摘 要

在科学技术以及制造技术不断发展进步的今天，普通的手工雕刻逐渐失去了它在木工、雕刻行业的重要性，慢慢被数控雕刻系统所取代，基于数控系统的木工雕刻机已经成为木工、雕刻行业的重要生产加工工具。而传统的三轴数控系统雕刻机，工件加工需要进过多次装夹才能完成，同时存在精度差、效率低、速度慢等缺点^[1]，因此本文开展了基于五轴联动数控技术的木工雕刻机的研究，其中侧重于专用五轴雕刻机进给装置的设计。

采用UG三维设计软件,设计专用五轴雕刻机进给部件,该部件与主运动部件组成一台五轴联动数控雕刻机。该五轴数控雕刻机专用于大型船模的雕刻。应用UG这一工程应用软件,能够实现机械设计和制造集成化,大大缩短了产品的开发设计周期,节省了大量的材料、资料和人力,给机械设计和加工带来了革命性的变化^[2]。

在本设计中，分别对五轴雕刻机进给装置的传动系统、导向系统、机架等的设计展开选用计算，达到设计目的。

关键字：五轴数控；UG NX；进给系统；滚珠丝杠；机械设计

The Feeding Unit Design of Special Five-axis Engraving Machine

ABSTRACT

In the progress of science and technology and manufacturing technology development today, ordinary manual sculpture gradually lost its importance in the carpentry, carving industry, slowly replaced by CNC engraving system, woodworking carving machine based on numerical control system has become an important production of carpentry, carving industry machining tools. The engraving machine based on NC system has become the first choice of wood engraving in the carving industry. Wood has to be repeated clamping until it is finished in traditional three-axis NC engraving machine .There are lots of shortcomings, such as poor accuracy, low efficiency, slow speed. So this paper conducts a research about wood engraving machine based on a five-axis NC system, which focus on the special five-axis engraving machine feed unit design

Using UG, a 3D design software, to design the feeding parts of special five axes carving machine, which links to the main moving parts, making up a five-axis linkage CNC engraving machine. The five-axis CNC engraving machine dedicated to large model of the sculpture. By using UG, the engineering application software, can realize the mechanical design and manufacture of integrated, greatly shorten the product development design cycle, save a lot of materials, material and manpower. It has brought revolutionary change to the mechanical design and processing.

In this design, respectively, for the five axes carving machine feeding device transmission system, guiding system, frame etc. The aim of the design in selection calculation is to meet the design purpose.

Key words: Five-axis NC; UG NX; Feed system; Ball screw; Mechanical design

目 录

1 前 言 - 1 -

1.1 本课题提出的背景 - 1 -

1.2 设计题目 - 1 -

1.3 五轴联动数控机床设计的意义及目的 - 1 -

1.3.1 五轴联动数控机床设计的目的 - 1 -

1.3.2五轴联动数控机床设计的意义 - 2 -

1.4 机床设计要求及内容 - 2 -

1.4.1机床设计要求 - 2 -

1.4.2 床设计内容 - 3 -

1.5 机床设计实验、数据及图纸要求 - 3 -

1.6 五轴数控机床的特点 - 3 -

1.7 数控机床的组成及工作原理 - 5 -

1.8 国内外同类研究概况 - 5 -

1.9 研究内容及特色创新 - 6 -

2 五轴联动数控机床的方案设计 - 7 -

3 进给传动系统总体介绍 - 8 -

3.1 进给传动系统概述 - 8 -

3.1.1 进给系统的分类以及要求 - 8 -

3.2 滚珠丝杠副机构 - 9 -

3.2.1滚动丝杠副的特性 - 10 -

3.2.2 Z轴方向滚珠丝杠的选择计算 - 11 -

3.3.1 齿轮齿条传动的特性及结构 - 15 -

3.3.2 齿轮齿条机构的计算及选用 - 15 -

3.4 伺服系统的设计 - 19 -

3.4.1 伺服系统应该满足的基本要求 - 19 -

3.4.2 电机的选型 - 20 -

4 数控机床总体设计 - 21 -

4.1 机床总体机械结构设计 - 21 -

4.2 机床机架设计 - 22 -

4.2.1 机床机架设计准则及要求 - 22 -

4.2.2 机床机架的选择 - 22 -

4.2.3 机床机架的连接结构设计 - 23 -

4.2.4 铸造机架结构设计的工艺性 - 24 -

4.3 机床导轨设计 - 24 -

4.3.1 导轨的分类及特点 - 24 -

4.3.2 导轨的设计要求 - 25 -

4.3.3 导轨的计算 - 26 -

4.3.4 提高导轨耐磨性的措施 - 28 -

结 论 - 30 -

致 谢 - 31 -

参考文献 - 32 -

1 前 言

1.1 本课题提出的背景

五轴联动数控机床是一种技术含量高，加工复杂曲面的高精度的专用机床，它的重要影响力主要体现在航空航天、军事、科研、精密机床系统上，对高精度的医疗设备行业也有着决定性的影响。现在一般的认识是：五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工处理的唯一手段。

对五轴联动数控机床制造系统的最高境界的代表，在某种意义上，反映了一个国家的工业发展水平。但以美国为首美国的西方发达国家，长期以来，一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，但是由于五轴联动数控机床系统的昂贵，以及数控程序的困难，五轴系统难以实现“平民化”的应用。

早在1980年代初，中国先后从日本、美国和其他国家引进了一些数控设备和主轴、伺服系统的生产技术，并逐渐进入批量生产，促进了我国在数控机床的发展。到1990年代初，系统国内数控机床和数控系统的生产具有一定的规模，但要在数控机床行业获得更大的发展面临着十分严峻的局势。加入WTO后，中国将进入一个日益完善的国内外统一的大市场，大量进口数控机床和数控系统，将对数控产业发展产生巨大影响。2003年初，中国已成为世界上最大的机床消费国，也是世界上最大的数控机床进口国。