数控立式钻铣床毕业设计方案

毕业设计方案题目数控立式铣钻机床设计

学院机械工程学院

专业机械工程及自动化

班级机自08**

学生**

学号20080403315

指导教师**

二〇一二年四月六日

学院机械工程学院专业机械工程及自动化

学生** 学号20080403315

设计题目数控立式铣钻机床设计

一、选题背景与意义

1.国外数控钻铣床现状与发展趋势

国外数控钻铣床的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。从机械结构上看，其发展经历了十字架型（轻型）、门型（小型）、龙门型（大型）3个阶段，相应的型号种类繁多。能够代表数控钻铣床技术最高水平的厂家主要集中在德国，目前，国外已有厂家在龙门式切割机上安装一个专用切割机械手，开发出五轴控制系统的龙门式专用切割工具，该系统可以在空间切割出各种轨迹，利用特殊的跟踪探头，在切割过程中控制切割运行轨迹。

我国工厂的板材下料中应用最为普遍的是数控铣床和等离子切割，所用的设备包括手工下料、仿形机下料、半自动切割机下料及数控切割机下料等。与其他切割方式比较而言，手工下料随意性大、灵活方便，并且不需要专用配套下料设备。但手工切割下料的缺点也是显而易见的，其割缝质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后道加工工序的工作量大，同时劳动条件恶劣。用仿形机下料，虽可大大提高下料工件的质量，但必须预先加工与工件相适应的靠模，不适于单件、小批量和大工件下料。半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一种形状的切割。上述3种切割方式，相对于数控切割来说由于设备成本较低、操作简单，所以在我国的中小企业甚至在一些大型企业中仍在广泛使用。

随着国内经济形势的蓬勃发展以及以焊代铸趋势的加速，数控铣床的优势正在逐渐为人们所认识。数控铣床不仅使板材利用率大幅度提高，产品质量得到改进，而且改善了工人的劳动环境，劳动效率进一步提高。目前，我国金属加工行业使用的数控铣床是以火焰和普通等离子切割机为主，但纯火焰切割，已不能适应现代生产的需要，该类切割机可满足不同材料、不同厚度的金属板材的下料以及金属零件的加工的需要，因此需求量将会越来越大，但与国外的差距仍极为明显，主要表现为：发达国家金属加工行业90%为数控切割机下料，仅10%为手工下料；而我国数控切割机下料仅占下料总量的10%，其中数控铣床下料所占比例更小。

我国数控铣床每年市场需求量约在400~500台之间。相较而言，仿形切割机每年销售几千台，半自动切割机每年销售达上万台。由此可见，我国数控切割市场，尤其是数控铣床市场的发展潜力是巨大的。

2.数控技术的现状与发展

计算机技术的飞速发展推动了数控技术的更新换代，而这也日益完善了数控铣床的高精、高

- 1 -

济南大学

速、高效功能。代表世界先进水平的欧洲、美国、日本的数控系统生产商利用工控机丰富的软硬件资源开发的新一代数控系统具有开放式体系结构，即数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向最终用户，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、不同档次产品的开发。

开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向发展。

近几年来，由于对切割质量、劳动环境等的要求越来越高，其相应产品在我国的市场需求量也逐年上升。在我国的数控铣床设备生产行业中，由于缺乏切割理论研究与生产实践相转换的机制，因此新技术运用不广、新产品开发速度不快，制约了数控铣床技术的进一步发展和运用。

随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。

同时微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。

未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。

数控机床作为高自动化、高柔性、高精度、高效率的机械加工设备，决定了它在现代制造业中占有越来越重要的作用，近年来，我国在中高档数控机床关键技术上有了较大的突破，创造出一批具有自主知识产权的研究成果。目前，在实际应用中有部分工件在加工微型孔或铣削平面时，加工精度不高，如果我们用传统的数控铣床对其进行加工，将导致加工效率低且加大设备和电力的损耗。根据这样的情况，我们设计了一种小型数控立式钻铣床，该钻铣床造价大大低于传统数控机床，还能满足教学上的使用，提高了学生对数控机床的理解和认识。

3.选题的目的及意义

本毕业设计课题就是关于数控立式钻铣床的设计，目的在于通过毕业设计，了解数控立式铣钻床的整机系统结构设计，主要包括机床动力参数、整机的结构布置、伺服系统的选择以及滚珠丝杆、滚动导轨、联轴器、滚动轴承、交流伺服电机、高速电主轴等关键零部件的选择和设计，设计选择最优的系统方案并完成结构分析和结构布置，明白设计方法和思路，为以后进一步的工作打下基础。通过设计加深对基础知识的理解，并学会理论知识的实际应用，并在原有的基础上有所改进和创新突破，提高综合运用和深化所学的理论知识和技能，增强分析和解决工程实际问题的能力,加深对实际工程的理解。

a.培养学生综合运用和巩固扩大已学过的知识，以提高理论联系实际的设计与计算能力。

b.培养学生收集、阅读、分析和运用资料的能力，以提高独立工作的能力。

- 2 -

济南大学

c.使学生初步掌握机床设计的方法与步骤，以提高机构设计与编制设计文件的能力。

d.使学生利用微机进行主轴组件优化设计和主轴刚度的校核计算，以提高现代设计计算方法的能力。

二、设计内容

完成数控立式铣钻床的整机系统结构设计，主要包括机床动力参数、整机的结构布置、伺服系统的选择以及滚珠丝杆、滚动导轨、联轴器、滚动轴承、交流伺服电机、高速电主轴等关键零部件的选择和设计。

1.运动设计

根据机床的规格，用途和典型工艺的切削用量以及对同类型机床的分析比较，确定所设计机床的极限转速、转速数列的公比；拟定传动方案和传动系统图；确定传动副的传动比以及齿轮的齿数并计算转速误差。

2.动力计算

确定电动机的功率；计算传动件的计算载荷及其尺寸；验算主要传动件的应力，变形或者寿命是否在允许的范围内。

3.结构设计

传动轴系、变速机构、主轴组件、箱体、操纵机构、制动机构、制动装置、润滑装置等的布置和结构设计。

首先阅读同类型机床的有关资料(如：机床说明书、装配图、样本、机床水平分析等)。对机床的用途、主要参数、传动机构、零部件的机构设计等进行分析研究，在分析比较现有机床的基础上考虑设计方案，力求做到有所改进与创新，拟定方案的步骤：

1．拟定运动参数

对在设计任务书中已给出的运动参数，可结合参考资料与同类型机床的起动参数作分析比较。对设计任务书中未给出的运动参数，应根据任务书中规定的要求条件来确定，步骤如下：（1)确定机床的工艺范围及工件的计算极限尺t3

(2)选择经济合理的权限切削用量；

(3)确定机床主轴的极限转速；

（4)确辽转速公比值、转速级数、树速数列及调速范围。

按上述步骤确定转速后，应再与同类机床分析比较，并考虑目前用户的使用要求及今后的发展趋势，最后才予以确定。

2．运动设计

根据已定的运动参数，进行下列几项工作

(1)确定传动方案(如集中或分离传动、正反转方案等)

(2)论证并确定合理的结构网和转速图，

- 3 -

济南大学