基于Solid works机床的三维设计
基于Solid works机床的三维设计
1 绪论 2
1.1 机床的发展概况 2
1.2 微型铣床的发展情况 2
1.3 课题提出的背景及意义 2
1.4 本课题主要的内容 2
2 铣床总体方案设计 2
2.1 铣床的总体布局 2
2.2 铣床主要技术参数的确定 2
2.3 铣床主轴部件的设计 2
2.4 铣床导轨的设计 2
3 铣床结构设计 2
3.1 铣床零部件装配表 2
3.2 铣床各零部件具体结构设计 2
4微型铣床的装配使用 2
4.1 铣床装配 2
4.2 使用说明 2
结论 28
致谢..29
参考文献..30
1 绪论
1．1 机床的发展概况
机床作为一种基本的生产手段,是先进制造技术的载体和装备制造业的基本装备。它的服务范围包括汽车、军工、农机、工程机械、电力设备、铁路机车、船舶等行业。建国六十年以来，中国在党和国家领导人的关怀下，已经连续几年成为世界最大的机床消费国和机床进口国，成为世界第三大机床生产国，在国际上有了举足轻重的话语权和产业地位，机床制造强国已经不是梦想。进入新世纪后，在国家经济持续高速推动下，在政策支持、推动和市场需求拉动下，机床行业迅猛发展。例如在06年,金属切削机床的利润增速达到30％,,而纯销售收入达到25％,行业销售利润达到5％,相应的机床产量比去年增加了14％,可谓跨越式发展。
国防工业和制造业的崛起将机床行业提到了一个重要的位置，在这样的时代背景下，大型、高速、精密数控设备的研发成为国家重要的振兴目标之一。随着国家对机床行业扶持性政策的不断出台，我国的机床市场在未来有望得到巨大的改善，在增长态势和技术能力上将会实现质的飞跃。例如在01年机床东西累计完结工业产量达到6606亿，产物出售产量达到 6424亿，同比增加30％左右。而在07年时，也就是“十一五”规划的第二年，在国内外宏观经济的影响下机床行业出现很多机遇，当然不利因素也有很多。所以，总体来讲机床行业在07年保持了一个平稳和较快的发展速度。09年金融危机的冲击下，中国机床行业呈前抑后扬、稳定向好的态势。数据统计，国产金属加工机床市场占有率提高到70％，行业固定资产投资额增长36％,09年，中国首次成为世界机床第一生产国。在这改革开放30年来，我国机床行业已经把握未来发展机遇，向制造强国挺进。
1.2 微型铣床的发展情况
近年来，随着航空航天、国防工业、微电子技术、生物医疗装备技术的发展，民用和国防等领域对各种微型化产品的需求不断增加，对微型制造机械的要求也越来越高。微小型机床的概念在1970年提出，机床的微型化有利于高速加工，提高加工精度，缩小误差，这就同时提高了质量和生产率。世界上首台微小型化机床于1996年被研发出来，整体尺寸为32mm*25mm*30.5mm，从此，微小型化机床研究进入了一个全新的领域。但是由于此次研发的机床的加工精度和生产成品的能力有限，于1997年，又重新研发了一台机床。经过这样的不断创新发展，铣床的微型化己经发展成为一种全球化趋势，在生物医学、航空航天、国防以及高科技电子产品等领域有着广阔的应用前景，微型化制造技术的研究已经引起各领域的关注，成为现代科学研究的前沿和热点。
在民用方面，微型铣床已经广泛应用于家庭活动、教学活动。我国对微型机床的研究已经进入一定深度，目前哈尔滨工业大学、南京航空航天大学和上海交通大学的科研院所开展了相关方面的研究。我国有一些机构在微型机床研究方面取得了不错的成果。哈尔滨工业大学精密工程研究所研制的微型精密三轴联动立式铣床被用户满意接受，该铣床建立了NC嵌入PC型开放式跑数控系统，开发了界面友好的控制软件并集成了视频采集模块。但与国外的技术相比还存在很大差距，我国研制的微型机床在稳定性、精度、灵敏度的特性与国外还相差很远。随着各种工业产品的微型化激战以及微机电系统应用的日益广泛，机床的微型化也开始提到日程上来。微型立式铣床不是传统铣床直接微型化，它远超出了传统铣床的概念和范畴。微型铣床在尺度效应、结构、材料、制造方法和工作原理等方面，都与传统铣床截然不同。微系统的尺度效应、物理特性研究、设计、制造和测试研究是微系统领域的重要研究内容。
随着微型铣床的慢慢普及，每年数百万的青年、家长、工程师、设计师等等自行购买机床从事研发，制作工作，培养DIY自己动手做的能力，享受DIY自己动手做的乐趣。可见，国内微型铣床在家用，教学等方面的应用已越来越广泛。
1.3 课题提出的背景及意义
微型机械技术是20世纪末兴起、21世纪初开始快速发展的高科技前沿领域。
工业方面，随着微型机械的研究和发展，其在机、电、光等系统集成方面的内涵将更加丰富与不同的学科的交叉和应用的结合，微型机械技术都可能产生相应的分支及新的研究开发热点，带动新的学科和新科技的发展。这个领域已经受到世界各先进国家的广泛重视。他的现实及潜在的应用都将会给国民经济和国家安全带来巨大的好处，在全球范围内，市场呈指数上升的趋势，在我国也将成为国民经济新的增长点。
在民用方面，当人们讲到铣床，就会想到在制造工厂里的那种体积大，笨重的铣床，很难想象这样一台机器会在人们的生活里得到广泛的应用。但是随着研究开发的不断深入，微型机床技术将更加趋于完整化、系统化和实用化，研究成果将不断应用于各个领域，从而促进电子信息技术、光电一体化技术、新材料技术、新能源技术、航天航空技术、环保技术、海洋工程技术、辐射技术和医学工程技术等多项技术的进一步开发和发展，并将在众多领域中得到更广泛的应用。 本次设计的微型铣床不仅可以帮助青少年提高动手动脑的能力，而且是启迪智慧，成就梦想的好帮手。人们可以在家制作自己喜欢的模型，对加强趣味性，拓宽视野都有很大的帮助。适用于各类学校的劳技课堂，模型制作、工业设计、艺术设计、珠宝加工等等。因此，微型铣床的应用前景将变的越来越广泛。本课题研究通过Solid works软件对微型铣床进行三维设计与装配，同时查阅资料与期刊，加工产品等方法来对微型铣床做深入了解，使我明白它的总体结构及其特征及其在未来发展的重要意义与地位。
本次制图软件Solid works介绍：
Solid works软件是一款3D制图软件，不仅仅是基于零部件的三维设计，更可以参照原有零部件的尺寸大小和形状，实现零部件、装配体、工程图之间的相互转换和关联。当你修改图纸时，三维模型、装配图也会自动更新。同时可以在装配的环境里设计修改零部件。对于此次微型铣床设计，通过Solid works软件，依次设计铣床各个零部件，最后通过装配图完成铣床的装配。各个零部件以及装配图可以在工程图里生成二维图。
1.4 本课题主要的内容
本课题研究通过Solid works制图软件对微型铣床的床身、导轨、主轴部件等进行三维设计与装配，最终完成整体微型铣床的装配。
本课题从四个方面即微型铣床的总体方案设计、铣床各个零部件具体结构设计以及微型铣床的装配使用做了详细的阐述。
2 铣床总体方案设计
2.1 铣床的总体布局
铣床的整体结构形式有立式、卧式等，支撑零部件的结构包括整合型和分离型,其中支撑零部件又包括底座型、立柱型、龙门型等，。因此,相同的运动分布类型可以有很多的结构布局，因此,经过分配设计阶段评价后，可以将所有的结构布局方案的分配方案保留很多。铣床是通过铣刀旋转于加工工件表面进行切削的加工工具。通常用于处理沟槽、工件表面、阶面、平面以及切断等。
本次所设计的微型铣床属于立式，可加工木材料和所有软金属，如金、银、铜、铝等，此外如亚克力、集成电路板也可以加工。所以加工精度不是要求很高。
铣床的驱动方式是直流电动机驱动方式，具有高效、小巧、稳定、可控、廉价的特点。而且此次设计为电机配有变压器-12V变压器，电源适配器。可将AC100-240交流转化为DC12V直流电，内附过温自动保护装置，型号为WDS060120。
加工时，将加工材料固定在虎钳上，根据铣削的要求选择合适的铣刀，调节铣刀的位置，让铣刀与工件接触，调节X,Y,Z向旋钮进行铣削进给。进行切削工件时，最好选用铣刀逆时针进给工件，从而减少工作台的颤动。加工时根据工件的材质，要选择合适的进给方式。加工工件材料均匀，密度较高时选择逆铣，这样加工时更加平稳，使加工表面光滑。质地松散的，尽量选择顺铣进给方式，而且要控制好进给度，否则会损坏机床，严重时使铣刀崩刀，造成危险。铣刀通过夹头固定在齿轮箱的主轴上，进行旋转运动，同时将主轴箱固定在小滑块上，滑块通过旋转手柄做上下移动。
铣床床身采用T型床身布局，T型床身是由横置的前床身和垂直的后床身组成的（分体结构）。T型床身布局的优点是：工作台沿前床身方向作进给运动，在全部行程范围内工作台可全部支撑在床身上，故刚性较好，提高了工作台的承载能力，易于保证加工精度，而且可用较长的工作行程。前床身与后床身采用梯形凸台与梯形槽配合的方法进行连接，同时采用加强板对床身进行加强固定。
铣床上部装配是将齿轮箱与电机通过连接块固定在一起，在齿轮箱的设计过程中，考虑前床身与后床身的固定方式，在齿轮箱表面拉伸梯形凸台与小滑块梯形槽固定，同时在横向通过螺钉与护板进行固定。小滑块通过中间块1与后床身固定，采用连接块固定方式。
铣床下部装配是将导轨与床身兼并设计，小滑块通过中间块2与导轨相配合，小滑块通过旋转手柄使固定在小滑块上的虎钳做纵向移动，而横向进给方向，通过前床身上的旋转手柄，使工作台沿导轨做横向移动。如图1：
4.1 铣床装配
具体装配步骤如下:
(1)、首先将大滑块的凸台和长基座的燕尾槽相配合，形成T形床身，摆平床身。同时在长基座上表面加上护板，用直角加强板加强固定前后床身。
（2）、通过定位块把中间块1竖直固定在长基座上，然后通过M4螺钉将连接块固定在中间块1上。
（3）、将小滑块1通过螺杆配合，使小滑块和连接块-中间块连接到一起。
（4）、将齿轮箱-马达箱组合（两者通过定位块固定），通过使齿轮箱表面的燕尾槽和小滑块表面的凸台相配合，同时在右端面配以固定板来固定横向运动。
（5）、将中间块2与大滑块配合，同时通过螺钉M4将连接块固定在中间块2上，然后将小滑块2通过螺杆与连接块配合。
（6）、将虎钳通过定位块与小滑块2配合起来，固定在小滑块2上表面。
（7）、最后在主轴上加上夹头、铣刀等。
4.2 使用说明
加工材料时要确认工件是否夹紧，铣床空转时是否正常，然后再进行切削。因为铣刀较为锋利，所以切忌铣刀旋转时，铣刀与手、衣服或者头发不要接触，以免受伤。 对于加工工件要求不同深度、不同类型时，如果小滑块的行程不够，通过定位块调节中间块固定在长基座上的高度。铣刀更换时，对应的夹头也应更换。
1 绪论 2
1.1 机床的发展概况 2
1.2 微型铣床的发展情况 2
1.3 课题提出的背景及意义 2
1.4 本课题主要的内容 2
2 铣床总体方案设计 2
2.1 铣床的总体布局 2
2.2 铣床主要技术参数的确定 2
2.3 铣床主轴部件的设计 2
2.4 铣床导轨的设计 2
3 铣床结构设计 2
3.1 铣床零部件装配表 2
3.2 铣床各零部件具体结构设计 2
4微型铣床的装配使用 2
4.1 铣床装配 2
4.2 使用说明 2
结论 28
致谢..29
参考文献..30
1 绪论
1．1 机床的发展概况
机床作为一种基本的生产手段,是先进制造技术的载体和装备制造业的基本装备。它的服务范围包括汽车、军工、农机、工程机械、电力设备、铁路机车、船舶等行业。建国六十年以来，中国在党和国家领导人的关怀下，已经连续几年成为世界最大的机床消费国和机床进口国，成为世界第三大机床生产国，在国际上有了举足轻重的话语权和产业地位，机床制造强国已经不是梦想。进入新世纪后，在国家经济持续高速推动下，在政策支持、推动和市场需求拉动下，机床行业迅猛发展。例如在06年,金属切削机床的利润增速达到30％,,而纯销售收入达到25％,行业销售利润达到5％,相应的机床产量比去年增加了14％,可谓跨越式发展。
国防工业和制造业的崛起将机床行业提到了一个重要的位置，在这样的时代背景下，大型、高速、精密数控设备的研发成为国家重要的振兴目标之一。随着国家对机床行业扶持性政策的不断出台，我国的机床市场在未来有望得到巨大的改善，在增长态势和技术能力上将会实现质的飞跃。例如在01年机床东西累计完结工业产量达到6606亿，产物出售产量达到 6424亿，同比增加30％左右。而在07年时，也就是“十一五”规划的第二年，在国内外宏观经济的影响下机床行业出现很多机遇，当然不利因素也有很多。所以，总体来讲机床行业在07年保持了一个平稳和较快的发展速度。09年金融危机的冲击下，中国机床行业呈前抑后扬、稳定向好的态势。数据统计，国产金属加工机床市场占有率提高到70％，行业固定资产投资额增长36％,09年，中国首次成为世界机床第一生产国。在这改革开放30年来，我国机床行业已经把握未来发展机遇，向制造强国挺进。
1.2 微型铣床的发展情况
近年来，随着航空航天、国防工业、微电子技术、生物医疗装备技术的发展，民用和国防等领域对各种微型化产品的需求不断增加，对微型制造机械的要求也越来越高。微小型机床的概念在1970年提出，机床的微型化有利于高速加工，提高加工精度，缩小误差，这就同时提高了质量和生产率。世界上首台微小型化机床于1996年被研发出来，整体尺寸为32mm*25mm*30.5mm，从此，微小型化机床研究进入了一个全新的领域。但是由于此次研发的机床的加工精度和生产成品的能力有限，于1997年，又重新研发了一台机床。经过这样的不断创新发展，铣床的微型化己经发展成为一种全球化趋势，在生物医学、航空航天、国防以及高科技电子产品等领域有着广阔的应用前景，微型化制造技术的研究已经引起各领域的关注，成为现代科学研究的前沿和热点。
在民用方面，微型铣床已经广泛应用于家庭活动、教学活动。我国对微型机床的研究已经进入一定深度，目前哈尔滨工业大学、南京航空航天大学和上海交通大学的科研院所开展了相关方面的研究。我国有一些机构在微型机床研究方面取得了不错的成果。哈尔滨工业大学精密工程研究所研制的微型精密三轴联动立式铣床被用户满意接受，该铣床建立了NC嵌入PC型开放式跑数控系统，开发了界面友好的控制软件并集成了视频采集模块。但与国外的技术相比还存在很大差距，我国研制的微型机床在稳定性、精度、灵敏度的特性与国外还相差很远。随着各种工业产品的微型化激战以及微机电系统应用的日益广泛，机床的微型化也开始提到日程上来。微型立式铣床不是传统铣床直接微型化，它远超出了传统铣床的概念和范畴。微型铣床在尺度效应、结构、材料、制造方法和工作原理等方面，都与传统铣床截然不同。微系统的尺度效应、物理特性研究、设计、制造和测试研究是微系统领域的重要研究内容。
随着微型铣床的慢慢普及，每年数百万的青年、家长、工程师、设计师等等自行购买机床从事研发，制作工作，培养DIY自己动手做的能力，享受DIY自己动手做的乐趣。可见，国内微型铣床在家用，教学等方面的应用已越来越广泛。
1.3 课题提出的背景及意义
微型机械技术是20世纪末兴起、21世纪初开始快速发展的高科技前沿领域。
工业方面，随着微型机械的研究和发展，其在机、电、光等系统集成方面的内涵将更加丰富与不同的学科的交叉和应用的结合，微型机械技术都可能产生相应的分支及新的研究开发热点，带动新的学科和新科技的发展。这个领域已经受到世界各先进国家的广泛重视。他的现实及潜在的应用都将会给国民经济和国家安全带来巨大的好处，在全球范围内，市场呈指数上升的趋势，在我国也将成为国民经济新的增长点。
在民用方面，当人们讲到铣床，就会想到在制造工厂里的那种体积大，笨重的铣床，很难想象这样一台机器会在人们的生活里得到广泛的应用。但是随着研究开发的不断深入，微型机床技术将更加趋于完整化、系统化和实用化，研究成果将不断应用于各个领域，从而促进电子信息技术、光电一体化技术、新材料技术、新能源技术、航天航空技术、环保技术、海洋工程技术、辐射技术和医学工程技术等多项技术的进一步开发和发展，并将在众多领域中得到更广泛的应用。 本次设计的微型铣床不仅可以帮助青少年提高动手动脑的能力，而且是启迪智慧，成就梦想的好帮手。人们可以在家制作自己喜欢的模型，对加强趣味性，拓宽视野都有很大的帮助。适用于各类学校的劳技课堂，模型制作、工业设计、艺术设计、珠宝加工等等。因此，微型铣床的应用前景将变的越来越广泛。本课题研究通过Solid works软件对微型铣床进行三维设计与装配，同时查阅资料与期刊，加工产品等方法来对微型铣床做深入了解，使我明白它的总体结构及其特征及其在未来发展的重要意义与地位。
本次制图软件Solid works介绍：
Solid works软件是一款3D制图软件，不仅仅是基于零部件的三维设计，更可以参照原有零部件的尺寸大小和形状，实现零部件、装配体、工程图之间的相互转换和关联。当你修改图纸时，三维模型、装配图也会自动更新。同时可以在装配的环境里设计修改零部件。对于此次微型铣床设计，通过Solid works软件，依次设计铣床各个零部件，最后通过装配图完成铣床的装配。各个零部件以及装配图可以在工程图里生成二维图。
1.4 本课题主要的内容
本课题研究通过Solid works制图软件对微型铣床的床身、导轨、主轴部件等进行三维设计与装配，最终完成整体微型铣床的装配。
本课题从四个方面即微型铣床的总体方案设计、铣床各个零部件具体结构设计以及微型铣床的装配使用做了详细的阐述。
2 铣床总体方案设计
2.1 铣床的总体布局
铣床的整体结构形式有立式、卧式等，支撑零部件的结构包括整合型和分离型,其中支撑零部件又包括底座型、立柱型、龙门型等，。因此,相同的运动分布类型可以有很多的结构布局，因此,经过分配设计阶段评价后，可以将所有的结构布局方案的分配方案保留很多。铣床是通过铣刀旋转于加工工件表面进行切削的加工工具。通常用于处理沟槽、工件表面、阶面、平面以及切断等。
本次所设计的微型铣床属于立式，可加工木材料和所有软金属，如金、银、铜、铝等，此外如亚克力、集成电路板也可以加工。所以加工精度不是要求很高。
铣床的驱动方式是直流电动机驱动方式，具有高效、小巧、稳定、可控、廉价的特点。而且此次设计为电机配有变压器-12V变压器，电源适配器。可将AC100-240交流转化为DC12V直流电，内附过温自动保护装置，型号为WDS060120。
加工时，将加工材料固定在虎钳上，根据铣削的要求选择合适的铣刀，调节铣刀的位置，让铣刀与工件接触，调节X,Y,Z向旋钮进行铣削进给。进行切削工件时，最好选用铣刀逆时针进给工件，从而减少工作台的颤动。加工时根据工件的材质，要选择合适的进给方式。加工工件材料均匀，密度较高时选择逆铣，这样加工时更加平稳，使加工表面光滑。质地松散的，尽量选择顺铣进给方式，而且要控制好进给度，否则会损坏机床，严重时使铣刀崩刀，造成危险。铣刀通过夹头固定在齿轮箱的主轴上，进行旋转运动，同时将主轴箱固定在小滑块上，滑块通过旋转手柄做上下移动。
铣床床身采用T型床身布局，T型床身是由横置的前床身和垂直的后床身组成的（分体结构）。T型床身布局的优点是：工作台沿前床身方向作进给运动，在全部行程范围内工作台可全部支撑在床身上，故刚性较好，提高了工作台的承载能力，易于保证加工精度，而且可用较长的工作行程。前床身与后床身采用梯形凸台与梯形槽配合的方法进行连接，同时采用加强板对床身进行加强固定。
铣床上部装配是将齿轮箱与电机通过连接块固定在一起，在齿轮箱的设计过程中，考虑前床身与后床身的固定方式，在齿轮箱表面拉伸梯形凸台与小滑块梯形槽固定，同时在横向通过螺钉与护板进行固定。小滑块通过中间块1与后床身固定，采用连接块固定方式。
铣床下部装配是将导轨与床身兼并设计，小滑块通过中间块2与导轨相配合，小滑块通过旋转手柄使固定在小滑块上的虎钳做纵向移动，而横向进给方向，通过前床身上的旋转手柄，使工作台沿导轨做横向移动。如图1：
4.1 铣床装配
具体装配步骤如下:
(1)、首先将大滑块的凸台和长基座的燕尾槽相配合，形成T形床身，摆平床身。同时在长基座上表面加上护板，用直角加强板加强固定前后床身。
（2）、通过定位块把中间块1竖直固定在长基座上，然后通过M4螺钉将连接块固定在中间块1上。
（3）、将小滑块1通过螺杆配合，使小滑块和连接块-中间块连接到一起。
（4）、将齿轮箱-马达箱组合（两者通过定位块固定），通过使齿轮箱表面的燕尾槽和小滑块表面的凸台相配合，同时在右端面配以固定板来固定横向运动。
（5）、将中间块2与大滑块配合，同时通过螺钉M4将连接块固定在中间块2上，然后将小滑块2通过螺杆与连接块配合。
（6）、将虎钳通过定位块与小滑块2配合起来，固定在小滑块2上表面。
（7）、最后在主轴上加上夹头、铣刀等。
4.2 使用说明
加工材料时要确认工件是否夹紧，铣床空转时是否正常，然后再进行切削。因为铣刀较为锋利，所以切忌铣刀旋转时，铣刀与手、衣服或者头发不要接触，以免受伤。 对于加工工件要求不同深度、不同类型时，如果小滑块的行程不够，通过定位块调节中间块固定在长基座上的高度。铣刀更换时，对应的夹头也应更换。
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