废旧龙门刨床改数控铣床的设计★

废旧龙门刨床改数控铣床的设计★(论文说明书20000字,cad图纸,计算)
摘要
数控龙门铣床是现代加工大型工件的一种新型机床，它能使工件在一次装夹下，进行多工序加工，从而可提高生产率三至四倍，并能使工件获得很高的加工精度和表面质量。因此，其用途很广，是船舶、航天航空、模具、精密仪器等民用工业和军工部门追切需要的关键加工设备。
本课题以把废旧龙门刨床改为数控龙门铣床为研究对象，在对废旧龙门刨床的特点进行分析的基础上，通过采用现代设计手段对该刨床进行改造。从现有数控铣床的发展现状和成熟的理论基础出发，对金属切削机床的受力及振动变形进行分析，掌握机床的受力情况，为新增数控部件的设计和选型提供基础数据。
该改造成的数控龙门铣床利用MACH2软件建立通用数控平台；保留原刨床的床身、龙门架和横梁，通过单X轴驱动、单独提升、电动机与丝杆直联传动、三轴联动等作为机床设计方案，这保证低成本又可以保证加工精度与加工速度的要求。
机械结构设计包括传动方案的确定与选择、主轴箱的设计、滚动丝杠副选择、滚动导轨副的计算与选择、伺服电机的选择、联轴器的选择等。机床拟采用MACH2作为数控系统平台，系统安装在计算机上，通过并口与步进电机驱动器连接，能实现在线加工加工的本机化功能。
关键词   废旧龙门刨床改造   数控龙门铣床  主轴箱  CNC

Abstract
NC gantry milling machine is a kind of modern machine and often used to machine large workpiece. It can machine workpiece by multi-process procedure under workpiece being in each set up, to boost productivity triplication to quadruple, can make workpiece with high machining accuracy and surface quality. So it has many uses in civilian industry and defense industry such as in ship building, spacecraft, mould, precision instrument etc. It is the key equipment which department needs urgently.
The object of study of the subject is in order to  replace an old double-housing planer to CNC gantry milling machine. Basis on analysising  the characteristics of old double-housing planer, carry out the transformation of the planer through using of the modern design means. Starting from the development status of the existing CNC milling machine and the sophisticated theoretical foundation, have the metal-cutting machine tools analysised  the force and the deformation vibration, Master the forces of the Machine, provide basic date for the design and selection of  added
CNC components.
    The CNC gantry milling machine  is used the Mach2 software to develop the common CNC platform; to retain the bed of the original planer, the gantry and the beam, driven by single-X-axis, the rapid increase, motor directly connected to screw, triaxial linkage as the design program. That is, can ensures low-cost, the processing precision and processing speed requirements.
   The mechanical structure design, including decision and choice of the driving program, the design of spindle box, choice of screw rolling, calculation and choice of the rolling guide, the choice of servo  motor, choice of coupling, and so on. The machine tools is used a MACH2 as CNC system platform, the system installed on your computer, through the parallel port connected the stepper motor drive, so as to achieve the local processing of On-line processing functions.
Keywords  Transformation of Used the double-housing planer；CNC Gantry Milling Machine ； Spindle box ；  CNC

计机床参数
本次毕业设计题目是：将某模具厂的老龙门刨床改造为数控龙门铣床的整体设计。机床的原始参数如下：
序号    项  目                              技术参数   
1     工作台面积                             800x2000 mm   
2     工作台载重量                          3000 kg
3     X轴行程                             2500 mm
4     Y轴行程                             1500 mm
5     Z轴行程                             800 mm
6     主轴工作转速                             90～2000 rpm
7     主轴孔锥度／直径                       BT50／Φ40～Φ80 mm
8     主轴鼻端至工作台距离                       0～800 mm
9     主轴电机功率                           7.5 kw   
10     X、Y、Z电机联接方式                    直联   
11     横梁提升电机联接方式              通过带传动和蜗轮蜗杆传动联接   
12      数控系统                            MACH2软件及相关自制的控制电路   
13     定位精度                               0.1 mm
14     重复定位精度                           0.08 mm
15   快速进给速度：2m/min
驱动电机最大转速：2000 r/min
进给速度：1.5 m/min

#p#副标题#e#
目录
一  绪论 …………………………………………………………………………… 1
(一)国内外研究概况 ………………………………………………………… 1
(二)设计内容、目的和意义 ………………………………………………… 2
二  系统方案的总体设计 ………………………………………………………… 3
(一)设计原始参数 …………………………………………………………… 3
(二)机械系统 ………………………………………………………………… 3
1、传动机构 ……………………………………………………………  4
2、导向机构 ……………………………………………………………  4
3、执行机构 ……………………………………………………………  4
三  机械系统的设计计算 ………………………………………………………… 5
(一) 主轴组件件的设计 ……………………………………………………… 5
1、主轴的构造 …………………………………………………………… 5
2、主轴的材料和热处理 ………………………………………………… 5
3、主轴的支承 …………………………………………………………… 6
4、主轴组件的设计计算 ………………………………………………… 6
（1）主轴前后直径的确定 …………………………………………… 6
（2）主轴内孔直径的确定 …………………………………………… 6
（3）主轴悬伸量的确定 ……………………………………………… 6
（4）主轴最佳跨距的确定 …………………………………………… 6
（5）主轴结构图 ……………………………………………………… 10
（6）主轴的校核 ……………………………………………………… 10
小结 ………………………………………………………………………  10
(二) 滚珠丝杠副的参数计算及选用 ………………………………………  9
1、确定滚珠丝杠副的导程 ……………………………………………  9
2、传动系统设计 ………………………………………………………  9
3、确定计算载荷  …………………………………………………… 10
4、确定丝杆的预期动载荷 ……………………………………………  10
（1）按滚珠丝杆副的预期工作时间 （小时）计算 ……………   10
（2）有预加载荷的滚珠丝杠还需按最大轴向载荷计算 …………… 11
5、按精度要求，确定允许的滚珠丝杠的最小螺杠直径 ……………  11
（1） 估算丝杠允许的最大轴向变形量 ……………………………  11
（2） 估算最小螺纹底径  ………………………………………   12
6、确定滚珠丝杠副的规格代号 ………………………………………  13
（1）X轴………………………………………………………………   13
（2）提升轴、Y轴方向 ………………………………………………  14
（3）Z轴 ………………………………………………………………  14
7、对预紧丝杆，确定其预紧力  ……………………………………  15
8、对预拉伸滚珠丝杠副，计算行程补偿值 和预拉伸力  ………  16
（1）行程补偿值 ……………………………………………………   16
（2）预拉伸力 ………………………………………………………   17
9、确定滚珠丝杠副支承所用轴承类型和规格 ………………………  18
（1）计算轴承所承受的最大轴向载荷 ……………………………   18
（2）选择轴承类型 …………………………………………………… 18
（3）确定轴承内径及型号 …………………………………………   18
（4）轴承的寿命验算 ………………………………………………   19
10、滚珠丝杠副的工作图的设计 ……………………………………… 20
11、伺服电机选择 ……………………………………………………… 22
（1）作用在滚珠丝杠副上各种转矩计算 …………………………… 22
（2）负荷转动惯量及传动系统转动惯量 …………………………… 23
（3）加速转矩 和最大加速转矩  ………………………………  24
（4）快速空载启动时电机所需的最大力矩为 ……………………   25
（5）选用伺服电机 …………………………………………………   26
12、传动系统刚度计算 ………………………………………………… 29
（1）丝杠抗压刚度 …………………………………………………… 29
（2）支承轴承组合刚度 ……………………………………………… 31
（3）滚珠丝杆副滚珠和滚道的接触刚度 …………………………   32
13、刚度验算和精度选择 ……………………………………………… 33
（1）校核公式 ………………………………………………………   33
（2）验算传动系统刚度 ……………………………………………   34
（3）传动系统刚度变化引起的定位误差 …………………………   34
（4）确定精度 ………………………………………………………   35
（5）确定滚珠丝杠副的规格代号 …………………………………   35
14、验算临界压缩载荷（验算压杆稳定性）…………………………  35
15、验算临界转速 ……………………………………………………… 36
16、 校验 ……………………………………………………………  37
17、基本轴向额定静载荷 验算 …………………………………… 37
18、强度验算 …………………………………………………………… 38
小结 ……………………………………………………………………… 38
(三) 滚动导轨的计算与选择 ………………………………………………  39
1、计算滑块上的当量载荷 ……………………………………………  39
2、将目标寿命换算为行程寿命 ………………………………………  40
3、计算额定动载荷 ……………………………………………………  40
4、 确定导轨型号与尺寸 ……………………………………………… 42
5、 额定静载荷的验算 ………………………………………………… 43
小结  ……………………………………………………………………  44
(四) 提升轴传动计算 ………………………………………………………  44
1、电机的选择 …………………………………………………………  44
（1）电机类型和结构的选择 ………………………………………… 44
（2）选择电动机的容量 ……………………………………………… 44
2、V带传动设计计算 …………………………………………………  45
3、带轮结构设计计算 …………………………………………………  46
4、蜗轮蜗杆传动设计计算 ……………………………………………  47
（1）选择传动类型，精度和材料 …………………………………… 47
（2）选择蜗杆、蜗轮的齿数 ………………………………………… 47
（3）确定许用应力 …………………………………………………… 47
（4）接触强度设计 …………………………………………………… 48
（5）求蜗轮的圆周速度，并校核效 ………………………………… 48
（6）校核蜗轮齿面的接触强度 ……………………………………… 49
（7）蜗轮齿根弯曲强度校核 ………………………………………… 49
（8）几何尺寸计算 …………………………………………………… 50
（9）蜗杆、蜗轮工作图见后附图纸 ………………………………… 50
小结  ……………………………………………………………………  50
(五) 联轴器的选择 …………………………………………………………  51
1、选择联轴器的类型 …………………………………………………  51
2、载荷计算 ……………………………………………………………  51
3、型号选择 ……………………………………………………………  52
4、校核最大转速 ………………………………………………………  52
小结  ……………………………………………………………………  52
(六) 测绘及三维建模 ………………………………………………………  53
四  控制部分 ……………………………………………………………………   56
总结与展望 ………………………………………………………………………  57
(一)总结 ……………………………………………………………………  57
(二)展望 ……………………………………………………………………  57
致谢 ………………………………………………………………………………  58
参考文献 …………………………………………………………………………  59
附录    常用量的名称、单位、符号、及换算关系表 ………………………  61