数控雕铣机的电主轴设计—总体布局设计

数控雕铣机的电主轴设计—总体布局设计 航空制造工程学院 创新能力综合训练 告 研 究 报 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目: 数控雕铣机的电主轴设计—总体布局设计 所属课题: 数控雕铣机的电主轴设计 学 院: 航空制造工程学院 专业名称: 机械设计制造及其自动化 班级学号: 09031741 学生姓名: 刘世安 合 作 者: 杨振平，游之川 指导教师: 于斐 二O一二年 十 月 1 数控雕铣机电主轴设计的总体布局设计研究 学生姓名:刘世安 班级:090317 指导老师:于斐 摘要:采用了书籍和网络,调查研究了雕铣机的发展和电主轴对数控机床的发展意义,介绍数控雕铣机床的设计过程,包括机床总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计,主传动系统设计和进给系统的设计,在主传动设计系统中,主要 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了2.2KW主轴安装座的机械机构和电主轴的冷却和润滑的方式。在进给传动系统中主要分析了丝杆、导轨的安装,以及相关的固定和支撑。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,数控雕铣机电主轴总体布局的重要性。 关键词:数控雕铣机、电主轴,丝杆、导轨 主要创新点 数控雕铣机是一款集雕刻机和铣床功能于一身的数控机床。它充分集合了两种机床的优势，既能完成铣削的任务，又能完成雕刻功能，使被加工工件达到高精度和高质量表面。 2 目录 1. 绪论…………………………………………………………………4 1.1 数控雕铣机的概述……………………………………………5 1.2 数控雕铣机和数控铣床的比较………………………………...5 ……………………………………….5 1.3 雕铣机与雕刻机的比较 1.4 国内数控雕铣机的发展和现状………………………………...5 2. 研究方法…………………………………………………………...5 2.1 数控雕铣机的工艺范围……………………………………….6 2.2 数控雕铣机的特点……………………………………………6 2.3 设计要解决的问题和拟采用的研究方法………………………6 2.3.1 设计主要解决如下问题………………………………………6 2.3.2 设计拟采用的研究方法………………………………………….6 2.4 解决思路及步骤……………………………………………….7 2.5 数控雕铣机主要技术参数:……………………………………7 3. 研究结果及分析…………………………………………………..8 3.1 机床总体布局设计……………………………………………..8 3.2 设计方案分析……………………………………………….....9 3.3 设计结果………………………………………………...........9 3 4. 结论………………………………………………..........................10 5. 参考文献………………………………………………....................10 总结……………………………………………….................................11 1(绪论 1.1.数控雕铣机的概述 技术具有非常重要的意义。随着科学技术的不断 在机械制造领域，机床的数控 发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，产品的更新换代也不断加快。因此，对数控机床的也就显得比较重要，数控机床的设计与改造也成为工业发展的一个重要方面。数控铣床，由于可以较好的解决形状复杂、精密小批量多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，因此，数控铣床在世界各国得到了大力的发展，设计改造速度不断加快。 数控机床的重要组成部分有数控系统、刀库和机械手、数控刀架和转台、主轴单元(含电主轴)、滚珠丝杠副和滚动导轨副、防护罩和数控刀具等功能部件，这些功能部件的性能已成为整机性能的决定因素。数控系统由显示器、伺服控制器、伺服电机和各种开关、传感器构成。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如:从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，还大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。目前世界最大的三家厂商是:日本Fanuc、德国西门子、日本三菱，其产品量大面广，但技术并不一定是最高的，其余还有法国Num、西班牙凡高等。我国数控机床行业总体的技术开发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，且外方在许多高新产品的核心技术上具有掌控地位，我们对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精度、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能实用数控机床基本上还得依赖进口。与国外产品相比，我国的差距主要是机床的高速高效化和精密化上。对高速加工技术，国外已进行了多年的研究，对高速加工的机理、机床结构、机床刚度和精度的影响等都有了系统的研究，并开发生 4 产了各种高速铣削中心、高速加工中心，广泛应用于航空器铝合金零件和模具加工上。 我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有1500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广，可与日本、德国、美国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。 1.2 数控雕铣机和数控铣床的比较 1. 机型上的区别: 1)数控铣床主要用于完成较大铣削量的产品的加工 2)雕铣机主要用于较小铣削量或者轻金属的加工，或对软金属的加工 2. 从机床的主轴转速分析 1)数控铣床对数控系统要求速度一般，主轴转速0—8000左右 2)雕铣机要求高速的数控系统，主轴转速1500—30000左右 3. 从机床采用的数控系统的角度来看 1)数控铣床对数控系统的要求:稳定可靠，操作方便，维修方便等。 2)雕铣机大部分采用企业自主研发或者外购的工业控制器。 综上所述: 雕铣机大部分用于模具行业，也进行一些小切削用量的铣削。而数控铣床大部分在机械加工行业中使用，主要用于一些精密零件的加工和小批量多品种的加工。 1.3 雕铣机与雕刻机的比较 1) 从用途上分:雕刻机主要用于对板材的雕刻，大量用于双色板或亚克力雕刻，雕刻一次进刀1—3mm。 2)从机械构造方面:雕刻机的设计轻巧，雕刻主轴头装有弹簧压鼻。适用于切削用量很少的高转速的雕刻工艺制作。 1.4 国内数控雕铣机的发展和现状 随着家具制造业，广告招牌业，模具业的发展，尤其是模具业对表面加工的要求的提高，以及传统电火花加工的不足，最近的一两年综合铣削与高速雕刻优 5 点的CNC雕铣机在国内有了较大的发展。 国内几家著名的数控机床厂在这个领域里面都有较好的成绩。比如:北京精雕、广东佳铁，南京四开等都是国内著名的数控雕铣机厂。在雕刻CAD技术，CNC数控技术，精密雕刻机设计技术工艺等方面取得了重大的突破。并真正实现了先进技术向产业化的转化。 2. 研究方法: 数控雕铣机是一款集雕刻机和铣床功能于一身的数控机床。它充分集合了两种机床的优势，既能完成铣削的任务，又能完成雕刻功能，使被加工工件达到高精度和高质量表面。 2.1 数控雕铣机的工艺范围: 数控雕铣机设备外观大方、结构稳定、易操作、通用性强，主要用于各种钢模，注塑模等的加工，在合理的工艺条件下，可加工出表面极佳的效果。 2.2 数控雕铣机的特点: , 床身整体铸造，刚性好，减震好 , 采用高精密级直线导轨 , 采用日本三菱公司伺服系统，精度好，性能好 , 主轴配置2.2千瓦恒功率电机，大功率，可满足加工要求 , 有一定模具刚的粗加工能力 , 定位精度为正负0.01mm , 使用英国公司激光干涉仪进行精度保证 , 采用台湾新代控制器，性能稳定，操作方便。 2.3设计要解决的问题和拟采用的研究方法 此次的设计任务为数控雕铣床主传动系统的机械设计，撰写一份详细的设计说明书、绘制一张小型数控雕铣床的装配图、零件图。 2.3.1设计主要解决如下问题 1(根据主轴转速(1500r/min至24000r/min)设计电主轴，选择变频器; 2(设计主运动中各个零部件及分析其工作特点; 3(主轴轴承、间隙如何调整; 4(撰写设计说明书、绘制数控铣床的装配图、零件图。 6 2.3.2 设计拟采用的研究方法 1(到学校数控基地增强对数控雕铣机系统和结构的认识;拆装并测绘数控 机床，使自己对数控雕铣机有了感性的认识; 2(去学校图书馆翻阅一些有关数控雕铣机的改造的书籍再对其系统内部零 件进行设计:机床主运动传动系统的设计;各个主运动零件工作优点; 机床主要零件部件设计计算。 3(翻阅一些有关数控雕铣机的改造的书籍，采用小组讨论的方法共同确定 数控雕铣机的结构，并进行相关工艺参数的校核。 4(完成工程图的绘制。 2.4 解决思路及步骤 解决思路如图1-1雕铣机设计框图所示。 图1-1 雕铣机设计框图 1.机床的主运动设计 根据无级变速的特点，利用变频器的工作特点，来实现电主轴的转速。 2.主运动过程中的零件选择和分析 主轴轴承的选择，根据特点主轴前端采用双列短圆柱滚子轴承后端采用角 接触球轴承(采用背靠背)，分析轴承间隙的调整，轴向力的传递。 3.机床主要零部件的设计 (1)步进电机的选择计算;(2)轴承的选择和寿命校验; 4.控制电路的设计 由变频器来控制电主轴的转速和步进电机的快慢，来控制X、Y、Z轴方向的运动。 2.5 数控雕铣机主要技术参数: 7 名称 参数 500*480mm 工作台尺寸(X/Y) 400*400*450mm 最大行程(X/Y/Z) 13mm 最大刀具直径 5m/min 最大进给速度 2.2kw 主轴电机功率 1500-24000r/min 主轴转速范围 分辨率 ?0.001mm/脉冲 定位精度 ?0.01mm 重复定位精度 ?0.005 1500*1200*1800 外型尺寸(长/宽/高) 5kw 机器总功率 3 机器轴联动数 450*500*200 最大工件尺寸(X/Y/Z) 3. 研究结果及分析 数控雕铣机是一种高效率、多功能的中小型经济型数控加工设备。它集雕刻与铣削于一体，既保证了铣削小型工件所需要的低转速，大功率输出，又具备了雕刻所需要高转速的双重要求。 3.1 机床总体布局设计; 数控雕铣机主要用于较小铣削量或软金属材料的工件的加工。不但要求加工精度较高，而且要求实现高速切削，其主轴转速高达24000转/分左右，其移动部件不但要刚性要好，而且要尽可能轻巧，以保证其灵活性。对数控系统，要求其具有较高的转速和极好的伺服电机系统特性。 对于数控雕铣机，从机械的角度分析，其结构应满足:非移动部件其刚性要好，移动部件在保证其良好的刚性的前提下，尽可能轻巧，灵活性要好。要从机械上满足既轻巧有刚性好的要求，关键在于机械结构的合理设计上。 理论设计上，数控雕铣机总体结构布局如图所示。 8 机床主要组成是: 1 二维数控十字工作台 2 立柱 3 一维数控工作台 4 泵站 5 操作及控制柜。 3.2 设计方案分析: 本设计中，数控雕铣机选用龙门式结构。龙门式结构具有良好的刚性和对称性，一直是高速切削设备的首选结构。本机床总体布局采用龙门架式铣床结构，并设计了较宽的立柱和横梁。为克服不良力矩的问题，尽可能加宽了X/Y/Z三向的两根直线滚动导轨之间的跨距，从整体布置上有效保证了机床的刚性。 3.3 设计结果: 因米汉那铸铁具有良好的稳定性、吸振性和耐冲击性，可使机床床身的结构强度和刚性有明显提高，故本机床整体式床身底座采用米汉那铸铁铸造而成。它为箱型结构，内部筋板采用米字型筋配合的网状结构，确保了对Y轴工作台和两立柱的刚性支撑，使机床动态加工的稳定性可达最好。因机床的刚性主要用于克服移动部分在高速移动时对非移动部分的强大冲击，所以导轨和丝杆在设计时应尽量要求粗一些，以加强刚性。 由于采用了这些措施，所设计的数控雕铣机的最大优点是能进行比较细小的加工，加工精度比较高，对软金属可进行高速切削。 9 4. 结论 通过机械设计和数控技术的相关理论以及车间雕铣机的拆装实验，对数控雕铣机总体布局的设计以及对轴及轴承相关寿命的校核，得出了数控雕铣机设计涉及了机械电气诸多领域的知识。 5. 参考文献 [1]郑修本.机械制造工艺学.北京:机械工业出版社，1999. 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