武汉理工大学

毕业设计(论文)

立式数控铣床Z轴进给系统及主轴机械结构设计

学院（系）： 机电工程学院

专业班级： 机自1202班

学生姓名： 尹坤

指导老师： 吴飞

学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

年 月 日

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2、不保密囗 。

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作者签名： 年 月 日

导师签名： 年 月

目录

第1章 论文的主要内容 3

第2章　总体方案设计 4

2.1　引言 4

2.2　主传动系统总体结构方案的设计 4

2.2.1　主传动系统的基本要求 4

2.2.2　主传动系统基本参数 4

2.2.3　主传动系统总体结构方案设计 5

2.3　Z轴进给系统的方案设计 6

2.3.1　Z轴进给系统的基本要求 6

2.3.2　Z轴进给传动设计 6

2.4　整体装配三维建模 7

第3章　主传动系统设计 8

3.1　引言 8

3.2　确定主传动系统参数 9

3.3　主轴变速传动系统计算 10

3.3.1　带传动设计 10

3.3.2　齿轮传动设计 12

3.3.3　张紧轮机构设计 14

3.4　轴的设计 15

3.4.1　高速轴的设计 15

3.4.2　中间轴的设计 16

3.4.3　主轴的设计 17

1、主轴的主要结构参数 17

3.5　主轴电机的选择 18

3.6　联轴器的选择 21

3.7　箱体设计 21

第4章　Z向进给系统设计 22

4.1　引言 22

4.2　床身立柱结构设计 22

4.3　Z向进给系统的设计 24

4.3.1　滚珠丝杠设计 24

4.3.2　滚珠丝杠的安装与预紧 25

4.3.3　联轴器的选择设计 26

4.3.4　伺服电机的选择计算 26

4.3.5　制动器的选择 27

4.3.6　导轨的选择设计 28

4.4　行程开关 28

第5章　安全性计算与校核 29

5.1　校核齿轮强度 29

5.2　轴强度的校核 30

5.3　校核轴承寿命 31

5.4　丝杠的定位精度和误差校核 33

总结 35

参考文献 36

致谢 37

第1章 论文的主要内容

本文主要介绍了立式数控铣床主传动系统的设计。主要包括主传动系统的设计和Z向伺服进给系统的设计，主传动系统的设计包括主轴电机的选用，主轴箱体的结构设计，各轴的结构设计，轴上零件的设计，以保证主轴转速达到所要求的范围。Z向进给系统的结构设计包括滚珠丝杠的选取、安装，进给伺服电机的选取，丝杠用的制动器的选择，行程开关的选择等。

现有国产的中档数控铣床，大多属于旧式机床的数控改造，即在原有机床的基础上增加数控系统，实现数字化。与现有装备相比，本设计立足现有技术，采用当代流行的主轴无级变速方式。大量采用新型产品，如变频调速电机、滚动导轨、高精度滚珠丝杠、电子行程开关等。使得铣床的整体结机械构变得跟简单。运动特性更好。

本论文主要研究内容：

1、总体方案设计

根据立式数控铣床工作过程的基本要求，对立式数控铣床的结构原理和特点进行分析，确定了主传动系统和z向进给系统的传动方式及驱动方式。

2、主传动系统的设计

查阅资料选择合理的主轴参数，根据选定的参数设计主传动系统，各轴的结构，设计轴上的传动零件，选择相应的主轴驱动电机。

3、Z向进给系统的设计

根据主轴箱的设计，选择合适的滚珠丝杆，选择合适的伺服电机和制动器，设计轴承支撑结构。

4、三维建模

运用三维建模软件Solidworks对设计的结构进行结构三维建模，并利用软件中的装配模块进行装配。

5、校核计算

对所设计的系统的刚度和强度进行计算和检查，检查驱动电机选择，并给出了具体的技术参数。

第2章　总体方案设计

2.1　引言

主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速（速度）和一定得变速范围，以便采用不同材料的刀、加工不同的材料、不同的尺寸、不同要求的工件，并能方便的实现运动的开停、变速、换向和制动。

数控铣床进给系统方面，对于一般低精度要求的数控机床，选用开环控制，对于数控铣床这类轮廓控制机床，除了要求具有较高的定位精度要求外，尤其重要的是应该保证具有良好的动态响应特性。

2.2　主传动系统总体结构方案的设计

2.2.1　主传动系统的基本要求

数控机床的主传动系统除应满足普通机床的主传动要求外，还有更加严格的使用要求，具体可以分为以下几个方面：

1、具有更大的调速范围并能实现无级调速；

2、具有足够的强度和刚度；

3、传动平稳，噪声低；

4、良好的抗振性。

2.2.2　主传动系统基本参数

立式数控铣床主传动系统的基本参数。

初定工作情况，及机床部分参数如下：

铣床的工作台面积为200×800mm²；使用的面铣刀计算直径为ϕ125mm，端铣刀宽度为55mm；铣削加工中最大切削为4000 N；主轴转速范围为30~1500 r/min；主轴计算转速为。

2.2.3　主传动系统总体结构方案设计

数控机床的主传动系统主要包括电机，传动系统和主轴部件，与普通机床的主传动系统相比，在结构方面比较简单。这是因为变速功能的全部或大部分有主轴电动机的无级调速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，有些也只用到二级或最多三级齿轮变速系统，用来扩大电动机的无级调速范围。

按照以上数控机床的主传动系统要求，本设计的主传动系统结构原理图如图2.1所示。

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