XKQ2010×30轻型数控龙门铣床的设计

46机械装备Mechanized Equipment2017年8月下数控龙门铣床主轴箱设计任宣铭，杨龙允，刘宏钢，张伟鹏（山东科技大学机械电子工程学院，山东 青岛 266590）摘要：随着工业化进程的不断推进，数控技术不可避免地成为我国各行业发展的重要组成部分。

数控龙门铣床主要由主轴箱、进给伺服系统、机床床身等组成。

文章详细介绍了一种数控龙门铣床系统中主轴箱的设计方法。

关键词：数控技术；龙门铣床；主轴箱中图分类号：TG547 文献标志码：A文章编号：1672-3872（2017）16-0046-011 绪论1.1 数控技术发展概述数控技术对一些关系到国民生产和生活的重要领域的发展也起着越来越重要的作用，并且这些行业所装备的数控系统已经是现代工业发展的重要趋势。

我国所用的数控系统大多为传统的封闭式体系，已经不能适应制造业的发展趋势。

因此，对数控技术的改革变得尤为重要。

在市场需求方面，要重点解决数控系统以及相关配套部件的可靠性和生产规模的问题，使生产规模化、产业化。

1.2 数控机床的工作原理和组成所谓的数控机床，就是用数字化控制系统进行控制的机床。

用数控机床加工工件，首先，应该把零件图纸上的尺寸要求、位置要求以及技术要求转换成数控程序，即用规定的代码和格式编写加工程序，并且储存到机床系统中；其次，运用相关的机床输入系统将编写好的程序指令输入到机床系统中即CNC单元，CNC单元将程序进行翻译、运算后向机床的各个系统发出加工指令，并且驱动机床各部件装置进行加工，最后加工出我们所需要的合格零件。

1.3 数控机床的机械结构数控机床的机械结构一般由下面几个部分组成：①主传动系统。

其中包括动力装置、传动装置和主运动执行装置（比如主轴等）。

它的主要功能是使数控机床实现主运动；②进给传动系统。

其中包括动力装置、传动装置和主运动执行装置（比如工作台、刀架等）。

它的主要功能是使数控机床实现进给运动；③基础支撑件。

其主要功能是支撑机床本体的零件和部件，并且使这些零件和部件在加工的过程中的位置准确；④辅助系统。

目录摘要II关键词 (1)1 总体设计III1.1、铣床简介III1.2、 X K5040型数控铣床的总体布局、主要技术参数及总传动系统图IV1.2.1 XK5040型数控铣床的总体布局IV1.2.2 XK5040型数控铣床的主要技术参数V1.2.3 总传动系统图VII2 主运动系统设计VIII2.1 传动系统设计VIII2.1.1参数的拟定VIII2.1.2 传动结构或结构网的选择VIII2.1.3 转速图拟定X2.1.4齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制XII２.２传动件的估算与验算XVI2.2.1传动轴的估算和验算XVI２.２.２齿轮模数的估算XIX２.３展开图设计XXIII２.３.１结构实际的内容及技术要求XXIII２.３.２齿轮块的设计XXV２.３.３传动轴设计XXVII２.３.４主轴组件设计XXX２.４制动器设计XXXVI２.４.１按扭矩选择XXXVI２.５截面图设计XXXVII２.５.１轴的空间布置XXXVII２.５.２操纵机构XXXVIII２.５.３润滑XXXVIII２.５.４箱体设计的确有关问题XXXIX３进给系统设计XL３.１总体方案设计XL３.１.１对进给伺服系统的基本要求XL３.１.２进给伺服系统的设计要求XL３.１.３总体方案XLI３.２进给伺服系统机械部分设计XLI３.２.１确定脉冲当量，计算切削力XLI３.２.２滚珠丝杆螺母副的计算和造型XLIII３.２.３齿轮传动比计算LII３.２.４步进电机的计算和选型LIII３.２.５进给伺服系统机械部分结构设计LXIII４控制系统设计LXVI4.1绘制控制系统结构框图LXVI4.2.选择中央处理单元（CPU）的类型LXVII4.3存储器扩展电路设计LXVII４.３.１程序存储器的扩展LXVII４.３.２数据存储器的扩展LXIX４.４I/O接口电路及辅助电路设计LXIX４.４.１I/O接口电路设计LXIX４.４.２步进电机接口及驱动电路LXX参考文献LXXIII致谢错误！未定义书签。

控龙门铣床机械结构设计摘要现在世界上很多发达的工业化国家在生产中广泛应用数控机床。

随着电子技术和控制技术的飞速发展，当今的数控系统功能已经非常强大，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。

随着科学技术的发展，世界先进技术的兴起和不断成熟，对数控技术提出了更高的要求。

当今数控机床正在不断采用最新成果，朝着高速化，超精度化，多功能化、智能化、系统化、网络化、高可靠性与环保等方向发展。

本次毕业设计就是通过对5轴数控龙门铣床机械结构设计来加深对数控机床的了解。

通过本次毕业设计了解数控龙门铣床的机械结构，并对一些关键的部件进行校核。

并通过此次毕业设计熟练掌握一门三维绘图工具-Inventor.关键词：滚珠丝杠，滚动导轨，五轴联动铣头，Inventor.A 5 AXIS NC MILLING PLANER MECHANICALSTRUCTURE DESIGNABSTRACTIn many advanced industrialized countries in the world now is widely used CNC machine in the production .With the rapid development of electronic technology and control technology, today's numerical control system function is very strong, and with the continuous development of numerical control technology and application field expands,it to some important industry of the national economy and people's livel is playing a more and more important role in the development.With the development of science and technology, the rise of the world's advanced technology and matures, we put higher requirements on numerical control technology.Modern nc machine tools Using the latest achievements , toward high speed, super precision, and multi-functional and intelligent, systematic, network, such as high reliability and environmental protection.This graduation design is based on the five axis nc milling planer mechanical structure design to deepen understanding of nc machine tools.Through the graduation design ,I have understanded the mechanical structure of the CNC gantry milling machine, and some of the key components for checking.And through the graduation design I master a 3 dimensinal drawing tool - Inventor.KEY WORDS：Ball screw , Rolling guide , Five-axis linkage milling head, Inventor目录前言 (1)第1章数控机床概述 (2)第2章整体结构方案 (3)第3章伺服进给系统机械传动机构的设计 (4)§3.1 伺服进给系统机械传动机构设计的一般要求 (4)§3.2 滚珠丝杠螺母副的原理及支撑方式 (6)§3.2.1 滚珠丝杠螺母副的原理及特点 (6)§3.2.2 滚珠丝杠螺母副的支撑方式 (8)§3.2.3 支承轴承的选择 (9)§3.3 滚珠丝杠副的疲劳寿命计算 (9)§3.4 预加负荷 (11)§3.5 机床滚珠丝杠副总体校核 (11)§3.6 数控机床导轨 (16)§3.6.1 导轨的基本类型 (16)§3.6.2 对导轨的基本要求 (16)§3.6.3 直线滚动导轨 (17)第四章数控机床的进给驱动 (19)§4.1伺服系统的基本要求 (19)§4.2伺服电机的选择与计算 (21)结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)2III前言毕业设计是实现培养目标的重要教学环节，是培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神的重要过程。

课程设计任务书1.设计目的本次课程设计是毕业课程设计前一次对我们大学四年期间机械专业基础知识的考核和检验。

它囊括了理论力学，材料力学，机械原理，机械设计，机械制造装备设计等许多机械学科的专业基础知识。

它不仅仅是对我们专业知识掌握情况的考核和检验，也是一次对我们所学的知识去分析，去解决生产实践问题的运用。

通过本专业课程设计的训练，使学生初步掌握机床的运动设计（包括主轴箱、变速箱传动链），动力计算（包括确定电机型号，主轴、传动轴、齿轮的计算转速），以及关键零部件的强度校核，获得工程师必备设计能力的初步训练，从而提高分析问题、解决问题尽快适应工程实践的能力。

2.设计内容和要求1．运动设计：根据所给定的转速范围及变速级数，拟定机床主运动传动结构方案(包括传动结构式、转速分布图)和传动系统图，确定各传动副的传动比，计算齿轮的齿数，主轴实际转速及与标准转速的相对误差。

2．动力计算：选择电动机型号及转速，确定传动件的计算转速、对主要零件（如齿轮、主轴、轴承等）进行计算（初算和验算）。

3．结构设计进行主传动系统的轴系、变速机构、主轴组件等的布置和设计并绘制展开图、剖面图、主要零件工作图。

4．编写设计说明书1）机床的类型、用途及主要参数主轴转速范围：.m in /630m in,/50max min r n r n ==变速级数：z=12，主电动机：P=13KW ，n=1460r/min 。

工作台尺寸：1000x3000mm 。

主轴孔径：29mm 。

主轴套筒：直径250mm ，手动调整距离200mm 。

主轴箱进给范围：18级，10——500mm/min ，快速移动速度1.5m/min ，回转角度±30°。

推荐最大刀盘直径：350mm 。

2）设计部件名称：X2010型龙门铣床主轴箱。

3.设计工作任务要求1．专业课程设计设计说明书一份2．主轴箱展开图一张3．主轴箱剖面图一张4．机床传动系统图一张5．一个零件工作图（主轴）一张目录一、概述 (3)二、参数的确定2.1转速范围、各级转速等的确定 (3)三、传动设计3.1确定结构式及结构网 (4)3.2绘制转速图 (5)3.3绘制传动系统图 (6)四、传动件的估算4.1齿轮齿数确定 (7)4.2 各轴和齿轮计算转速 (9)4.3验算主轴各级转速相对误差 (10)五、动力设计5.1电机型号 (11)5.2各轴直径估算 (11)5.3齿轮模数的估算 (13)5.4尺宽的确定 (14)5.4轴承的选择 (15)六、结构设计6.1齿轮的轴向布置 (15)6.2各传动轴及其上传动元件的布置 (15)6.3主轴及其组件的配置 (17)6.4传动件的验算 (18)七、总结 (19)八、参考文献 (19)一、概述在现代机械制造工业中，金属切学机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40%～60%。

龙门式数控钻床设计说明书1. 引言本设计说明书旨在为龙门式数控钻床的设计与制造提供详细的技术要求和操作指南。

龙门式数控钻床是一种在金属加工行业广泛应用的设备，能够高效、精确地进行钻孔操作。

本文档将从设备的整体设计、机械结构、电气控制以及操作流程等多个方面进行说明。

2. 设备概述龙门式数控钻床是一种采用机械和电子技术相结合的高精度加工设备。

它由床身、龙门、工作台、主轴、进给系统和控制系统等部分组成。

其主要特点包括：•高精度：通过精密的机械结构和精确的数控控制，能够实现高精度的钻孔操作。

•大工件加工能力：具有较大的工作台面积和高承载能力，可用于加工大尺寸工件。

•高效能：数控钻床能够自动化地进行加工，提高生产效率。

•灵活性：通过数控编程，能够实现多种钻孔操作，适用于不同的加工需求。

3. 设计要求本文档中所描述的龙门式数控钻床的设计要求如下：•加工精度：钻孔直径精度应达到0.1mm以内，孔距精度应达到0.05mm以内。

•工件尺寸：能够加工不超过1000mm x 800mm的工件。

•动力系统：主轴转速范围应在100-5000rpm之间，能够满足不同材料的加工需求。

•进给系统：进给速度应可调，并能够实现快速定位和精确进给。

•控制系统：应采用先进的数控控制系统，具有良好的稳定性和可靠性。

•安全性：具备紧急停机、过载保护等安全功能，操作安全可靠。

4. 机械结构设计4.1 床身设计龙门式数控钻床的床身是整个设备的基础，需要具备良好的刚性和稳定性。

床身的结构应采用铸造件或焊接件，并进行适当的加强和支撑设计，以保证设备在加工过程中的稳定性。

4.2 龙门设计龙门是钻床的主要承载结构，其设计要求具备足够的刚性和稳定性，以保证钻孔过程中的精确度和稳定性。

龙门的结构通常采用铸铁或焊接结构，并依据实际工作需求进行适当的加固和加强。

4.3 工作台设计工作台是放置加工工件的部分，需要具备高承载能力和精确定位的能力。

工作台的设计应采用可调节高度和角度的结构，以适应不同加工需求。

数控龙门铣床设计首先，机床结构部分。

数控龙门铣床一般采用龙门式结构，即横梁作为横梁纵向移动的导向梁。

这种结构可以提供稳定的支撑和刚性，保证机床的精度和稳定性。

同时，可以根据加工件的大小和形状调整龙门的高度和宽度，增强机床的适应性。

其次，轴向结构部分。

数控龙门铣床通常包括X轴、Y轴和Z轴三个轴向。

X轴为横梁沿纵向移动的轴向，Y轴为工作台沿横向移动的轴向，Z轴为刀具上下移动的轴向。

这三个轴向通过精密的滑轨和直线导轨实现，可以实现机床的高精度运动和定位。

再次，工作台结构部分。

数控龙门铣床的工作台一般采用液压或电机驱动的滑台，可以实现工作台的快速移动和定位。

工作台上通常有多个T型槽，用于夹持工件和夹具。

同时，工作台还可以通过液压系统或机械手动装置实现旋转和倾斜，以满足不同加工需求。

其次，导轨系统部分。

导轨系统是数控龙门铣床的重要组成部分，直接影响机床的定位精度和运动平稳性。

一般采用线性滚动导轨，包括滑块、滑轨和滚珠轮等。

滑块通过滑轨进行滑动，滚珠轮起到承载和导向作用，保证机床轴向的平稳运动。

最后，控制系统部分。

数控龙门铣床的控制系统一般采用PLC或CNC控制系统。

通过编程设定机床的速度、进给量、切削深度等加工参数，实现自动化加工。

同时，还可以通过监控系统实时监测机床的运行状态和工件加工情况，提高生产效率和加工质量。

综上所述，数控龙门铣床的设计涉及到机床结构、轴向结构、工作台结构、导轨系统、控制系统等多个方面。

只有充分考虑这些因素，合理设计机床的各个部分，才能提高机床的性能和加工精度，满足不同加工需求。

同时，还需要时刻关注新技术的发展和应用，不断改进和完善数控龙门铣床的设计。

定梁式数控龙门铣床整体结构设计梁式数控龙门铣床是一种常见的数控机床，它的整体结构设计非常重要。

本文将从整体结构设计的角度出发，探讨梁式数控龙门铣床的设计要点和优化方法。

梁式数控龙门铣床的整体结构主要由机床床身、龙门横梁、工作台、滑块、主轴箱、进料机构、控制系统等组成。

其中，机床床身是数控龙门铣床的基础结构，承受整个机床的重力和切削力。

龙门横梁起到支撑和导向工作台的作用，承受加工过程中的惯性力和切削力。

工作台是工件安装和加工的平台，具有往复运动和旋转运动的功能。

滑块是主轴箱的运动装置，用于控制主轴的上下运动。

主轴箱包括主轴、减速器、驱动装置等，是数控龙门铣床的核心部件。

进料机构用于控制工作台的前进、后退和左右移动。

控制系统负责对整个机床的运动进行控制和监测，保证加工的精度和稳定性。

在整体结构设计中，需要考虑以下几个方面。

首先，应根据加工要求确定机床的加工范围和刚度需求，以确定床身的尺寸和形式。

其次，龙门横梁的尺寸和结构应考虑工作台的大小和负载要求，保证工作台的稳定性和刚度。

工作台的大小和形式应考虑加工件的尺寸和类型，以满足加工的要求。

滑块的结构和运动方式应具有足够的刚度和精度，以确保主轴的运动稳定和加工精度。

主轴箱的结构和轴承选择应考虑主轴的转速和刚度要求，以保证加工质量。

进料机构的结构和运动方式应根据加工件的尺寸和复杂程度来确定，以提高加工效率和质量。

最后，控制系统的性能和功能应与机床的结构相匹配，以实现精确的加工控制和监测。

在梁式数控龙门铣床整体结构设计中，需要注意优化设计。

首先，应采用适当的材料和结构形式，以提高机床的刚度和稳定性。

其次，应优化各组件的尺寸和位置，以减少功耗和噪声，并提高加工精度和效率。

此外，应选择合适的传动方式和轴承结构，以提高机床的工作精度和可靠性。

最后，应合理布置各部件和管线，以提高机床的维护便利性和使用寿命。

总之，梁式数控龙门铣床的整体结构设计是决定其加工质量和效率的关键因素。