数控铣床设计毕业设计综述Word文件下载.docx

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国内：

教学型数控铣床作为高校机械类教学数控机床操作的实验与实训，已经在一些方面达到了一定水平。

现在，教学实验型数控铣床能够实现三轴联动控制，具有直线插补、圆弧插补、点动运行、MDI运行、自动运行、模拟运行、程序的动态显示、加工轨迹的动态显示等基本功能，采用ISO规定的数控加工代码编程，同一台计算机既是编程系统又是数控系统，可以完成从复杂型面的造型、自动编程、加工模拟仿真到数控实验、数控机床使用操作培训的全过程。

教学实验型数控铣床是科研院所、高校、尤其是高职学院理想的实验、实训设备。

该微型数控铣床的研制和推广，对于改变我国数控技术人才的培养模式，降低培养成本、缩短培养周期，具有重大的意义。

但是，近几年来随着国内外数控技术的迅速发展，原来的数控铣床在硬件和软件方面都暴露出诸多缺点，该机床的重新设计、改造也迫在眉睫。

因此，为了更好的达到教学的目的，需要在原有机床的基础上进行改造和升级。

国外：

美、德、日三国是当今世界上在数控机床科研、设计、制造和使用等方面技术最先进、经验最多的国家。

国外对于数控机床的研究要比较早，而且在各个方面都达到了先进的水平。

从数控机床出现至今的60年，数控机床随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。

目前，国外对数控机床的研究正朝着高速化、高精度化、功能复合化、控制智能化、微型化等方面发展，产品的技术创新与自主开发始终走在前列。

当前数控机床正向着高速高效、高精度、高可靠性、复合化、多轴化、智能化、网络化、柔性化、绿色化的方向发展。

1.4数控铣床加工的特点:

数控切削加工除了包含普通铣床加工优点以外，还具有如下的特点：

（1）零件加工的范围广，能加工各种形状复杂的零件并且灵活性好。

（2）能够加工普通机床难以加工的零件、加工速度快。

（3）在零件一次装夹后能加工零件的多道工序。

（4）加工的零件精度高质量稳定性好。

（5）自动化程度高，劳动者的生产强度得以减少。

（6）生产效率高。

1.5设计方案的可行性分析：

所设计的三坐标数控铣床，三个坐标方向的移动均由步进电机带动，主轴电机采用交流电机，所有电机均由电脑数控装置进行控制。

设计主要对数控铣床的机构进行设计，主要有以下几个方面：

X、Y,Z工作台的传动机构设计，主要是滚珠丝杠的运用；

机床整体结构的设计，主轴传动系统设计，多种方案比较了解优缺点，择优选取本课题原理可靠，具体方案为用套筒式联轴器连接步进电机与滚珠丝杠，对滚珠丝杠进行一端（两端）支撑，采用圆形导轨，实现X、Y、Z轴的运动，，这种设计结构简单，安装方便，所需要的仪器设备、材料都较常用，成本较低。

有足以保证该项目完成的科研能力和充分的研发时间，和相关软硬件的配合支持。

1.6预期目标：

1.运动功能的设计。

确定X、Y、Z三坐标运动形式（直线运动，回转运动）、功能（主运动，进给运动和其他运动）和步进电机、主轴电机和滚珠丝杠、轴承、导轨的选取。

2.基本参数的设计。

包括整体尺寸参数、零件尺寸参数（床身、底座、立柱、工作台、主轴、夹具），运动参数，动力参数的设计。

3.传动系统的设计。

包括传动方式、传动原理图和传动系统的设计。

4.总体结构布局的设计。

包括总体布局结构形式及总体结构布局方案图的设计。

第二章教学型数控铣床设计方案

2.1数控铣床组成和总体布局

2.1.1数控铣床的组成

数控机床的种类繁多，但从组成一台完整的数控机床上讲，它由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体以及辅助设备组成。

（1）主轴箱包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。

（2）进给伺服系统由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。

（3）控制系统数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。

（4）辅助装置如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。

（5）机床基础件通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。

2.1.2数控铣床的常用布局

数控铣床的常用布局形式有卧式铣床和立式铣床。

为了减少微型铣床占用空间，减少机床整体尺寸，并考虑应用的广泛性以及所做项目的实际情况，本设计铣床采用的布局形式为立式铣床形式，工作台X、Y轴相互叠加的十字结构，主轴在Z轴方向上移动，床身导轨水平放置，这样布局不仅有利于减少占地面积。

总体机床外型尺寸长为320mm，宽为220mm，高为400mm，工作台宽180mm，长180mm。

2.2教学型数控铣床总体传动方案的设计

本机床可以实现X轴、Y轴和Z轴三坐标联动，采用套筒联轴器连接步进电机和滚珠丝杠，对滚珠丝杠采用一端支撑，采用圆形导轨，通过步进电机带动丝杠旋转，后通过丝杠螺母将丝杠的旋转运动转化为X和Y轴的水平直线运动和Z轴的上下移动。

教学型数控铣床大致三维图

教学型数控铣床大致二维图

由于所设计的实验型数控铣床不同于一般实用加工型数控铣床，它主要用来教学实验，加工材料主要是石蜡或塑料，机床设计手册中没有针对此种材料列出铣削力的计算公式，即使套用软的材料来估算铣削力，也难免引起大的误差。

因此，不能完全按照以前的设计计算方法来进行设计，必须综合考虑各个方面的因素和在教学中的实际情况，力争做到最优化的设计。

接下来一章就来介绍实验型数控铣床机械部分的主要设计过程。

第三章机械部分设计

3.1电机的选取

3.1.1主电机的选取

3.1.1.1铣削力的计算

长期以来人们已经对铣削加工时的铣削力有了广泛深入的研究。

但人们对铣削力的研究只是针对特定特定加工条件下的特定工件，没有一套应用于各种场合的铣削力计算公式。

现实生活中人们设计的数控的通用机床希望应用性强，能满足各种加工要求，能应用于大多数场合。

因此，在对切削力的计算上，不能不考虑实际情况而用一些依靠纯理论推倒的公式和理论。

但是，此次设计我们可以用切削力的经验计算公式，因为切削力的经验计算公式是人们在现实生活中积累的，可以满足现实生活中大多数机床的切削力计算，具有很强的实用性。

因此，对于本次设计切削力的计算可采用经验公式，切削力可分解为三个分力：

Z向的主铣削力以及X、Y向的铣削分力、。

现假设刀具材料为高速钢，工作材料为铝（）。

Z轴铣削工作时铣削力的计算：

最大铣削直径，最小直径。

由《实用机床手册》得：

铣削功率

铣削力

铣削力修正系数

高速钢铣刀,前角系数

主偏角==1.0

因此

—工件材料的抗拉强度；

—铣削深度；

—毎齿进给量；

—铣削宽度；

—铣削直径；

Z—铣刀齿数，

现取=0.05mm/Z=4mmZ=2=10mm=5mmn=400r/min，

=642×

4×

0.05×

5×

10×

2×

0.9255=302.9N

=3.14×

400/1000=12.56m/min

=302.9×

12.56/60000=85.32

3,1,1,2主电机的选择

选主轴电机时按铣削计算。

因为铣削时最大的铣削力为：

0.9255=549.86N

1500/1000=23.55m/min

=549.86×

23.55/60000=0.215

主轴功率P==0.25/0.88=0.244

所以选电动机为=300，型号：

57BL-3030H1-LS-B

3.1.2步进电机的种类、结构、工作原理及选型计算

步进式伺服驱动系统是典型的开环控制系统。

在此伺服驱动系统中，步进电机作为执行元件。

而步进电机受驱动控制系统控制，驱动控制系统通过控制步进电机电极的通电顺序和脉冲频率，将电信号转化为具有一定速度、大小和方向的机械转角位移量，后通过传动机构实现工作台的运动。

但由于此驱动系统没不存在反馈检测环节，因此精度较差，速度也受到步进电机性能的限制。

但它的结构和控制简单、比较容易调整，故在速度和精度要求不太高的场合具有一定的使用价值。

3.1.2.1步进电机的种类

步进电机的分类方式很多，常见的分类方式有按产生力矩的原理、按输出力矩的大小以及按定子和转子的数量进行分类等。

由于分类方式的不同，步进电机可以分为多种类型，如表所示。

表步进电机的分类

分 

类 

方 

式

具 

体 

型

按力矩产生的原理

（1）反应式步进电机：

转子上没有绕组，而是由定子被励磁所激产生反应力实现电机运动。

（2）激磁式步进电机：

在电机的定子和转子上都有励磁绕组，由磁场产生的电磁力实现电机的运动。

按输出力矩大小

（1）伺服式步进电机：

电机工作时产生的力矩在几百分之一到几十分之一之间，只能带动较小负载的部件运动，在带动较大负载的部件运动时需要液压扭矩放大器。

（2）功率式步进电机：

输出的力矩一般在50N·

m以上，可以带动较大负载的部件运动。

按定子数

（1）单定子式

（2）双定子式（3）三定子式（4）多定子式

按各相绕组分布

（1）径向分布式步进电机：

电机的每一项按照圆周顺序排列

（2）轴向分布式步进电机：

电机的每一项按照轴向顺序排列

3.1.2.2步进电机的结构

目前，我国使用的步进电机大多为反应式步进电机。

反应式步进电机可分为轴向和径向分相两种形式，见表所述。

图4-2为一个典型的径向分相、单定子式、反应式的步进电机的结构原理图。

此步进电机和普通的电机一样，由定子和转子两部分组成，定子由定子铁心和定子绕组组成。

其中由电工钢片堆叠挤压形成定子铁心，详细形状见图示。

由绕值在定子铁心上的分布均匀的线圈组成定子绕组，控制绕组由直径的方向上的相对的两齿上的线圈串联构成的，图1的步进电机可为三相控制绕组，也称为三相步进电机。

其中给任一项绕组通电，就能形成一组定子磁极，磁极方向为图示的NS极。

定子磁极上开了5个齿槽等宽，齿间夹角为9°

的小齿，在转子上没有绕组，只有分布均匀的40个齿槽等宽、齿间夹角为9°

的小齿，结构上和磁极上的小齿类似。

不同的是定子磁极上的小齿错开了三分之一齿距的空间位置，见