XK714数控铣床总体设计及主传动系统的设计 立柱设计 床身设计【三维SW建模】【含CAD图纸+PDF图】
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XK714数控铣床总体设计及立柱的设计
专业：机械设计制造及其自动化 学号： 姓名： 指导老师： 职称：
摘要
本文是以XK714型立式数控铣床立柱的设计为研究对象，主要进行立柱传动系统的设计。根据给定的参数的要求，对进给传动结构和各部件：导轨、丝杠、支撑轴承、驱动电机进行具体计算、并选型，再逐一对选定的部件进行强度、寿命校核确定各设计部件的可靠性和可行性。导轨采用直线滚动导轨，摩擦系数小，反应速度快，动态响应好。进给传动采用双螺母滚珠丝杠，确保高定位精度；同时滚珠丝杠采用预拉伸装置，补偿热膨胀。最后通过对机械传动的误差计算与分析从理论上确定所设计的各部件符合设计要求。利用solidworks绘制出立柱部分总装配图和关键零件图。
关键词：立式数控铣床； 导轨； 丝杠； 校核
一．绪论
（一）.概述
1.我国数控机床的发展现状
国内一些专家在对我国数控机床产业的发展进行了分析，得出了如下的结论：
一是我国数控机床产业化低，与国外发达国家数控机床产业相比仍有很大差距。
二是高速、柔性、精密机床配套技术的自主研发能力低。数控机床的机械结构设计、制造的配套环节、集成技术和制造工艺等方面比较落后。
三是适应市场经济需求的以企业为主体、产学研相结合的技术创新体系尚未形成，无法有效整合相关技术、产业和资源优势，形成合力开展联合攻关，共同打造技术创新平台。
四是缺乏吸引高层次、高素质人才创新创业的环境，造成数控机床领域共性关键技术的持续创新能力不足。
五是对国外技术重引进、轻消化吸收的问题仍很突出。
2.我国数控机床的发展趋势
目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方面发展。
（1） 高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。
（2） 多功能化配有自动换刀机构的各类数控铣床，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用多主轴，多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。
（3） 智能化现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工境地和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。
二． 数控铣床的结构设计
（一）数控铣床结构组成
1.数控铣床组成
数控铣床的机械结构主要由：(1)主传动系统；(2)进给传动系统；(3)支撑件；(4)辅助装。本次设计的铣床采用工作台移动，主轴升降转动的布局形式。
2.XK714主传动系统方案的确定
为了适应不同的加工要求，目前主传动系统分为三种变速方式：（1）、二级以上齿轮变速系统；（2）、一级带传动方式；（3）、调速电动机直接驱动方式。
由于二级以上齿轮变速系统变速装置多采用齿轮变速结构。通常使用滑移齿轮实现二级变速的主传动系统。滑移齿轮的移位大都采用液压驱动。因为数控铣床使用可调无机变速交流、直流电动机，所以经齿轮变速后，实现分段无级变速，调速范围增加。其优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围调速的能力。故本次设计采用二级以上齿轮变速系统。
三．数控铣床立柱部分总体方案设计思路
（一）计算切削功率
1.切削功率的计算
铣削时切削公式： FZ=μPV×103
FZ--主切削力；
μ—机械效率，取μ=0.8；
v---主轴的计算转速；
2.电动机的计算和初选
用一下公式初选电动机的功率pL=Pcηc=3.1kw；
其中ηc为铣床传动总的机械效率，ηc=0.90
则主轴电动机选用3.1KW，额定转速为：2500r/min;最高转速为：6000r/min。
（一） .滚珠丝杠觉得设计计算
1.计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力
最大轴向负载力：Famax=Fμ+FV=282.65N
最小轴向负载力：Famin=Fμ0=15.45N
2.滚珠丝杠的动负荷计算与直径估算
确定滚珠丝杠的导程L0 L0=Vmaxinmm
3.计算滚珠丝杠螺母副的平均转速
丝杠螺母副的平均转速：nm=q1100n1+q2100n2+…qn100nn=560r/min
4.确定滚珠丝杠预期的额定动载荷
按预定工作时间估算：Cm=360nmLhFmfw100ffca=4529.6N
5.数控铣床滚珠丝杠的计算
切削方式
轴向载荷/N
进给速度/(m/min)
时间比例/(%)
备注
强力切除
282.65
v1=0.6
10
F1=Famax
粗加工
71.98
v2=0.8
30
F2=Famin+20%Famax
精加工
29.58
v3=1
50
F3=Famin+5%Famax
快移和钻镗定位
15.45
v4=8
10
F4=Famin
四．总结
本次课程设计主要是立式数控铣床总体方案设计及立柱部分的设计。立柱是承载主轴箱实现机床Z向进给运动的重要部件。在其上拟设计Z向的导轨，在两导轨间拟设计安装Z方向的滚珠丝杠装置。因此，立柱的设计同样要解决好提高刚性的问题。
总体方案设计的思路主要是对立柱上Z向进给传动的重要部件：滚珠丝杠螺母副的类型、丝杠支撑方式、以及轴承、联轴器、电机、导轨的选择，以及铣床Z向传动主要精度的提高措施。
1、 选用内循环双螺母滚珠丝杠螺母副作为Z轴向传动机构。
2、 为了使设计的数控机床达到预定的精度、刚度的要求，滚珠丝杠采用两端固定式（F-F）的支撑方式。
3、 为了保证其高速、高精度可靠性，及经济因素。选用600接触角推力角接触球轴承。两端选用DF型安装。
4、 选用利用夹紧螺丝固定的单节夹紧螺丝固定式联轴器，使电机与滚珠丝杠直接，实现无键传动，无反向间隙，还可以调节安装时间轴度。
5、 交流伺服电动机具有响应迅速、精度和效率高、负载能力大、控制性能优越等优点，被广泛使用在闭环或半闭环控制的伺服系统中，故本设计选用交流伺服电机。
6、 在立柱两侧设置有支撑主轴箱的导轨，导轨采用直线滚动导轨，导轨滑块为四个，导轨采用楔块进行固定安装。
7、 在Z向导轨，设计了伸缩式不锈钢防护罩，以防Z向导轨和滚珠丝杠；
8、 提高立柱的刚度是设计立柱部分的关键。立柱采用长方体开式结构，在其内腔合理布筋，以加强立柱部件的弯曲刚度和扭转刚度。
参考文献
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