河南科技大学毕业设计（论文）
5轴数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.
I
河南科技大学毕业设计（论文）
A 5 AXIS NC MILLING PLANER MECHANICAL
STRUCTURE DESIGN
ABSTRACT
In 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
II
河南科技大学毕业设计（论文）
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
2
III
河南科技大学毕业设计（论文）
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。毕业设计在培养大学生探求真理、强化社会意识、进行科学研究基本训练、提高综合实践能力与素质等方面，具有不可替代的作用，也是教育与生产劳动和社会实践相结合的重要体现。
毕业设计的目的是:
（1） 使学生进一步巩固和加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化。培养学生的独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题的能力，尤其注重培养学生开发创造能力和独立获取新知识的能力。
（2） 使学生初步掌握科学研究的基本方法，获得从事系统科学研究的初步训练，注重科学能力和素质的培养。在实际工程设计中，学生可以得到所学过的理论基础，技术基础等全面的训练，为将来做好机械设计工程师的工作提供全面的锻炼机会。
我们一组此次毕业设计是结合老师的具体研制项目设立的，以在实习工厂所参观的设备为参考，结合自己所学知识，在老师和同学的指导和帮助下，查阅许多相关手册，最终设计出了此次5轴数控龙门铣床。
此外，本次毕业设计主要由Inventor实体造型完成。它被广泛应用于机械制造行业，通过Inventor 设计的5轴数控龙门铣床 ，和一般应用工程图的表达方式相比，具有更加直观的效果。
在张波老师的指导下，我一边查资料、计算、绘图，一边观察实习。其间曾经遇到很多问题，如三维图的装配，滚珠丝杠的选型等等，但在张波老师和同学们的帮助下，经过自己的努力，问题一个一个得到了解决。
本次设计得到了学校、图书馆、老师、同学们的大力支持，在此表示衷心的感谢。限于本人水平和经验有限，再加上时间仓促，难免有疏漏和不妥的地方，敬请广大老师和同学批评指正。谢谢！
孟鑫 2014年8月
1
河南科技大学毕业设计（论文）
第一章 数控机床概述
从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。
进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。
我国数控机床行业总体的技术开发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，且外方在许多高新产品的核心技术上具有掌控地位，我们对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精度、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能实用数控机床基本上还得依赖进口。与国外产品相比，我国的差距主要是机床的高速高效化和精密化上。对高速加工技术，国外已进行了多年的研究，对高速加工的机理、机床结构、机床刚度和精度的影响等都有了系统的研究，并开发生产了各种高速铣削中心、高速加工中心，广泛应用于航空器铝合金零件和模具加工上[12]。
2