立式铣床机械结构设计-总体及主轴箱设计

目录第一章绪论 (1)第二章总体设计 (2)2.1设计流程图 (2)2.2 X5040铣床简介 (2)2.3 FX2N(C)PLC简介 (4)2.4 X5040型铣床电气原理图线路分析 (4)2.5 PLC的I/O分配 (8)2.6 PLC接线图 (11)第三章X5040立式铣床电气系统的软件设计 (13)3.1 PLC程序设计 (13)3.2程序解释及调试 (16)第四章小结 (19)参考文献 (20)任务书............................................................................................. 错误！未定义书签。

摘要X5040铣床是一种应用广泛的多用途机床，它可以进行平面、斜面、螺旋面等多种表面的加工，它原是采用继电接触器电路来实现其电气控制，但是在电气控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，特别是在继电器接触式控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长，给生产与维护带来诸多不便，严重的影响生产。

PLC是专为工业应用而设计，其可靠性高，抗干扰能力强。

可将X5040铣床电气控制线路改造为基于FX2N的可编程控制器控制，可以提高铣床的整个电气控制系统的工作性能及参数指标，具有较高的可靠性与灵活性，减少工人维护、维修的工作量。

本文介绍了用PLC取代X5040铣床的继电器控制电路，阐述了PLC的设计方案；根据控制要求，确定PLC的输入输出点数，对I/O地址进行了分配，并画出了I/O接线图；根据控制原理，进行系统的软件设计，画出了T形图。

关键词：X5040铣床；电气控制；PLC控制；梯形图第一章绪论可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

他采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。

设计题目：立式数控铣床工作台（X轴）进给传动系统的设计摘要制造业是国民经济和国防建设的基础性产业，先进制造技术是振兴传统技术是振兴制造业的技术支撑和发展趋势，是直接创造社会财富的主要手段，谁掌握先进制造技术，谁就能够占领市场。

而数控技术是先进制造技术的基础技术和共性技术，已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。

我国数控技术及产业尽管在改革开放后取得了显著的成就，开发出了具有自主知识产权的数控平台，即以PC为基础的总线式、模块化、开放型的单处理器平台，开发出了具有自主知识产权的基本系统，也研制成功了并联运动机床，但是我过的数控技术及产业与发达国家相比仍然有比较大的差距，其原因是多方面的，但是最重要的是数控人才匮乏。

关键词：数控技术AbstractManufacturing industry is the foundation of the national economy and national defense industry, advanced manufacturing technology is the revitalization of traditional technology is the revitalization of technical support and development trend of the manufacturing industry, is the main means to create social wealth, who master the advanced manufacturing technology, who will be able to occupy the market. Numerical control technology is the basic technology and common technology of advanced manufacturing technology, which has become one of the important signs to measure the level of a country's manufacturing industry.China's CNC technology and industry even after the reform and opening up has made remarkable achievements, the development of the NC platform with independent intellectual property rights, which is based on PC bus modular open type single processor platform, developed the basic system with independent intellectual property rights, also developed a parallel motion but I have the machine tool, numerical control technology and industry compared with the developed countries is still a relatively large gap, its reason is iKey words: numerical control technology目录第1章概述 (3)1.2 总体方案设计 (3)第二章设计计算 (3)2.1 主切削力及其切削分力计算 (3)2.2 导轨摩擦力的计算 (3)2.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (3)2.4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (3)第3章工作台部件的装配图设计 (3)第4章滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (3)4.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验 (3)4.2 滚珠丝杠螺母副临界转速c n的校验 (3)4.3. 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验 (3)第5章计算机械传动系统的刚度 (3)5.1 机械传动系统的刚度计算 (3)5.2 滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (3)第6章. 驱动电动机的选型与计算 (3)6.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 (3)6.2 计算折算到电机轴上的负载力矩 (3)6.3 计算坐标轴折算到电机轴上的各种所需的力矩 (3)6.4. 选择驱动电机的型号 (3)参考文献 (3)第1章概述1.1技术要求工作台、工件和夹具的总重量m=1500kg （所受的重力W=14700N ），其中，工作台的质量0m =510kg （所受的重力0W =5000N ）；工作台的最大行程p L =600mm ；工作台快速移动速度m ax V =15000mm/min ；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数u=0.15,静摩擦系数µ0=0.2；工作台的定位精度为30um ，重复定位精度为20um ；机床的工作寿命为20000h 。

普通铣床主轴箱的设计(D O C)本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March目录1.概述-------------------------------------------------------------12.参数的拟定-------------------------------------------------------13.传动设计---------------------------------------------------------14.传动件的估算-----------------------------------------------------45.动力设计---------------------------------------------------------126. 结构设计及说明----------------------------------------------------------------------------147.总结-------------------------------------------------------------218.参考文献--------------------------------------------------------211.概述机床课程设计的目的机床课程设计，是在金属切削机床课程之后进行的实践性教学环节。

其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中，得到设计构思，方案分析，结构工艺性，机械制图，零件计算，编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力。

加工中心总体、主轴部件及立柱设计摘要加工中心是一种具有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。

它是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的高科技产品，综合了数控铣床、数控镗床、数控钻床多功能的加工设备。

基于加工中心的迅速发展，本次毕业设计的任务是设计加工中心总体、主轴部件及立柱。

加工中心的总体设计主要是通过设计各部件之间的尺寸联系来满足它们之间的位置关系要求。

主轴部件是机床的重要部件之一。

它是机床的执行件，其功用是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，从而完成表面成形运动。

主轴部件由主轴及其支承和安装在主轴上的传动件、密封件等组成。

加工中心立柱主要是对主轴箱起到支承作用，满足主轴Z向运动。

根据对立柱的结构、性能及其经济性的要求，采用井字型的内腔结构。

加工中心的设计符合数控机床高速化、高精度化、智能化、系统化与高可靠性等发展趋势。

目前，加工中心已成为现代机床发展的主流方向，广泛应用于机械制造中。

关键词：加工中心，主轴，轴承，立柱DESIGN OF THE OVERALL , SPINDLE ASSEMBLY AND COLUMN OF MACHININING CENTERABSTRACTMachining center (MC) is a kind of CNC machine with tool magazine. It can perform the multi-processing of workpiece by change cutting tool automatically. It is the high-tech product developed to adapt to the requirements for effort-saving and time-saving, and the multi-function equipment which integrated CNC milling machine with CNC boring and drilling machines.The tasks of graduation design are to design the overall of machine, the spindle assembly and column. The purpose of MC overall design is to establish the dimension relation between components. Spindle assembly is one of the important parts of the machine. It is the executive pieces, and its function is to support and carry the workpiece or rotary cutting tools, and bear the cutting force. The spindle assembly consists of the spindle and its support, the transmission members, seals and other components mounted on it. The function of MC column is to support the headstock to satisfy the movement of Z-axis. Based on the performance requirements of the structure and the economy, Column is of the cross-type structure inside.The design of MC is consistent with the development trend in high-speed, high precision, intelligent, and high reliability of CNC machine tools. Currently, MC stands for the main development direction of modern machine tool, which is widely used in machine manufacturing.KEYWORDS: machining center, spindle, bearing, column目录前言 (1)第一章加工中心概述 (3)第二章主传动系统设计 (3)2.1传动系统简介 (4)2.2主传动系统设计的要求 (4)第三章主轴电机的选型与参数 (6)3.1计算切削力 (7)3.2主电机功率估算 (7)3.3确定电动机型号 (8)第四章主传动变速系统设计 (8)4.1同步带参数计算 (9)4.2 圆弧同步带设计总结 (11)第五章主轴组件的设计 (12)5.1 主轴组件的设计要求 (13)5.2 主轴设计 (13)5.2.1主轴的主要尺寸参数 (14)5.2.2 主轴轴端结构 (14)5.2.3 主轴材料和热处理 (15)5.3 主轴的轴承 (15)5.4主轴组件的计算 (15)5.4.1初选主轴直径 (15)5.4.2主轴悬伸量a的确定 (15)5.4.3主轴最佳跨距的确定 (15)5.5 主轴组件校核 (16)5.5.1主轴组件的刚度计算 (16)5.5.2主轴强度校核计算 (17)5.5.3主轴强度校核 (20)5.6轴承、键的校核 (21)5.6.1轴承校核计算 (21)5.6.2键的设计计算校核 (22)5.7刀具自动加紧机构以及切削屑清洗机构 (22)5.8润滑与密封 (23)第六章设计总结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)前言1952年，第一台数控机床诞生.在制造业，数控装备出现，使许多复杂的加工曲面都能够顺利进行，如今数控机床已经成为制造业加工零件的主流器械。

组合机床主轴箱及夹具设计摘要:根据设计任务书的要求,本设计说明书针对连杆大小头双端面铣削组合机床的设计及专用夹具设计进行说明。

主要内容包括组合机床工艺方案的制定、组合机床配置型式的选择、组合机床总体设计以及主轴箱设计。

全文主要包括组合铣床的总体设计和主轴箱设计两部分。

机床总体设计主要是在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上确定“三图一卡”，主轴箱设计根据“三图一卡”，整理编绘出主轴箱原始依据图，重点分析传动系统，经过各种方案的比较，最后确定最优方案。

此外，为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，需设计专用夹具。

关键词：主轴箱；组合机床；夹具Combination Machine Tool Spindle boxes andfixture designAbstract:According to designs the project description the request,This design instruction booklet carries on the explanation in view of the connecting rod reducing socket double face milling aggregate machine-tool design and the unit clamp design. Main content including aggregate machine-tool craft plan formulation, aggregate machine-tool configuration choice, aggregate machine-tool system design as well as headstock design.The full text mainly includes combines the milling machine the system design and the headstock designs two parts. The engine bed system design mainly is in the designation craft plan and the determination engine bed disposition form, in the structure plan foundation determined "a three charts card", the headstock design basis "a three charts card", reorganizes the compilation to leave the headstock primitive basis chart, the key analysis transmission system, passes through each kind of plan comparison, finally determines the most superior plan. In addition, in order to enhance the labor productivity, reduces the labor intensity, guaranteed the processing quality, must design the unit clamp.Keyword：headstock ；aggregate machine-tool；jig目录第一章绪论 (1)1.1 组合机床的特点 (1)1.2 组合机床的分类和组成 (1)1.3组合机床的方案选择 (2)第二章组合机床总体描述 (3)2.1 组合铣床工艺方案的制定 (3)2.2 确定切削力、切削功率 (4)2.3 组合机床配置型式的选择 (5)2.4影响总体布置的因素 (5)2.5组合铣床的总体分析——三图一卡 (6)2.5.1被加工零件工序图 (6)2.5.2 加工示意图 (7)2.5.3组合机床联系尺寸图 (10)2.5.4 生产率计算卡 (11)第三章组合机床主轴箱设计 (12)3.1主轴箱设计的原始依据 (12)3.2 运动参数和动力参数的确定 (12)3.2.1 传动系统传动比分配 (12)3.2.2 计算传动装置的运动和设计参数 (12)3.2.3齿轮模数的估算及其叫校核 (13)3.2.4 轴各参数估算及强度校核 (16)3.3主轴箱的坐标计算 (25)第四章组合机床夹具设计 (27)4.1 组合机床夹具概述 (27)4.2 定位支承系统概述 (28)4.2.1定位支承系统 (29)4.2.2夹紧机构 (30)第五章总结 (31)致谢 (32)参考文献 (33)第一章绪论1.1 组合机床的特点组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。

第一章绪论1.1数控铣床简介科学技术的发展以及世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求；超高速切削、超精密加工等技术的应用，对数控机床的数控系统、伺服性能、主轴驱动、机床结构等提出了更高的性能指标；FMS的迅速发展和CIMS的不断成熟，又将对数控机的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制等技术提出更高的要求。

随着微电子和计算机技术的发展，数控系统的性能日益完盖，数控技术的应用颔域日益扩大。

数控铣床是在数控加工中心领域中最具代表性的一种典型机床，在数控机床中所占的比率最大，数控加工中心、柔性制造单元等都是数控铣床基础上派生或发展起来的。

它具有功能性强、加工范围广、工艺较复杂等点，主要用于各种复习的平面、轮廓、曲面等零件的铣削加工，同时还可以进行钻、扩、镗、攻螺纹等加工，在航空航天、汽车制造、机械加工和模具制造业中应用非常广泛。

1.2数控铣床的组成数控铣床一般由数控系统、机床基础部件、主轴箱、进给伺服系统及辅助装置等几大部分组成。

（1）数控系统数控系统是机床运动控制的中心，通常数控铣床都配有高性能、高精度、集成软件的微机数控系统，具有直线插补、圆弧插补、刀具补偿、固定循环、用户宏程序等功能，能完成绝大多数的基本铣削以及镗削、钻削、攻螺纹等循环加工。

（2）机床基础部件通常是指底坐、立柱、工作台、横梁等，是整个机床的基础和框架。

（3）主轴箱包括主轴箱和主轴传动系统，用于装刀具并带动刀具旋转、主传动大多采用专用的无级调速电动机驱动。

（4）进给伺服系统由进给电动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，其主轴垂直方向进给运动及工作台的横向和纵向进给运动均由各自的交流伺服电机来驱动。

（5）辅助装置包括液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。

1.3数控铣床的分类数控铣床品种繁多，规格不一，可按通用铣床的分类方法分为以下3类：(1)数控立式铣床：数控立式铣床主轴轴线垂直于水平面，这种铣床占数控铣床的大多数，应用范围也最广。

数控铣床毕业设计论文数控立式铣床工作台滑鞍结构设计第一章概述•现在，随着社会和科学技术的发展，机械产品的日趋精密复杂，且需频繁改型。

普通机床已不能适应这些需求。

数控铣床是机械和电子技术相结合的产物，它的机械结构随着电子控制技术在铣床上的普及应用，以及对铣床性能提出的技术要求，而逐步发展变化。

数控铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一，它除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削普通铣床不能铣削的需要2～5坐标联动的各表面轮廓和立体轮廓。

•数控铣床机械结构的主要特点，•（1）高刚度和高抗震性铣床刚度反映了铣床结构抵抗变形的能力。

为了满足数控铣床高速度、高精度、•高生产率、高可靠性和高自动化的要求，与普通机床相比，数控铣床应有更高的静、动刚度，更好的抗震性。

•（2）减少铣床热变形的影响铣床热变形是影响铣床加工精度的主要影响因素之一。

由于数控铣床主轴转速、进给速度远高于普通铣床，在切削过程中产生大量的热，从而发生热变形，严重影响了加工精度。

•（3）传动系统机械结构简化数控铣床的主轴和进给驱动系统主要是用交流、直流电动机和伺服电机驱动，因为他们调速范围大，并可无极调速，这样使传统大为简化，箱体结构简单。

•（4）高传动效率和无间隙传动装置数控铣床在高进给速度下，工作要求平稳，有高定位精度。

因此，对进给系统中的机械传动装置和元件要有高寿明、高刚度、无间隙、高灵敏度和低摩擦阻力的特点。

•（5）低摩擦因数的导轨要求导轨在高速进给时不振动，低速时不爬行，具有很高的灵敏度，耐磨性要高，精度保持性要好。

•数控铣床主要机械部件包括底座、滑鞍、工作台、立柱、主轴箱箱体等,它们的刚度等影响着数控机床的几何精度和加工精度,所以对数控铣床工作台，滑鞍设计对我认识机床有重要的意义。

第二章导轨的选择、、、、、、、、•、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、形三角形燕尾形圆形•、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、•当导轨与滑块作相对运动时，钢球就沿着导轨上经过淬硬并精密磨削加工而成的四条滚道滚动；在滑块端部，钢球通过反向器反向，进入回珠孔后再返回到滚道，钢球就这样周而复始地进行滚动运动。

学号2011040191037密级武汉东湖学院本科生毕业论文(设计) X5032立式铣床进给传动系统改造院(系)名称：专业名称：学生姓名：指导教师：二〇一六年五月八日郑重声明我郑重声明：本人恪守学术道德，崇尚严谨学风，所呈交的学术论文是本人在老师的指导下，独立进行研究工作所取得的结果。

除文中明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何他人已经发表和撰写过得内容。

论文为本人亲自撰写，并对所写内容负责。

本人签名：日期：摘要数控机床是当代机械制造业中实现机电一体化先进设备的代表。

伴随着先进制造业的发展，旧机床的数控化改造，尤其是普通机床数控化改造早已成为摆在我们面前迫切而艰巨的任务。

本课题是对X5032铣床进给系统的数控改造方案，在数控技术的历史、现状和发展的基础之上，通过对X5032旧机床的分析，结合机床改造的思路，提出了数控化改造的方案。

主要是针对机械部分进行改造，即对丝杠、驱动元件步进电机和减速齿轮的改造。

改造后的铣床不仅能加工平面、铣削键槽、等简单的零件外，还能加工形状复杂（如圆弧面加工、斜面及凸轮等）的零件，具有精度高、效率高及加工产品范围广等特点。

机床经过改造后，可以凸显机床强大的工作能力和深度的可靠性，加工精度和生产率同时有较大的提高，给企业提供一条切实可行的路径。

[关键词]数控改造；进给传动；X5032铣床目录第一章引言 (1)1.1数控机床的发展简史 (1)1.2数控机床发展趋势 (1)1.2.1高速性、高效性、高精度、高可靠性 (1)1.2.3开放性 (3)1.3课题背景、意义 (3)1.4研究目标 (4)第二章机械传动系统的改造设计 (5)2.1机械传动系统改造设计方案 (5)2.1.1改造设计任务 (5)2.1.2总体方案设计的确定 (5)2.2机械传动系统改造设计与计算 (6)2.2.1已知条件 (6)2.2.2进给系统计算，设计 (8)2.2.2.1纵向（X向）设计计算 (8)2.2.2.2横向（Y向）设计计算 (20)2.3数控铣床的导轨 (28)第三章数控机床控制方式选择 (31)3.1步进电机的开环控制 (31)3.1.1步进电机的工作原理 (31)3.1.2开环控制系统构成 (31)3.2数控机床开环系统速度计算 (32)第四章结论与展望 (32)第五章致谢 (33)参考文献 (35)第一章引言1.1数控机床的发展简史从第一台电子计算机诞生开始，美国北密执安的小型飞机承包商帕尔森斯公为了制造飞机机翼轮廓的板状样板，提出了采用数字控制技术进行加工的思路，1949年由帕尔森斯企业与美国麻省理工学院伺服机构研究院合作开始从事数控机床的研制工作，1952年，研究出第一台实验性数控系统，并把它安装在一台立式铣床上，成为全球第一台数控机床，完美实现了同时控制三轴的运动。

《机电一体化》课程设计数控立式铳床XY工作台机电系统设计院系:汽车学院专业:机械设计制造及其自动化班级:机电一班组长:雷博文组员：金亮、黄明亮、夏佳、熊秀成指导教师：蒋强目录一、设计目的 (3)二、设计任务 (3)三．总体方案的确定 (4)1、机械传动部件的选择..................................... ••:•. (3)(1) 导轨副的选用 (4)(2) 伺服电动机的选用 (4)(3) 工作台的选用 (4)2、................................................................. 控制系统的设计.. (4)3、................................................................. 绘制总体方案图.. (5)四、.......................................... 直线伺服电机的计算与选型51、.............................................. 导轨上移动部件的重量42、...................................................... 铣削力的计算43、........................................................ 载荷的计算74、............................................................ 初选型号75、............................................ 直线伺服电机可用性验算8五、........................................... 直线滚动导轨副的计算与选型81、直线滚动导轨选择理由 (8)2、直线导轨额定寿命L 的计算和选型 (10)3、光栅尺的选择 (11)4、工作台的选型 (12)六、PLC选型 (13)七、....................................................... 伺服放大器选型18八、控制系统硬件电路设计 (20)结束语 (21)参考文献 (22)一、设计目的课程设计是一个很重要的实践性教学环节，要求学生综合运用所学的理论知识，独立进行设计训练，主要目的：1) 通过本设计，使学生全面地，系统地了解和掌握数控机床得基本组成及其相关基本知识，学习总体方案拟定、分析与比较的方法。

摘要数控铣床是当今制造业中实现机电一体化的代表性先进设备。

本文在叙述了数控技术的历史、现状和发展的基础上，通过对国内PLC系统的比较，遵从性价比高、综合成本低的原则，最后确定采用松下FP1-C40系统。

针对松下FP1-C40系统的特点和旧机床的要求，进行了电气系统改造设计。

电气部分分别对强电和弱电进行了改造，将继电接触器控制改由PLC控制，实现宽的调速范围，进给部分增加步进驱动器及步进驱动电机，本课题利用松下FP1-C40型PLC对X5032立式铣床电气部分进行改造，由系统的继电接触器控制转换为可编程控制器控制。

使铣床抗干扰能力强，工作更可靠。

机床改造后，显示了机床强大的工作能力和高度的可靠性，加工精度和生产率有较大提高，是提高企业数控化率的一条切实可行的途径。

关键词：数控机床，步进电机，电气系统目录摘要 (1)目录........................................................................................................................................................ 引言 (1)1 X5032立式铣床的介绍 (4) (4) (4)X5032立式铣床主要结构特点 (6)应用范围 (6)主要技术参数 (6)应用行业 (7)X5032铣床常见电气故障分析与检修方法 (7)2 松下PLC (9)松下PLC基本特点 (9)概况 (9)FP1-C40的I/O分配及内部继电器 (10)FP1的特殊功能 (12)3 电气控制系统的设计 (15)结论 (22)致谢 (24)参考文献 (25)引言由于运用普通机床加工出来的产品大多存在着质量差、品种少、供货期长等原因，所以立式机床的电气部分改造相当有意义。

首先，提高了生产效率。

原机床经过电气部分改造后，就可以实现加工自动化，工作效率可以明显提高。