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小型龙门式数控钻铣床主传动与Z轴传动系统设计

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小型龙门式数控钻铣床主传动与Z轴传动系统设计
摘要
本论文主要研究小型数控钻铣床的传动系统。小型数控钻铣床的传动系统主要包括主
传动系统和Z 轴进给系统,本次设计任务是研究主传动系统和Z 轴进给系统的机械部分,
通过市场调研和查阅相关资料,论证了本设计的必要性和可行性。从确定小型数控钻铣床
的方案入手,设计主传动系统的装配图和主要零件图、进给传动系统的装配图和主要零件
图;确定小型数控钻铣床总体方案后,详细论述了主传动系统和进给传动系统各组成部分,
以及各部分的计算和选用。
这次设计采用自上而下的设计方法,从总体结构出发,然后进行各组成部分的设计。
在设计中,充分利用标准化、系列化、通用化,如用于连接的各种螺栓、滚珠丝杠、X-Y
工作台等,从而增大了互换性,便于维修工作,而且提高了生产效率,能满足不同用户的
需求。
本课题开发设计的数控钻铣床体积小、占地面积小、结构紧凑、技术上先进、生产率
高、实用性强、自动化强度高,劳动强度低、良好的经济效益。适用于中小批小型零件特
别是多小孔的小型零件加工生产,是小型企业、电子元件生产企业、个体企业较为理想的
加工设备,也可用于高工专、技校的机类专业的数控实习、实验教学。
关键字:数控钻铣床;主传动系统;电主轴;进给系统;滚珠丝杠


目录
1 绪论....................................................................... 1
1.1 数控机床的定义及其特点.................................................1
1.1.1 数控机床的定义.......................................................................................................... 1
1.1.2 数控机床的加工特点..................................................................................................1
1.2 数控技术的现状、发展趋势及我国发展现状................................1
1.2.1 数控技术的现状及发展趋势...........................................2
1.2.2 数控技术在我国的发展现状........................................... 2
1.3 本课题研究的目的和意义.................................................2
1.4 本章小结...............................................................3
2 总体方案的确定............................................................ 4
2.1 运动方案的确定.........................................................4
2.1.1 运动数目的确定..................................................... 4
2.1.2 运动方案的确定..................................................... 4
2.2 主要技术参数...........................................................5
2.3 本章小结...............................................................6
3 主传动系统的设计.......................................................... 7
3.1 主传动系统的特点和设计要求.............................................7
3.1.1 概述............................................................... 7
3.1.2 数控钻铣床主传动系统的特点......................................... 7
3.1.3 数控钻铣床对主传动系统的要求....................................... 7
3.2 主传动系统方案的确定...................................................8
3.3 主轴部件设计........................................................... 9
3.3.1 电主轴的基本结构................................................... 9
3.3.2 电主轴的工作原理.................................................. 10
3.3.3 电主轴的轴承技术.................................................. 10
徐州工程学院毕业设计(论文)
II
3.3.4 电主轴的主要参数...................................................................................................... 11
3.4 本章小结..............................................................11
4 进给系统方案的确定....................................................... 13
4.1 进给传动系统的组成、特点及要求........................................13
4.1.1 进给传动系统的组成................................................ 13
4.1.2 进给传动系统的特点................................................ 13
4.1.3 进给传动系统设计的基本要求........................................ 13
4.2 驱动装置的选择........................................................14
4.2.1 驱动装置的要求.................................................... 14
4.2.2 驱动装置的选择.................................................... 14
4.3 进给电动机............................................................15
4.3.1 交流伺服电动机的类型............................................................................................ 15
4.4 电动机与滚珠丝杠螺母副的连接方式......................................15
4.4.1 电机与丝杠连接的方式.............................................. 15
4.4.2 联轴器选择应考虑的因数............................................ 15
4.4.3 联轴器的类型...................................................... 16
4.5 滚珠丝杠螺母副........................................................ 16
4.5.1 滚珠丝杠螺母副的工作原理与特点......................................................................... 16
4.5.2 滚珠丝杠螺母副的循环方式.................................................................................... 17
4.5.3 滚珠丝杠螺母副间隙的消除和预紧方法................................................................ 18
4.5.4 滚珠丝杠的安装........................................................................................................ 19
4.5.5 滚珠丝杠的制动........................................................................................................ 21
4.5.6 滚珠丝杠螺母副的密封与润滑................................................................................ 21
4.6 导轨的选用............................................................22
4.6.1 对导轨的要求...................................................... 22
4.6.2 导轨的类型及选用.................................................. 23
4.6.3 导轨的润滑及防护.................................................. 24
徐州工程学院毕业设计(论文)
III
4.7 本章小结..............................................................25
5 Z 向传动装置设计..........................................................27
5.1 Z 向滚珠丝杠的计算及其校核............................................ 27
5.1.1 滚动丝杠副的导程计算.............................................. 27
5.1.2 滚动丝杠副的载荷及转速计算........................................ 28
5.1.3 确定预期额定动载荷................................................ 29
5.1.4 滚珠丝杠最小螺纹底径及预紧力的计算.................................29
5.1.5 确定滚珠丝杠副所用轴承规格型号.................................... 30
5.1.6 确定滚珠丝杠副其它尺寸............................................ 30
5.1.7 滚珠丝杠副刚度计算................................................ 31
5.2 Z 向电机的计算及其校核............................................... 32
5.2.1 作用在滚珠丝杠副各种转矩计算...................................... 32
5.2.2 负荷转动惯量(kgm2)及传动系统转动惯量(kg m2)的计算............. 32 L J J
5.2.3 加速转矩和最大加速转矩计算................................... 32 a T am T
5.2.4 电机的最大启动转矩计算............................................ 32
5.2.5 电机的连续工作时的最大启动转矩计算................................ 33
5.3 Z 向滚动导轨副的计算及其校核......................................... 33
5.3.1 作用于滚动直线导轨副的载荷计算.................................... 33
5.3.2 滚动直线导轨副的额定寿命计算...................................... 34
5.3.3 滚动直线导轨副的精度选用、预加载荷的计算及型号确定................ 34
5.4 本章小结..............................................................35
结论....................................................................... 36
致谢..................................................................... 37
参考文献................................................................... 38

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参考文献
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[4]夏田.数控数控钻铣床设计[M].北京:化学工业出版社,2006:16-79.
[5]郑堤.数控机床与编程[M].北京:机械工业出版社,2005:85-113.
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[7]张伯霖,夏红梅,黄晓明.高速电主轴设计制造中若干问题的探讨[J].制造技术与机床.2001,7:12-14.
[8]文怀兴,夏田.数控机床系统设计[M].北京:化学工业出版社,2005.:42-143.
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[10]杜君文,邓广敏.数控技术[M].天津:天津大学工业出版社,2002:201-240.
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[12]张伯霖,夏红梅,黄晓明.高速电主轴设计制造中若干问题的探讨[J].制造技术与机床.2001,7:12-14.
[13]赵德堃,戴曙.数控机床导轨设计(之一) [J].制造技术与机床,1995,5:45-46.
[14]James A, He nry W. Computer Integrated Maufacturing. Prentice Hall, Inc.2001:450-453.
[15]Serope Kalpak jian , Steven R.Schmind. Maufacturing Engineering and Technology(4th Edition)
.Prentice Hall,2001.
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