机电一体化系统设计报告

机电一体化系统设计课程设计

(说明书)

龙门式数控钻床机械结构设计

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上海理工大学本科课程设计(说明书)

《龙门式数控钻床机械结构设计分析与综合》摘要

近些年来，国内外机床工业的发展十分迅速，以数控为特征的现代化机床在生产中广泛应用。在工农业生产中，经常会碰到一些大型回转体类零件，其上需加工很多孔。用普通机床对其加工往往会遗漏，而小型数控加工中心则难以对其进行加工。本课题就是针对这一问题，设计一台龙门式数控钻床，专门适合对这一类零件进行钻削加工。它不仅大大减轻了操作者的劳动强度，而且大大提高了劳动生产率。

本次设计包括了数控钻床的主要机械结构，其中包括：主轴箱中的主传动系装配；进给系统中的工作台装配和传动系统中的丝杠螺母等设计。同时，将各项相关技术合理运用，以达到最优化设计的目的。

机械制造工业是国民经济的基础。机床工业则是机械制造工业的基础，它在国民经济中起着至关重要的作用，但我国机床工业与发达国家相比还有较大差距，我们必须奋发图强，努力工作，以便早日赶上世界先进水平。

关键词

数控钻床导轨工作台滚珠丝杠

上海理工大学本科课程设计(说明书)

目录

一、绪论 0

1.1国内外发展现状 0

1.2方案论证 (1)

1.3数控系统总体方案确定 (2)

二、结构设计 (2)

2.1主机部分总体方案确定 (2)

2.1.1床身 (2)

2.1.2 工作台 (2)

2.1.3主要参数 (2)

三、实体建模.................................................. 3、4

3.1 Solidworks三维建模 (4)

四、滚珠丝杠设计计算 (4)

4.1 动载强度计算 (4)

4.2滚珠丝杠轴向负荷F的计算 (5)

4.2.1摩擦力的计算 (5)

4.2.2惯性力计算 (5)

4.2.3丝杠螺母长度估算 (5)

4.2.4确定最大动载荷 (5)

4.3确定滚珠丝杠型号 (6)

4.4滚珠丝杠副的几何参数 (6)

4.5传动效率计算 (6)

五、机械部分设计计算 (7)

5.1 轴承的选择与校核 (7)

5.2等效力矩计算 (8)

5.3 电机的选择 (8)

5.3.1步进电机的选择 (8)

5.3.2直线电机的选择 (8)

设计小结 (9)

致谢 (9)

参考文献 (10)

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一、绪论

1.1国内外发展状况

1.1.1国内数控机床现状

近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。

1.1.2国外数控机床现状况

（1）、国际机床市场的消费主流是数控机床。

1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达70%，我国为60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。

（2）、国外数控机床的网络化。

以西门子为代表的数控系统生产厂商已在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中，除了传统的RS232接口外，还备有以太网接口，为数控机床联网提供了基本条件。由于国外企业的发展水平，数控机床的网络接口功能被定义为用于远程监控、远程诊断。

1.2方案论证

数控钻床按其布局形式及功能特点可分为数控立式钻床、钻削中心、印刷线路板数控钻床，数控深孔钻床及其它大型数控钻床等。

数控立式钻床是在普通立式钻床的基础上发展起来的，可以完成钻，扩，铰，攻丝等多道工序。适用于孔间距离有一定精度要求的零件的中小批量生产。它一般带有两坐标数控十字型工作台，被加工零件装夹在工作台上可进行两坐标移动，其控制系统一般是点位控制系统。属于经济型数控，价格便宜。

数控钻床一般包括以下几个部分：（1）主机包括床身，立柱，工作台，和主轴箱等机械部件；（2）数控系统；（3）驱动装置；（4）其它辅助装置，如冷却系统，防护罩，排屑器。

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1.3数控系统总体方案确定

1.3.1系统运动方式的确定

数控系统的运动方式可分为点位控制系统，连续控制系统。点位控制系统只能够实现由一个位置到另一个位置的精确移动，在移动过程中不进行任何加工。连续控制系统要求工作台或刀具沿各个坐标轴的运动有精确的运动关系。数控钻床在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，因此数控装置可采用点位控制方式。点位系统的要求是快速定位，保证定位精度。

1.3.2伺服系统的选择

开环控制系统没有检测反馈部件，不能纠正系统的传动误差。但其结构简单，调整维修方便，在速度和精度要求不太高的场合广泛应用。

闭环控制系统在机床移动部件上装有检测反馈元件来检测实际位移，能补偿系统的传动误差，伺服控制精度高，调试复杂，系统造价高。

由于该机床是加工敢距精度有要求但不太高的零件，采用开环控制系统。精度要求满足，结构简单，调整维修容易，可降低机床造价。并采用步进电机作为伺服电机。

1.3.3执行机构传动方式确定

为确保数控系统的传动精度和工作台平稳性，通常提出低摩擦，低质量，高刚度，无间隙，高谐振，以及由适宜阻尼比的要求。为满足低摩擦，尽量消除传动间隙的要求。本设计竖直方向的切削加工传动采用滚珠丝杠螺母传动副。由于本机床设计要求精度不高，所以丝杠支撑为一端轴向固定，一端自由并加预拉伸的结构。横梁采用直线电机直接驱动，横梁导轨采用直线导轨。

二、结构设计

2.1主机部分总体方案确定

2.1.1床身

采用龙门式结构。由两立柱，顶梁，横梁，工作台，主轴箱等组成。其钻孔的位置定们分别由主轴箱沿横梁的横向移动和工作台的转动来实现。横梁可沿两个立柱的导轨上下调整位置，以适应不同高度的加式需要。这种布局形式由两个立柱，顶梁和床身构成龙门框架式结构，主轴中心线的悬身距离也很小，所以刚度较高，可提高加工精度。

2.1.2工作台

工作台是数控机床的重要部件，其形式尺寸往往表现机床的规格和性能。工作台有矩形，回转形式，以及倾斜成各种角度的万能工作台等三种。由于该机床是加工大型盘形零件。故采用回转工作台。并采用开环控制。其定们精度由控制系统决定。

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