XK714立柱固定式立式数控铣床

XK714立柱固定式立式数控铣床 总体设计及主轴系统设计

专业：机械制造及其自动化 学号：J06010229 姓名：杨国昭

指导教师：靳 岚

摘 要

本次设计是根据设计任务要求，完成XK714的总体设计，X向、Y向、Z向传动设计，主轴设计和数控系统的选型。进给方向的设计主要完成滚珠丝杠的选型设计和导轨的选型设计。主轴系统的传动形式为二级齿轮变速传动，主轴电机为主轴交流伺服电机，以实现分段无级变速的来满足设计要求。此外，主轴系统的设计还包括拨叉设计、刀具的自动装卸装置设计和润滑系统的设计。

关键字：立柱固定式；立式铣床；主轴；设计

Abstract

This design is based on the design tasks required to complete the XK714's overall design, X to,

Y to, Z to drive the design, shaft design and numerical control system selection. The design of the main feed direction to complete the design and selection of Ball Screws Selection and Design Guide. Spindle gear transmission in the form of two variable speed drive, the spindle motor for the spindle AC servo motor to achieve sub-CVT's to meet the design requirements. In addition, the spindle system design also includes fork design, tool design and automatic handling equipment lubrication system. Key words: column fixed; vertical milling machine; spindle; design

一、概述

自1952年世界上出现第一台数控机床以来，数控机床得到了极大的发展。由于数控机床广泛的适应性，高的加工精度，高的加工速度使得数控机床在现代制造业中起到了至关重要的作用。到现在，数控机床的种类已经十分全面车、铣、刨、磨、加工中心、多轴联动机床、多面加工机床等。随着制造业对加工精度和加工速度的要求越来越高，因此，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，尤其是对机床结构的优化和创新是十分重要的，也是很有发展空间的。FMS的迅速发展和CIMS的不断成熟，又将对数控机床的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制等技术提高了更高的要求。随着微电子技术和计算机技术的发展，数控系统的性能日益完善，数控技术的应用领域日益扩大。

中国从1958年开始研究数控技术，到20世纪60年代研制、开发阶段。1965年进入晶体管数控装置的研制。60年代至70年代初研制成功了数控铣床。到现在我国的数控机床的种类已经十分全面，而且数控机床的加工精度大大提高了，多轴联动机床有了很大发展。但是，我国数控机床的发展和国外还有很大的差距。

国外的数控机床的发展是很早的。从加工精度上讲，其分辨率接近纳米级；从加工速度上讲，其主轴转速可达及万转每分钟；从联动轴数讲，国外可以做到15～19轴联动。 二、总体设计参数

（1） 工作台最大承重：800kg

（2） 行 程：600mm×450mm×500mm （3） 主轴端面至工作台面距离：50-620mm （4） X,Y,Z轴切削进给速度：1-5000mm/min （5） X,Y轴快速移动速度：15000mm /min （6） 主轴孔锥度：BT50

（7） 主轴交流伺服电机功率：5.5/11KW

（8） 定位精度：±0.012/300mm （9） 重复定位精度：±0.006mm

三、总体布局

在现代制造业中对数控机床的加工精度要求越来越高，任何能够引起机床变形的因素都要考虑进去.数控系统的控制精度很高，而机床机械结构形式对机床加工精度的影响十分重要。对于立柱移动式铣床而言，床身一般采用”T”型结构和倒“T”型结构，他们都可以实现床身的全程支撑，而且加厚的底座对机床刚度影响也很大。但“T”型结构可以减少机床的热变形对机床加工精度的影响。因此，XK714采用“T”型床身，如下图：

四、传动系统方案确定

三个进给运动的传动形式都是由伺服电机直接驱动丝杠靠滚珠丝杠螺母副传动。主传动形式有多种，包括：①一级带传动，传动平稳，极限转速低；②二级齿轮传动，恒功率变速范围大，结构复杂；③主轴电机直连主轴，但主轴转速和电机保持一致；④电主轴，结构简单，机械性能好，价格昂贵，润滑冷却系统复杂。综上，主传动系统选用二级齿轮传动。XK714传动系统图如下，

五、主传动系统简介

主传动系统实现各种刀具和工件所需的切削功率，且在尽可能大的转速范围内保证恒功率输出，同时为使数控机床能获得最佳的切削速度，主传动须在较宽的范围内实现无级变速。现行数控机床采用高性能的直流或交流无级调速主轴电机。本设计主轴电机选取交流伺服电机GM7105-4SB61额定功率5.5KW，30分钟过载功率11KW，额定转矩35Nm,最大转速8000r/min,额定转速1500r/min。

主轴箱为两级齿轮传动，主轴为分段无级变速，从而扩大了主轴的恒功率变速范围。主轴支撑方式为两支撑。前轴承为一个双列圆柱滚子轴承和一对面对面排列的角接触球轴承，后轴承为一个单列圆柱滚子轴承动夹紧装置及切屑清除装置。

六、数控系统及其他

XK714控制系统选用华中“世纪星”数控系统，伺服控制系统选择半闭环控制系统，检测元件为直线光栅尺。 八、毕业设计总结

毕业设计对工科学生来说是大学期间一个非常重要的实践环节，它综合了大学所学的专业知识，并将其应用于是实践。在本次设计中我学到了很多，例如，提出问题，分析问题，解决问题的能力；团队协作能力；查找资料的能力；在这些方面我都得到了锻炼和提高。在设计的过程中也遇到了很多问题，通过老师和同学的帮助，逐个解决了这些问题。当然，因为自己的水平很有限，最终的设计还是存在一些问题需要改进。在以后的工作学习当中，我会更加努力。

参考文献

【1】 陈心昭，权义鲁.现代实用机床设计手册.北京：机械工业出版社，2006 【2】 戴曙.金属切削机床.北京：机械工业出版社，2009 【3】 文怀心.数控铣床设计.北京：化学工业出版社，2006 【4】 刘鸿文.材料力学.北京：高等教育出版社，2004

【5】 陈立德等.机械制造装备设计课程设计[M]. 北京:高等教育出版社,2007 【6】 华楚生等,.机械制造技术基础[M]. 重庆:重庆大学教育出版社,2007

技术工程学院

毕业设计任务书

学 生 杨国昭 指导教师 靳岚 刘芬霞 姚引婧 学 号 J06010229 职 称 副教授

机械电子工程学系

二0一0年0六月