠螺母副直接與伺服電機(jī)連接實(shí)現(xiàn)傳動(dòng) 3伺服控制系統(tǒng) 3.1伺服電機(jī)選型 1伺服電機(jī)的類型及特點(diǎn) 伺服電機(jī)大部分可分為直流伺服電機(jī)與交流伺服電機(jī)。 直流伺服電機(jī)使用較早，具有廣泛的應(yīng)用，有優(yōu)良的調(diào)速性能。然而，直流伺服電機(jī)它們卻有一些本身的缺點(diǎn)：它們的電刷與換向器容易壞掉，需常常維護(hù)；有時(shí)換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花，這樣電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速就會(huì)被限制，因此應(yīng)用環(huán)境也受到限制。直流伺服電機(jī)的缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、所有銅鐵材料消耗大、制造成本高。 交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好。在相等的體積下，交流電機(jī)的輸出功率高比直流電機(jī)提高10%—30%；交流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)就是：容量更大、轉(zhuǎn)速和承受電壓更高、壽命更長(zhǎng)、故障也更少。 2伺服電機(jī)的選型 伺服電機(jī)具有的優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)迅速，精度和效率，負(fù)載能力大，控制性能優(yōu)越，因此廣泛使用在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中。 （1）伺服電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 伺服電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)是設(shè)計(jì)時(shí)選用電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。具體如下： a.額定功率 b.額定電壓 c.額定電流 d.額定轉(zhuǎn)速 e.額定轉(zhuǎn)矩 f.最大扭矩 （2）伺服電動(dòng)機(jī)的選型 1)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量匹配驗(yàn)算 在數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)中，最終經(jīng)計(jì)算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電動(dòng)機(jī)自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的比值，應(yīng)在一定的范圍內(nèi)，這個(gè)值不能太大，亦不能太小。如果這個(gè)比值過(guò)大，這個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性取決于負(fù)載特性。這個(gè)時(shí)候，工作臺(tái)位置、切削參數(shù)的變化將引起負(fù)載質(zhì)量，剛度，阻尼等的變化，而這整個(gè)伺服系統(tǒng)的綜合性能就會(huì)變差。如果這個(gè)比值過(guò)小，這表明電動(dòng)機(jī)的選擇或者進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出現(xiàn)了問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)性也比較差。因此，要讓系統(tǒng)的負(fù)載慣量達(dá)到一定合理的匹配，我們將該比值控制在規(guī)定范圍內(nèi)，即： 2)力矩匹配驗(yàn)算 為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的正常工作，伺服電動(dòng)機(jī)的最大力矩和額定力矩Tm應(yīng)滿足下列關(guān)系： 式中：-空載啟動(dòng)力矩 - 切削力矩 經(jīng)過(guò)以上分析及查詢相關(guān)資料，本數(shù)控機(jī)床采用交流伺服電動(dòng)機(jī)。 3.2交流伺服電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)的組成 交流伺服電動(dòng)機(jī)由以下幾部分組成： 1交流伺服電動(dòng)機(jī) 2 PWM功率逆變器 3電動(dòng)機(jī)專用集成電路和異位處理技術(shù)為核心的數(shù)字控制器，可分為單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、DSP+CPU、多功能DSP。 4位置傳感器（含速度傳感器） 5電源及能耗制動(dòng)電路 6鍵盤及顯示電路 7接口電路，包括模擬電壓、數(shù)字I/O及RS232串口通信電路。 8故障檢測(cè)、保護(hù)電路。 各部分之間的關(guān)系如下圖3.1所示： 圖3.1控制系統(tǒng)各部分關(guān)系圖 Chart3.1 Relationship?diagram?of?each?part?of?control?system 3.3伺服電動(dòng)機(jī)控制方式 伺服電機(jī)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制,本次選用安川伺服電機(jī)及相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)器。如下圖3.2所示： 圖3.2驅(qū)動(dòng)器 Chart3.2 Driver 4主傳動(dòng)系統(tǒng)組件及其它組件的選型 4.1電主軸選型與校核 1.電主軸的選型 鉆銑加工過(guò)程中的所用的鉆頭、銑刀，零件的尺寸和切削力都很小，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)控制和高效率的加工，選擇何種主軸技術(shù)以達(dá)到超高轉(zhuǎn)速的同時(shí)保證較小的主軸跳動(dòng)量，是實(shí)現(xiàn)微細(xì)銑削的關(guān)鍵因素之一。 鉆加工的特點(diǎn)要求選用的主軸需要較高的轉(zhuǎn)速要求、很高的剛度與回轉(zhuǎn)地精度。因此采用高速電主軸作為該鉆銑床的主軸。 電主軸技術(shù)就是把機(jī)床的主軸和電機(jī)合為一個(gè)軸。電主軸技術(shù)的關(guān)鍵就是將主軸電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子通通裝入主軸組件的內(nèi)部，傳遞方式是齒輪傳動(dòng)副與皮帶。電主軸的優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)緊湊，慣性小，重量輕，動(dòng)態(tài)特性，調(diào)速范圍廣等。 此次設(shè)計(jì)以高回轉(zhuǎn)精度，高剛度，高轉(zhuǎn)速，小尺寸與低成本為選型原則，故選用DGZX-09524型小型電主軸，如下圖4.1所示 圖4.1 DGZX-09524電主軸 Chart4.1 DGZX-09524 Motorized?spindle? 其主要性能參數(shù)見(jiàn)下表4.1所示 技術(shù)參數(shù)表1： 主軸型號(hào) DGZX-09524/3.7-BFPWV 最高轉(zhuǎn)速(rpm) 24000 最高頻率（Hz) 800 S1(額定)功率（kW） 3.7 S6功率（kW） 4.5 最高電壓（V） 380 額定電流（A） 16 最大電流（A） 30 額定扭矩（Nm） 6 技術(shù)參數(shù)表2： 序號(hào) 項(xiàng)?目 標(biāo)?準(zhǔn)?值 1 軸承潤(rùn)滑形式 油脂潤(rùn)滑 2 刀具接口形式 自動(dòng)BT30-45° 3 主軸卸刀氣壓（MPa） 0.5-0.6 4 主軸夾刀氣壓（MPa） 0.5-0.6 5 主軸吹塵氣流量（L/min） 60±2（氣壓0.15-0.25MPa）（換刀時(shí)） 6 主軸氣封氣流量（L/min） 40±1（氣壓0.15-0.25MPa）（工作時(shí)） 7 冷卻水流量（L/min） 3-4（水壓0.25MPa時(shí)） 8 冷卻油流量（L/min） 5-6（油壓0.3MPa時(shí)） 9 冷卻水壓力（MPa） 0.25-0.4 10 冷卻水溫度(℃) 24-28 11 主軸徑向剛度（N/μm） ≥150 12 主軸軸向剛度（N/μm） ≥120 13 主軸軸端錐孔跳動(dòng)（μm） ≤1.0 14 主軸軸端靜態(tài)回轉(zhuǎn)精度（μm） ≤3.0(標(biāo)準(zhǔn)棒10mm)；≤8.0(標(biāo)準(zhǔn)棒200mm) 15 主軸振動(dòng)（mm/s） ≤0.5（18000rpm時(shí)）；≤0.8（24000rpm時(shí)） 16 主軸裝配直徑（mm） φ95h6（帶法蘭） 17 主軸噪聲（dBA） ≤70 18 刀柄拉緊力（N） 2900×(1±10％） 19 卸刀方式 氣缸+浮動(dòng)打刀 20 電機(jī)繞組絕緣電阻（MΩ） ≥500（H級(jí)） 21 電機(jī)繞組耐壓試驗(yàn)（V/M） 1500V/1分鐘耐電壓試驗(yàn) 表4.1DGZX-09524電主軸技術(shù)參數(shù)表 Surface4.1DGZX-09524Electric?spindle?technical?parameter?table DGZX-09524電主軸尺寸圖見(jiàn)下圖4.2 圖4.2電主軸尺寸圖 Chart4.2 Dimension?drawing?of?electric?spindle? 該主軸最大的特點(diǎn)是將以往的直聯(lián)主軸與伺服電機(jī)有效的結(jié)合在一起，避免了高速鉆攻主軸（直聯(lián)主軸）安裝的瓶頸。該主軸內(nèi)置三相變頻異步高效電機(jī)，由控制系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。由于本主軸具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、振動(dòng)小、噪聲低等特點(diǎn)，所以可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、高精度、高效率、高質(zhì)量的加工。本電主軸應(yīng)該具有油氣潤(rùn)滑冷卻裝置，這樣就可確保在高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)行，而且還能帶走因摩擦所產(chǎn)生的熱量，進(jìn)行冷卻。同時(shí)，本裝置配有液體冷卻水冷卻電主軸，利用水的循環(huán)流動(dòng)降低電主軸產(chǎn)生的熱量。 2.電主軸的校核 ①電主軸的變形計(jì)算公式： 采用平均直徑d1計(jì)算，計(jì)算電主軸時(shí)選擇用平均直徑（d1）或當(dāng)量直徑（d2）。 平均直徑 慣性矩 ②電主軸的校核計(jì)算 電主軸的受力簡(jiǎn)圖4.3： 圖4.3電主軸的受力簡(jiǎn)圖 Chart4.3 Mechanical?diagram?of?motorized?spindle? 1)電主軸的計(jì)算 1>計(jì)算 功率： 轉(zhuǎn)矩： 圓周力 徑向力 軸向力 2>水平面內(nèi)的支反力，∑MA=0 ，∑ME=0 FtB×228+FtD×(228+71+48)=FNHE×(228+71+48+130) FNHE=23468.7N FNHA×477=FtB×249+FtD×130 FNHA=13336.3N 3>垂直面內(nèi)的支反力，∑MA=0 ，∑ME=0 FrB×228+FNVE×477=FrD×347+FaD×d32 FNVE=5076.8N FrB×249+FNVA×477=FrD×130+FaD×d32 FNVA=820.7N 4>D截面的最大合成彎矩為 2）最大合成彎矩圖4.4和扭矩圖4.5 圖4.4彎矩圖 Chart4.4 Moment?diagram? 圖4.5扭矩圖 Chart4.5 Torque?diagram? 3）軸的強(qiáng)度校核， D所在的截面為危險(xiǎn)截面，按第三強(qiáng)度理論 計(jì)算彎矩 軸的抗彎截面系數(shù)： 故滿足第三強(qiáng)度理論。 4.2滾珠絲杠螺母副的選型 絲杠是機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中不可缺少的元件，在傳動(dòng)中它可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，也可以把直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。滾珠絲杠螺母副可分為兩大類：高精度和低精度。低精度的絲杠就是傳統(tǒng)意義上的絲杠，它僅有兩部分組成，絲桿和螺母，這種絲杠螺母副可以稱為大號(hào)的螺栓螺母，它可以傳動(dòng)，但本身精度卻不高。作為機(jī)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證較高的精度是首要的，本次設(shè)計(jì)的微型數(shù)控鉆銑床屬于高精密機(jī)床，顯然這種絲杠螺母不適用。其次就是壽命，一般的絲杠和螺母之間，如果加工時(shí)間長(zhǎng)，難免不受到磨損，這樣絲杠精度就會(huì)降低。 所以本次傳動(dòng)部件選用高精度滾珠絲杠螺母副。高精度滾珠絲杠螺母副由螺桿、螺母、鋼球，預(yù)壓片、反向器、防塵器等部分組成，這種絲杠結(jié)構(gòu)和軸承相似，就是在普通意義的絲杠螺母副中加入滾珠，大大減小了絲杠和螺母之間的摩擦，而這種結(jié)構(gòu)的絲杠螺母副中還加有防塵片，保證絲杠螺母福內(nèi)部就夠的潔凈，不僅提高了精度，還延長(zhǎng)了壽命。 本次機(jī)床選用BNFN20005一5RRGo+610LC5型滾珠絲杠螺母副 其參數(shù)為：公稱直徑為20mm；右螺紋；導(dǎo)程為0.5mm；螺母滾珠回路數(shù)為5；RR表示密封圈代號(hào)；GO表示軸向間隙等級(jí)代號(hào)； 610L表示絲杠全長(zhǎng)為610 mm；C5表示精度等級(jí)。 4.3滑動(dòng)導(dǎo)軌的選型 導(dǎo)軌的作用就是用來(lái)支撐與引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿著一定的運(yùn)動(dòng)軌跡。在所有的導(dǎo)軌副中，把運(yùn)動(dòng)的一方作為動(dòng)導(dǎo)軌，靜止的一方作為支撐導(dǎo)軌。這樣動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支撐導(dǎo)軌來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，一般作直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 1對(duì)導(dǎo)軌的要求 （1）導(dǎo)向精度高 導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度通常導(dǎo)軌沿支撐導(dǎo)軌方向的直線度與圓度。 （2）耐磨性好及壽命長(zhǎng) 導(dǎo)軌的耐磨性取決于導(dǎo)軌的精度保持性。決定維持準(zhǔn)確性。沿支撐軌道移動(dòng)導(dǎo)軌從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看會(huì)引起不均勻磨損，損壞精密導(dǎo)軌，這樣會(huì)影響加工精度。 （3）足夠的剛度 導(dǎo)軌要確保在載荷地作用下不彎曲，不產(chǎn)生較大的變形，這樣就能確保每個(gè)部件間的位置與它們的精度。 （4）低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性 速度比較低的狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌就會(huì)產(chǎn)生向上爬。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)也會(huì)爬行，這楊就會(huì)影響到加工表面的粗糙度值，粗糙度會(huì)增加，所以導(dǎo)軌在低速運(yùn)動(dòng)地時(shí)候，要保持平穩(wěn)，不能爬行。 （5）工藝性好 在設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)中，要特別地了解制造，調(diào)整與維護(hù)的方便，要求保證結(jié)構(gòu)地簡(jiǎn)單，加工和技術(shù)性要好，要經(jīng)濟(jì)。 2導(dǎo)軌的選擇 本設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的精度要求比較高，還要要求結(jié)比較簡(jiǎn)單，而且調(diào)整，裝配與維修都要要方便。 所以本次設(shè)計(jì)選用上HGR25R1100P型上銀直線導(dǎo)軌HG系列 其參數(shù)為：R表示單出導(dǎo)軌；25表示尺寸；R表示上鎖式；1100表示導(dǎo)軌長(zhǎng)度；P表示精度 4.4聯(lián)軸器的選型 1聯(lián)軸器類別 （1）剛性聯(lián)軸器（固定式） 安裝精度要求較高，不具有補(bǔ)償性能，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本較低。這類聯(lián)軸器有套筒式、夾克式和凸緣式等。 （2）撓性聯(lián)軸器 a無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器 b裝有彈性元件的撓型聯(lián)軸器 2聯(lián)軸器選擇 本次設(shè)計(jì)選用梅花形彈性聯(lián)軸器。 對(duì)于這樣的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，好制造，外部結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，性能可靠，還有就是不經(jīng)常維護(hù)，成本也比較低，然而安裝的時(shí)候要做到沿軸向移動(dòng)。它適用于載荷變化不大，對(duì)緩沖減振要求不高，而需要有一定的補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移的中小功率傳動(dòng)中的兩軸的連接，符合本次的設(shè)計(jì)要求。 5其他部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.1電主軸軸座設(shè)計(jì) 鋁材質(zhì)量較輕，可減輕軸座的重量，而且鋁材延展性較好，便于電主軸安裝，還有就是主軸在鉆銑過(guò)程中不免受到?jīng)_擊，而且沖擊力又不大。因此，選用鋁材作為主軸軸座的材料。而鋁材本身質(zhì)量輕，但卻質(zhì)地較軟，因此本次主軸軸座選用硬鋁合金。 電主軸軸座的設(shè)計(jì)技術(shù)要求為:在保證電主軸能夠順利安裝的基礎(chǔ)上，確保不影響電主軸的自身性能，根據(jù)電主軸配套技術(shù)要求，主軸孔的大小為，粗糙度為0.8um。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮到兩個(gè)方面；保證電主軸的裝夾精度和整個(gè)微型數(shù)控鉆銑床各個(gè)部分的相對(duì)位置要求。為了穩(wěn)定的固定電主軸，電主軸孔采用整體式圓柱孔結(jié)構(gòu)，為了保證工作臺(tái)的行程，孔的中心與X, Y工作臺(tái)的幾何中心正對(duì)。 電主軸軸座尺寸： 1. 安裝電主軸部分的尺寸按電主軸尺寸確定 2. 其余尺寸見(jiàn)主軸軸座零件圖5.1 圖5.1主軸軸座零件圖 Chart5.1 Parts?drawing?of?spindle?seat? 5.2滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估計(jì) 1確定滾珠絲杠的導(dǎo)程 mm 式中：-移動(dòng)部件的最大速度（mm/min）； i- 傳動(dòng)比，當(dāng)滾珠絲杠與電動(dòng)機(jī)直接連接時(shí)i=1； -電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速（r/min） 2滾珠絲杠的當(dāng)量載荷與當(dāng)量轉(zhuǎn)速計(jì)算 r/min N 當(dāng)載荷與轉(zhuǎn)速接近正比變化，各種轉(zhuǎn)速試用機(jī)會(huì)均等時(shí)，可采用下列公式計(jì)算： r/min N 式中：-機(jī)床空載時(shí)滾珠絲剛所受軸向力（此時(shí)軸向力最小，N） -機(jī)床空載時(shí)滾珠絲剛所受軸向力（此時(shí)軸向力最大，N） -滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速（r/min） -滾珠絲杠的最小轉(zhuǎn)速（r/min） 3確定預(yù)期的額定載荷 確定預(yù)期的額定動(dòng)載荷 N 式中：-預(yù)加載荷系數(shù)。 4根據(jù)位置精度要求確定滾珠絲杠螺母副允許的最小紋底徑 （1）滾珠絲杠螺母副允許的最大軸向變形量 查閱資料和書籍影響定位精度的的主要是螺距誤差以及所受摩擦力矩的變化，初選滾珠絲杠規(guī)定最大軸向變形量必須滿足下式： 定位精度 （2）估計(jì)滾珠絲杠螺母副螺紋的底徑 mm 式中：L-滾珠絲杠螺母副兩個(gè)固定之城之間的距離（mm）,L=行程+安全行程+2X余程+螺母長(zhǎng)度+支撐長(zhǎng)度≈（1.2-1.4）行程+（25-30） 5滾珠絲杠螺母副螺紋底徑應(yīng)滿足的基本條件 根據(jù)計(jì)算出的基本導(dǎo)程，預(yù)期額定動(dòng)載荷和滾珠絲杠螺紋底徑，可以查出對(duì)應(yīng)的滾珠絲杠螺紋底徑和額定動(dòng)載荷，應(yīng)使 5.3軸承的計(jì)算 選用軸承的重要依據(jù)是軸承的基本壽命，并使之小于或等于基本額定壽命。在實(shí)際使用中，習(xí)慣上常用工作小時(shí)數(shù)表示軸承的基本額定壽命，用下式計(jì)算： 式中：-軸承的基本額定壽命（h），對(duì)于數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠上采用的軸承，一般取=20000h； n-軸承的工作轉(zhuǎn)速（r/min），與滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速相同； -壽命系數(shù)，對(duì)于球軸承=3； C-軸承的基本額定動(dòng)載荷（N）； P-軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷（N），其計(jì)算公式為 X-徑向動(dòng)載荷系數(shù)，可從《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13-5選??； Y-軸向動(dòng)載荷系數(shù)，選取同上； -徑向載荷（N），，其中，為軸承所承受的最大軸向力（N）； -軸向載荷（N），。 對(duì)球軸承，可將軸承的基本額定壽命公式變形得 根據(jù)此式即可計(jì)算球軸承的基本額定動(dòng)載荷C值，使之小于軸承樣本上列出的基本額定動(dòng)載荷值。 5.4軸承座的設(shè)計(jì) 軸承座材料選用灰鑄鐵，強(qiáng)度較高，塑性韌性還可以。軸承座內(nèi)圈與軸承外圈為基軸制過(guò)盈配合，這樣可以保證軸承內(nèi)圈在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中外圈不至于來(lái)回往返移動(dòng)。 本次設(shè)計(jì)軸承座尺寸圖如下圖5.2所示 圖5.2軸承座 Chart5.2 Bearing?pedestal? 軸承座技術(shù)要求如下： （1） 軸承座的底面、內(nèi)孔、端面有技術(shù)要求，其余的表面粗糙度按鑄造精度； （2） 不要求部分粗糙度為12.5； （3） 35內(nèi)孔和11孔端面精度值要求為1.6； （4） 軸承座前后端面粗糙度值要求為1.6； （5） 軸承座安裝端面粗糙度要求為1.6； （6） 軸承座材料為HT200，鑄件； （7） 未注倒角C1，未注圓角R2。 5.5微型鉆銑床立柱設(shè)計(jì) 微型數(shù)控鉆銑床的立柱在整個(gè)結(jié)構(gòu)中起支撐作用，支撐整個(gè)Z軸所有組件，立柱正面安裝有直線導(dǎo)軌、軸承座、電機(jī)支架，立柱下端固定在機(jī)床底座上。機(jī)床立柱個(gè)體大，采用鑄造方法，材料選用灰鑄鐵（HT200）。 立柱技術(shù)要求如下： （1） 立柱底面粗糙度值要求為1.6； （2） 立柱正面凸臺(tái)作安裝導(dǎo)軌用，表面粗糙度值要求1.6； （3） 安裝軸承座的兩個(gè)矩形凹臺(tái)表面粗糙度值要求1.6； （4） 其他未加工面采用12.5。 立柱尺寸： 1. 安裝滾珠絲杠螺母副部分按照滾珠絲杠螺母副的尺寸確定 2. 其余尺寸見(jiàn)立柱零件圖，如下圖5.3 圖5.3立柱零件圖 Chart5.3 Column?part?drawing? 5.6微型鉆銑床底座的設(shè)計(jì) 對(duì)于微型數(shù)控鉆銑床底座的結(jié)構(gòu)沒(méi)有特殊要求，只需根據(jù)工作臺(tái)及立柱的結(jié)構(gòu)，在特定位置加工螺紋孔以便將工作臺(tái)及立柱固定在其上方，并保證其位置精度和垂直度。機(jī)床底座材料采用灰鑄鐵（HT200）。機(jī)床底座上面兩邊鉆有兩排螺紋孔的兩個(gè)凸臺(tái)為安裝直線導(dǎo)軌，凸臺(tái)外側(cè)的槽為調(diào)整兩直線導(dǎo)軌直線度用。底座前端及兩側(cè)延伸出來(lái)的部分主要為接加工零件后所留下的碎屑，底座下端兩邊6個(gè)凸臺(tái)作固定用。 機(jī)床底座各部分技術(shù)要求如下： （1） 與立柱相接觸面粗糙度要求1.6，平行度要求達(dá)到0.01； （2） 安裝導(dǎo)軌的面要求為1.6。 機(jī)床底座尺寸： 1. 安裝工作臺(tái)及導(dǎo)軌部分按工作臺(tái)尺寸及導(dǎo)軌尺寸確定 2. 其余部分尺寸見(jiàn)機(jī)床底座零件圖，如下圖5.4： 圖5.4機(jī)床底座零件圖 Chart5.4 Machine?tool?base?parts?drawing? 6整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按照微型銑床的結(jié)構(gòu)示意圖，將選好的各零部件以及設(shè)計(jì)的部件裝配成整機(jī)結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)的微型數(shù)控鉆銑床結(jié)構(gòu)乃是立式結(jié)構(gòu)，采用三軸聯(lián)動(dòng)加工，機(jī)床的整體尺寸為1616mmx1020mmx1030mm，工作空間為400mmx300mmx390mm，主軸部分采用高速電主軸，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)24000r/min，最大進(jìn)給速度50r/min，定位精度1μm，完全可以滿足本機(jī)床加工的要求。 本次設(shè)計(jì)的微型數(shù)控鉆銑床XYZ三個(gè)方向采用伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的方式驅(qū)動(dòng)，但須保證X， Y，Z三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸相互正交，主軸的回轉(zhuǎn)精度平行于Z軸。刀具安裝在電主軸上，隨電主軸軸一起上下移動(dòng)。設(shè)計(jì)了電主軸端座，電主軸裝夾在端座內(nèi)上，實(shí)現(xiàn)了電主軸與機(jī)體的連接，工件在工作臺(tái)上被夾具固定好后，要能夠達(dá)到準(zhǔn)確定位，保障足夠的直角度和平行度，而且?jiàn)A持牢靠無(wú)相對(duì)滑動(dòng)。在裝配時(shí)要選用正確的裝配方法，正確的裝配工具，電主軸在裝配前要進(jìn)行性能測(cè)試，裝配完成后必須進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)各性能指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。 微型數(shù)控鉆銑床工作時(shí)，由鉆銑床的數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)數(shù)控加工程序的內(nèi)容，發(fā)出各種控制指令，控制電主軸、X-Y方向驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，以及輔助系統(tǒng)，共同完成被加工件的加工。 7總結(jié) 通過(guò)這短時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多，這次課設(shè)是對(duì)我大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的綜合考驗(yàn)，一套完整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)我而言是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，也是對(duì)我學(xué)習(xí)和動(dòng)手能力的一次考驗(yàn)。這次課設(shè)相比之前做的課設(shè)難度增加了很多，所用到的知識(shí)也要十分全面和廣泛。這次課設(shè)是理論與實(shí)踐的結(jié)合，通過(guò)本次設(shè)計(jì)我獲益非淺。本次設(shè)計(jì)題目為微型數(shù)控鉆銑床，主要對(duì)機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在我的努力下最終完成了各項(xiàng)任務(wù)。對(duì)于微型數(shù)控鉆銑床的關(guān)鍵的主軸部件，本設(shè)計(jì)采用電主軸，因?yàn)殡娭鬏S具有結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小、重量輕、動(dòng)態(tài)特性好、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于微型數(shù)控鉆銑床的設(shè)計(jì)。工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用伺服電機(jī)，伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常精確，機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，完全可以滿足本次設(shè)計(jì)微型鉆銑床的加工要求。 通過(guò)本次課設(shè)，綜合運(yùn)用了所學(xué)的知識(shí)，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，完成了對(duì)微型數(shù)控鉆銑床的設(shè)計(jì)，機(jī)床總體設(shè)計(jì)采用單柱布置方案，加工精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平高，布局簡(jiǎn)單、緊湊、具有較好的加工性能。 參考文獻(xiàn) [1] 吳宗澤，機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [2] 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