论文总字数：21912字

摘 要

数控高光机是一种新型的高精度数控机床，具有精度高，灵活性强，结构紧凑的优点。采用小直径硬质合金刀具对钢材、铝合金或非金属材质的表面或边框进行雕刻或高速铣削，使其外观达到镜面效果。与以往数控机床相比，高光机弥补了通用数控机床加工功能单一，而加工中心加工小型产品成本过高的不足。目前国内的数控高光机主要存在结构不紧凑，运动灵活性差的问题，而国外高光机的价格十分昂贵。因此，数控高光机的设计对我国制造业的发展意义重大。

本文主要论述了数控高光机机械系统的设计过程，主要包括机床总体方案的设计、主传动系统的设计、三向进给传动系统的设计。通过对高光机各布局方案的优缺点对比拟定了机床的总体方案；对电主轴的原理进行分析并设计了主传动系统的机械结构；根据原始技术参数并参考市面上已有的同类产品完成了进给传动系统主要零件的选型计算和校验，设计了进给传动系统的机械结构；绘制了相关的装配图和零件图。

关键词：数控高光机，电主轴，进给系统，结构设计

Abstract

CNC engraving and milling machine is a new type of high-precision CNC machine tool with the advantages of high precision, flexibility, and compact structure. Use small-diameter carbide cutters to engrave or high-speed milling steel, aluminum alloy or non-metallic surfaces or frames to achieve a mirror-like appearance. Compared with the previous CNC machine tools, the engraving and milling machine has made up for the single processing function of general CNC machine tools, and the high cost of processing the small products in the machining center. At present in domestic, CNC engraving and milling machines mainly have the problems of incomprehensive structure and poor movement flexibility, while the price of foreign high-light machines is very expensive. Therefore, the design of CNC engraving and milling machine is of great significance to the development of internal manufacturing industry.

In this paper, the design process of CNC engraving and milling machine mechanical system has been discusses, including the scheme design of the overall program of the machine tool, the design of the main drive system, the design of the three directions feed drive system. Through the comparison of the advantages and disadvantages of the layout of the engraving and milling machine, the overall scheme of the machine tool was formulated; the principle of the electro-spindle was analyzed and the mechanical structure of the main drive system was designed; based on the original technical parameters and referring to similar products already on the market, the selection calculation and verification of the main parts of the feed transmission system was completed, and the mechanical structure of the main drive system was designed; the related assembly drawings and parts drawings were drawn.

KEY WORDS: CNC Engraving and Milling Machine, Electro-Spindle, Feed System, Structural Design

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 2

1.1 课题研究背景 2

1.2 数控高光机概述 2

1.3 本课题主要研究内容 2

1.4 本章小结 2

第二章 总体布局方案设计 3

2.1 机床总体布局的结构形式 3

2.2 主传动系统的结构形式 4

2.3 进给传动系统的结构形式 5

2.4 机床原始技术参数 6

2.5 本章小结 7

第三章 主传动系统设计 8

3.1 高速电主轴概述 8

3.1.1 高速电主轴的机械结构 8

3.1.2 高速电主轴工作原理 8

3.2 高速铣削力的计算 9

3.3 高速电主轴主要参数的确定 10

3.4 高速电主轴主轴轴承的选型 11

3.5 高速电主轴的机械结构设计 12

3.6 本章小结 12

第四章 三向进给传动系统设计 13

4.1 滚珠丝杠螺母副的结构分析 13

4.2 滚珠丝杠螺母副的计算选型 13

4.2.1 计算所需原始技术参数 13

4.2.2 滚珠丝杠副尺寸计算 14

4.2.3 滚珠丝杠选型计算结果 20

4.2.4 滚珠丝杠轴承的选型 21

4.3 伺服电机的选型与校验 23

4.3.1 伺服电机的选型 23

4.3.2 伺服电机的校验 23

4.3.3 伺服电机的选型计算结果 25

4.4 三向进给系统的机械结构设计 26

4.5 本章小结 26

第五章 总结 27

致谢 28

参考文献 29

绪论

课题研究背景

现如今，我国机械制造行业的发展十分迅速，但与制造业最先进的德国、日本、美国等还存在很大差距。目前国内制造业企业所使用的高档数控机床产品主要依赖进口。而高档数控机床精密零部件的关键技术作为企业机密，许多国内企业不得不购买价格昂贵的单元。这使我国制造业的发展相对国外处于被动地位。机床是机械的母机，高档数控机床的自主研发对于我国制造业的发展意义重大。

在模具加工的领域里，随着高速切削技术的发展，高档数控机床的应用也在不断扩大。在传统的电火花加工使得加工工件的表面产生微观裂纹，已经不能满足人们对模具加工表面质量越来越高的要求时，使用小直径刀具高速铣削的加工方式恰巧弥补了这个缺点。而随着刀具技术的不断发展，高速铣削所使用刀具的直径也越来越小，于是衍生出了专门针对高速铣削加工的一类新型高档数控机床产品——数控高光机。

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