立式钻削中心主轴系统结构设计 论文编号:JX472 有设计图，论文字数:19933,页数:64 有开题报告，任务书 摘要 随着数控技术的发展，传统的立式钻床、铣床等设备并不能满足高加工精度，高加工效率，高速加工的加工要求。为此，在传统的立式钻床、铣床与新型数控机床技术的基础上，开发了以钻削为主，并兼有攻丝、铣削等功能，且备有刀库并能够自动更换刀具来对工件进行多工序加工的数控机床—钻削中心。 本文主要针对钻削中心的主轴系统进行设计。在本设计中，主轴调速取消了齿轮变速机构，而是由交流电动机来调速；主轴与电机轴之间采用多楔带传动；主轴内部刀具的自动夹紧，则采用了碟形弹簧与气压传动技术；主轴的垂直进给采用了半闭环伺服进给系统；主轴的支承采用了适应高刚度要求的轴承配置。 总之，通过对主轴系统的设计，使系统满足了钻削中心高效、高加工精度的要求。 关键词 数控技术 钻削中心 主轴系统 Abstract With the development of NC technology, the traditional vertical drilling, milling machine and other equipment and can not meet the high precision machining, Processing high-efficiency, high-speed machining requirements. Therefore, in the traditional vertical drilling machine, CNC milling machine and new technology on the basis of developing a drilling mainly, and both tapping, milling, and other functions, With cutting tool can automatically replace the multi-process workpiece machining CNC machine tools – Drilling Center. This paper is concerned with the drilling spindle system design. In this design, the spindle speed of the complete elimination of the variable speed gear, and a fully by the AC motor is to be achieved. Wedge Belt Drive is used between spindle and motor shaft. Internal spindle automatic tool clamping, the use of a disc spring with pressure transmission technology;The vertical axis feed using a semi-closed-loop servo control system; The supporting of spindle uses high stiffness requirements of the bearing arrangement. In short, through the spindle system design, allowing the system to meet the drilling center efficient, high-precision processing of the request. Keywords NC technology Drilling Center spindle system 目录 摘要I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1数控技术发展状况及发展趋势 1 1.1.1概述 1 1.1.2数控技术国内外发展现状 2 1.1.3数控系统的发展趋势 2 1.2 课题研究的目的与意义 5 1.3设计方案的确定 6 第2章 钻削中心主轴部件结构设计 7 2.1 主轴的结构设计 7 2.1.1主轴的基本尺寸参数的确定 7 2.1.2主轴端部结构 8 2.1.3主轴刀具自动夹紧机构 9 2.1.4主轴的验算 11 2.1.5主轴材料和热处理的选择 15 2.2主轴传动的设计 16 2.2.1传动方式的选择 16 2.2.2多楔带带轮的设计计算 17 2.2.3多楔带的选择及带轮尺寸参数的确定 19 2.2.4传动件在主轴上的位置 20 2.2.5主轴电动机的选择 21 2.3主轴轴承 22 2.3.1主轴轴承的选用 22 2.3.2主轴轴承的配置 24 2.3.3滚动轴承调整和预紧方法 24 2.3.4主轴轴承的润滑 25 2.4碟形弹簧的计算 27 2.4.1钻削力分析 27 2.4.2碟形弹簧设计计算 29 2.4.3碟形弹簧的校核 31 2.5气缸的设计计算 33 2.5.1气缸的结构设计 33 2.5.2气动回路的选择 37 第3章 主轴进给系统的设计 39 3.1 概述 39 3.1.1伺服进给系统的组成 39 3.1.2伺服进给系统的类型 39 3.2 进给系统设计计算 41 3.2.1主要参数的设定 41 3.2.2切削力的估算 41 3.2.3滚珠丝杠副设计计算 42 3.2.4丝杠的校核 45 3.2.5选伺服系统和检测装置 47 3.2.6伺服电机计算 47 结论49 致谢50 参考文献 51 附录1 52 附录2 57 以上回答来自:
数控铣刀的分类及应用的研究 摘共l数控行业的空前发展，使数控铣刀样式萦多，对其进行合理划分和对其应用条件和场合的分析是很有实际惫义的. 「关扭询〕数控铣刀分类应用 近年来，随着数控机床的不断发展，数控机床刀具种类越来越 多，其划分也越来越细，但无论样式如何改变，从总体上看，数控加工 刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，而数控刀具 中又以数控铣刀应用最为广泛，现就目前数控刀铣刀的类型总结如下。 一、.挂.刀的分共 (一)按制造铁刀所用的材料可分为 1.高速钥刀具; 2.硬质合金刀具: 3.金刚石刀具; 4.其他材料刀具，如立方氮化翩刀具、陶瓷刀具等. (二)按铁刀结构形式不同可分为 1.整体式:将刀具和刀柄制成一体。 2.镶嵌式:可分为焊接式和机夹式。 3.减振式当刀具的工作胃长与直径之比较大时，为了减少刀具 的振动，提高加工精度，多采用此类刀具。 4.内冷式:切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部; 5.特殊型式:如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等. (三)按铁刀结构形式不同可分为 1.面铣刀(也叫端铣刀):面铣刀的回周表面和端面上都有切削 刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可 转位结构，刀齿材料为高速钥或硬质合金，刀体为4ocr。钻削刀具，包 括钻头、铰刀、丝锥等: 2.模具铣刀:模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为回锥形立铣 刀、回柱形球头立铣刀和回锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平 型直柄和莫氏锥柄.它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃 与球头刃圃弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钥或 硬质合金制造。 键槽铣刀:用于铣削键槽. 成形铣刀:切削刃与待加工面形状一致。 二、，用.挂位刀 现就几种目前比较常用的铣刀类型就其应用场合加以说明。 (一)单刃铁刀 该刀具加工效率高，采用优质的硬质合金作刀体，一般采用刃口 锐磨工艺，以及高容l的排屑，使刀具在高速切割中有不粘屑，低发 热，光洁度高等特点。它广泛应用于工艺品、电子、广告、装饰和木业 加工等行业，适合工厂批量加工以及高要求的产品。 (二)两刃立铁刀和四刃立铁刀 该类刀具一般采用整体合金结构，其特点是拥有很强的稳定性， 刀具可在加工面上稳固地工作，使加工质量得以有效的保证。适用材料 范围广，如碳素钢、模具钢、合金钢、工具钢、不锈钢、钦合金、铸 铁、适用于一般模具、机械零件加工. (三)峨纹铁刀 随着中国数控机床的发展，螺纹铣刀越来越得到人们的认可，它 很好的加工性能，成为降低螺纹加工成本、提高效率、解决姗纹加工难 题的有力加工刀具.由于目前娜纹铣刀的制造材料为硬质合金，加工线 速度可达80一20(ha/毗n，而高速钢丝锥的加工线速度仅为10~ 3如/耐n，故螺纹铣刀适合高速切削，加工螺纹的表面光洁度也大幅提 高。高硬度材料和高温合金材料，如钦合金、镶基合金的姗纹加工一直 是一个比较困难的问题，主要是因为高速钢丝锥加工上述材料姗纹时， 刀具寿命较短，而采用硬质合金姗纹铣刀对硬材料螺纹加工则是效果比 较理想的解决方案.可加工硬度为HRC58一62。对高温合金材料的拐纹 加工，螺纹铣刀同样显示出非常优异的加工性能和超乎预期的长寿命。 对于相同绷距、不同直径的娜纹孔，采用丝锥加工需要多把刀具才能完 成，但如采用螺纹铣刀加工，使用一把刀具即可.在丝锥磨损、加工姗 纹尺寸小于公差后则无法继续使用，只能报废;而当螺纹铣刀磨损、加 工燎纹孔尺寸小于公差时，可通过数控系统进行必要的刀具半径补偿调 整后，就可继续加工出尺寸合格的螺纹.同样，为了获得商精度的娜纹 孔，采用螺纹铣刀调整刀具半径的方法，比生产高精度丝锥要容易得 多。对于小直径螺纹加工，特别是高硬度材料和高温材料的姗纹加工 中，丝锥有时会折断，堵塞螺纹孔，甚至使零件报废;采用螺纹铣刀， 由于刀具直径比加工的孔小，即使折断也不会堵塞螺纹孔，非常容易取 出，不会导致零件报废;采用姗纹铣削，和丝锥相比，刀具切削力大幅 降低，这一点对大直径螺纹加工时，尤为重要，解决了机床负荷太大， 无法驱动丝锥正常加工的问题。 螺纹铣刀作为一种采用数控机床加工姗纹的刀具，成为一种目前 广泛被采用的实用刀具类型. 三、绪论 数控铣刀的种类多种多样，随着数控行业的日益发展，数控铣刀 的类型和应用条件和场合也必将发生变化，我们仍要继续对其动态进行 关注和研究，这是很有现实意义的。 .考文傲: 【1]梁海、黄华剑，螺纹铣刀在数控加工中心上的应用〔J] . 现代制造工程 . 2(KI6，10:2931. 【2]陈小峰.姗纹铁刀在加工中心上的应用〔J] . 机械工人(冷加工)，2006 (11):1517 . 【3]张新、张萍，数控机床刀具的分类特点及合理选择[J] . 林业机械与木工 设备 . 2007，6:3335 .
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铣床的数控x-y工作台设计295 双击自动滚屏文章来源：一流设计吧 发布者：16sheji8 发布时间：2010-4-1811:27:36 阅读：284次 数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术及应用”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。本课程设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。设计要求 课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。 课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练。如精密执行机构（或装置）的设计、计算机I/O接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。 说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形分配器等）的说明。 该课程设计的内容及方法，可以归纳如下： 1.采用微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。 2.选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。 3.精密执行机构的设计。主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元件的主要功能（传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位或高速运转等），进行力矩、负载功率、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算。4.学会使用手册及图表资料。 1.总体方案的确定 1.1设计参数系统分辨率为0.01mm，其它设计参数如下表。设计分组最大铣刀直径 最大铣削宽度ae最大铣削深度ap加工材料工作台加工范围（mm）最大移动速度416mm5mm2mm碳钢X=200,y=1503m/min 工作台草图 1.2初选步进电动机和丝杠当传动比i=1时，可用联轴器直接将电机与丝杠连接，这种结构有利于简化结构，提高精度。由i=(公式2-1)①，θb为步进电 [1][2] 下一页 本文来自:一流设计吧(www.16sheji8.cn)详细出处参考：
数控技术和装备发展趋势及对策
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。
1 数控技术的发展趋势
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面［1～4］。
1．1 高速、高精加工技术及装备的新趋势
效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。
在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。
在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。
为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。
1.2 5轴联动加工和复合加工机床快速发展
采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。
当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。
在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。
1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。
为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。
网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。
1.4 重视新技术标准、规范的建立
1.4.1 关于数控系统设计开发规范
如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。
