毕业设计（论文）龙门式数控钻床机械结构设计The Mechanical Structural Design For Gantry CNC Drilling Machine学生姓名所在院系所学专业所在班级指导教师教师职称完成时间： 周 海 东 ： 机 电 学 院 ： 机械设计制造及其自动化 ： 机制0545 ： 杜 华 ： 教 授 ： 2009年6月18日 长 春 工 程 学 院摘 要近些年来，国内外机床工业的发展十分迅速，以数控为特征的现代化机床在生产中广泛应用。在工农业生产中，经常会碰到一些大型回转体类零件，其上需加工很多孔。用普通机床对其加工往往会遗漏，而小型数控加工中心则难以对其进行加工。本课题就是针对这一问题，设计一台龙门式数控钻床，专门适合对这一类零件进行钻削加工。它不仅大大减轻了操作者的劳动强度，而且大大提高了劳动生产率。本次设计包括了数控钻床的主要机械结构，其中包括：主轴箱中的主传动系装配；进给系统中的工作台装配和传动系统中的丝杠螺母等设计。同时，将各项相关技术合理运用，以达到最优化设计的目的。机械制造工业是国民经济的基础。机床工业则是机械制造工业的基础，它在国民经济中起着至关重要的作用，但我国机床工业与发达国家相比还有较大差距，我们必须奋发图强，努力工作，以便早日赶上世界先进水平。关键词数控钻床 主轴箱 工作台 丝杠螺母AbstractIn recent years, domestic machine tool industry developed rapidly, to a modern CNC machine tool is characterized by widely used in the production. In the industrial and agricultural production, often encounter a number of large-scale rotating body parts, its a lot of holes to be processed. Ordinary machine tools are often left out of its processing, and small-scale CNC machining center is difficult to carry out its processing. The subject is a response to this problem, the design of a gantry CNC Drilling Machine, specifically suited for this type of drilling parts. It not only greatly reduces the operators labor intensity and labor productivity increased significantly. The design includes a CNC drilling machine of the main mechanical structure, including: the main spindle box powertrain assembly; feeding system table in the assembly and the lead screw nut drive system design. At the same time, the related technology will be used in a reasonable manner, so as to achieve the purpose of optimum design. Machinery manufacturing industry is the foundation of the national economy. Machine tool industry is the basis of mechanical manufacturing industry, which in the national economy plays a vital role, but Chinas machine tool industry and still a wide gap between developed countries, we must work hard, work hard in order to catch up with the world at an early date advanced level.Keywords:CNC drilling machine headstock worktable leadscrew and nut. 目 录一 绪论11.1 金属切削机床及其重要地位11.2 问题的提出11.3国内外发展状况1二 方案论证22.1 总体布局方案论证22.1.1数控立式钻床22.1.2钻削中心22.1.3 印刷线路板数控钻床32.1.4其它大型数控钻床32.2 数控钻床功能组成及各部件方案论证32.2.1 数控系统总体方案确定32.2.2 主机部分总体方案确定4三 横梁滚珠丝杠设计计算53.1 动载强度计算53.2 滚珠丝杠轴向负荷F的计算63.3 确定滚珠丝杠型号73.4 珠丝杠副的几何参数73.5 传动效率计算73.6 刚度检验8四 机械部分设计计算84.1主传动系设计计算84.1.1 动设计计算84.2 主轴的设计与计算144.2.1 选择轴的材料144.2.2 估算轴的直径144.2.3 按弯扭轴上合成强度条件计算154.2.4 按疲劳强度的安全系数校核计算164.3 轴承的选择与校核184.4 主轴上键的选择与校核204.4.1挤压强度校核204.4.2 耐磨条件校核20五 工作台设计与计算205.1 工作台电机的选择215.1.1 确定脉冲当量215.1.3 等效力矩计算225.1.4 确定蜗轮蜗杆的传动比225.1.5确定电机型号225.2 工作台蜗轮蜗杆的设计计算235.2.1 确定蜗轮蜗杆模数235.2.2蜗杆轴的刚度验算245.2.3蜗杆蜗轮几何尺寸计算245.2.4 蜗杆传动的效率和散热计算275.3 工作台弹簧的设计计算285.4 工作台滚动导轨设计计算285.4.1滚动体的尺寸要求及确定295.4.2滚动体数目确定295.4.3 保持架样式29总结30致谢31参考文献32一 绪论1.1 金属切削机床及其重要地位 金属切削机床（Metal cutting machine tools）是用切削的方法将金属毛坯加工成机械零件的机器。它是制造机器的机器，所以称它为“工作母机”。习惯上简称为机床。机床的母机属性决定了它在国民经济中的重要地位。机械制造业肩负着为国民经济各部分提供现代化技术装备的任务。机械制造业是国民经济的基础，而机床工业则是机械制造工业的基础，一个国家的机床工业技术水平在很大程度标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。1.2 问题的提出在生产活动中，经常会遇到需要在大型回转体零件上加工出许多孔。如用普通机床，往往会遗漏加工，故需设计一台大型数控钻床来对其进行加工。这不仅减轻了劳动者的劳动强度，而且大大提高了劳动生产率。1.3 国内外发展状况（一）国内数控机床现状 近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。 2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。 （二）国外数控机床现状况 1、国际机床市场的消费主流是数控机床。 1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达70%，我国为60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。 2、国外数控机床的网络化。 随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向，互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看，目前流行的ERP即工厂信息化对于制造业来说，仅仅局限于通常的管理部门（人、财、物、产、供、销）或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的，工厂、车间的最底层加工设备数控机床不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈，所谓的ERP就比较“虚”没有能够真正地解决制造工厂的最关键的问题。所以，对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说，第一是要大大提高机床的数控化率，即数控机床必须达到起码的数量或比例；第二就是所拥有的数控机床必须具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。 以西门子为代表的数控系统生产厂商已在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中，除了传统的RS232接口外，还备有以太网接口，为数控机床联网提供了基本条件。由于国外企业的发展水平，数控机床的网络接口功能被定义为用于远程监控、远程诊断。二 方案论证2.1 总体布局方案论证数控钻床是数字控制为主的孔加工机床。在数控机床的发展过程中，数控钻床的出现是比较早的。50年代末，我国已有几种数控钻床的雏形。美国普拉特惠特尼公司在1961年就成批生产Tape-O-Matic数控钻床。它也是数控钻床的最早产品。此后，美国、日本等国家的公司也陆续生产数控钻床，数控转塔钻床等产品。数控钻床按其布局形式及功能特点可分为数控立式钻床、钻削中心、印刷线路板数控钻床，数控深孔钻床及其它大型数控钻床等。2.1.1 数控立式钻床数控立式钻床是在普通立式钻床的基础上发展起来的，可以完成钻，扩，铰，攻丝等多道工序。适用于孔间距离有一定精度要求的零件的中小批量生产。它一般带有两坐标数控十字型工作台，被加工零件装夹在工作台上可进行两坐标移动，其控制系统一般是点位控制系统。属于经济型数控，价格便宜。2.1.2 钻削中心钻削中心是在3坐标数控立式钻床的基础上增加转塔刀库及自动换刀机构而成的采用无级调速的主轴电动机，可实现自动变换主轴转速，可以进行钻、扩、铰、锪、攻丝等加工工序，而且，可以完成具有直线和圆弧插补的轮廓控制铣削。由于一般中小型