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購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 摘 要 五軸聯(lián)動加工中心是復雜平滑曲面加工的重要手段，也是汽車、模具、航空航天業(yè)精密復雜零件加工的重要設(shè)備。它代表著機床制造業(yè)先進技術(shù)集成的方向，西方工業(yè)發(fā)達國家一直把五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資，實行出口許可證制度，并對于用于軍事領(lǐng)域的五軸聯(lián)動加工中心實行禁運，所以自行開發(fā)精密五軸聯(lián)動加工中心對我國的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)的發(fā)展有著重要的理論意義和應(yīng)用價值。 論文在綜合比較分析國內(nèi)外五軸聯(lián)動設(shè)計技術(shù)，綜合借鑒國內(nèi)外先進機床設(shè)計結(jié)構(gòu)和設(shè)計分析手段的基礎(chǔ) 上，采用設(shè)計和試驗相結(jié)合的方法，系統(tǒng)的對其總體布局、主要功能部件的設(shè)計、機床精度保持和機床高速運動的動態(tài)性能分析等關(guān)鍵項技術(shù)進行了深入研究。詳細分析了國外五軸聯(lián)動加工中心的機床設(shè)計方法，探討了各種機床結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，通過大量詳細而準確的計算，提出了機床總體布局方案，并完成了頭庫結(jié)構(gòu)設(shè)計、氣動控制回路設(shè)計。 關(guān)鍵詞 ：五軸聯(lián)動加工中心；結(jié)構(gòu)設(shè)計；性能研究購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 he is an of is to in on it an on on of S to on of of s of s of in of is 紙 咨詢 14951605 1 目 錄 摘 要 .................................................................... I ..................................................................................................................................................... 論 .............................................................................................................................................................. 2 1 頭庫結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論基礎(chǔ) .......................................... 2 庫結(jié)構(gòu)設(shè)計國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)勢 ............................. 2 課題主要工作 ............................................. 4 2 頭庫結(jié)構(gòu)設(shè)計 ................................................... 5 庫整體結(jié)構(gòu)布局簡介 ........................................ 5 板傳動系統(tǒng)導軌副選用計算 ................................... 9 板傳動系統(tǒng)氣缸選用計算及氣動控制回路 ....................... 14 3 交換控制邏輯 .................................................. 16 ............................................. 17 .............................................. 19 換過程中的銑頭松開 /夾緊監(jiān)控 ............................... 22 量計簡介 .......................................... 23 控原理 ............................................ 24 換過程中 Z 軸異常負載監(jiān)控 ................................. 25 結(jié) 論 ......................................................... 26 致 謝 ......................................................... 27 參考文獻 ...................................................... 28 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 2 緒 論 性能高效高速數(shù) “ 控加工 機床多采用系列化、標準化和模塊化設(shè)計制造技術(shù)，允許用戶在標準型機床基礎(chǔ)上通過選配包括不同特性主軸銑頭或和電主軸在內(nèi)的模塊化部件，以使同一機床能適應(yīng)不同需求的加工應(yīng)用和自動化水平，呈現(xiàn)了較好的應(yīng)用柔性。但對終端制造業(yè)用戶而言，這仍然是一種專用型 ” 的機床，因為一旦選配了某種確定特性的主軸銑頭或電主軸，這時該機床的加工能力也就被確定在某種確定的范圍內(nèi)，仍然呈現(xiàn)為專用性的特征。 為此，機床制造商開發(fā)了可實現(xiàn)主軸銑頭自動交換功能的數(shù)控加工機床，以便隨時根據(jù)實際需求可自動選擇相應(yīng)的主軸銑頭裝載到機床主軸上，從 而有效擴展了機床的加工能力和適用性，使終端用戶真正可獲得一種 “ 通用型 ” 的，或者說 “ 高性能 ” 的高效高速數(shù)控加工機床。實際上，可交換主軸銑頭應(yīng)用已有一段歷史了，不同的僅是現(xiàn)代此類數(shù)控加工機床的技術(shù)水平、自動化程度和可靠性更高而已。 該設(shè)計 涉及 五軸龍門加工中心領(lǐng)域，具體為一種銑頭可交換直驅(qū)式高速龍門五軸加工中心 ， 專門用來加工航空透明件模具及汽車工業(yè)中的模具制造。 傳統(tǒng)的五軸龍門加工中心多采用齒條或絲杠傳動，對于齒條傳動來說 ， 具有力量大的優(yōu)點，但是精度低。而絲杠傳動時 ， 絲母對絲杠施以扭力，當絲杠長度過長時會產(chǎn)生晃動 現(xiàn)象，從而影響工件的形狀及尺寸精度 ， 并且長期使用或受異物污染時，易磨損影響機床的精度。 該設(shè)計 的目的在于提供一種可快速交換主軸頭的高速五軸龍門加工中心， 解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的 精度低 等問題 。 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 2 1 頭庫結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論基礎(chǔ) 庫結(jié)構(gòu)設(shè)計國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)勢 大型龍門五面體加工中心是現(xiàn)代裝備制造業(yè)的急需設(shè)備，隨著我國經(jīng)濟的不斷成長，我國許多重要行業(yè)，如發(fā)電設(shè)備 ( 水電、風電、核電 )、航空、航天、船舶、汽車制造業(yè)也都需要高精、大型數(shù)控龍門裝備。自動換頭頭庫機構(gòu)，是與龍門加工中心相對獨立的部件， 是機床的重要部件之一。該結(jié)構(gòu)的合理與否，直接影響了機床的加工效率、加工范圍、精度和精度保持性；龍門加工中心如果具有自動換頭頭庫，就能夠減輕工人的勞動強度，提高機床自動化程度，同時也是保證機床加工精度的最重要因素之一，而加工精度正是影響機床應(yīng)用范圍的主要因素。隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，風電船舶葉片、大型柴油機機體等大型復雜零件的加工通常需要很多自動分度附件頭，特別是大型柴油機機體的加工，對使用附件頭的自動化程度及附件頭的數(shù)量有了更高的要求，因此對自動附件頭頭庫容量的要求也越來越高；所以龍門五面體加工中心的頭庫必須 具有合理的布局、較高的自動化程度、高精度以及良好的可靠性才能適應(yīng)市場的需求。目前現(xiàn)代龍門五面體加工中心使用的換頭頭庫主要有以下幾種： (1)如圖 示，固定在工作臺后部：此種結(jié)構(gòu)自動頭庫安裝在工作臺面的，受臺面及兩立柱之間寬度的影響，頭庫容量有一定的限制，而且影響機床的 庫跟著工作臺面移動，長時間定位精度會受到影響，故頭庫需要定期調(diào)整。此外，對于一些有高壓冷卻的加工中心，由于在加工范圍內(nèi)切削液飛濺，因此頭庫的密封要求比較高，這樣就降低了自動頭庫的可靠性。 圖 庫 固定于工作臺后部 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 3 (2)如圖 示，安裝在立柱正面：自動頭庫安裝在立柱面上，一般分為上下兩層，上面一層為附件頭保護蓋，下面一層為直角銑頭或者萬能銑頭。通過驅(qū)動 軸方滑枕定位到頭庫位置進行自動換頭。頭庫通過氣缸或者液壓驅(qū)動保護蓋支架移動或者翻轉(zhuǎn)來實現(xiàn)保護蓋和附件頭的交替轉(zhuǎn)換。由于受立柱面大小的影響，故頭庫只能容納保護蓋和一個附件頭，這樣就大大縮小了加工中心的加工范圍。再者立柱面安裝了頭庫加大了加工中心全防護的安裝難度，對機床 圖 庫安裝在立 柱正面 (3)如圖 用換頭小車完成換頭工作：在左立柱的前面，在地面上安裝有換頭的位置，每次換頭通過驅(qū)動 軸方滑枕定位到頭庫位置進行換頭；地面上有縱向和橫向的軌道，當需要更換不同的附件頭時，換頭小車通過地面上的軌道推到換頭位置進行換頭，完成換頭后再將小車推走。一個附件頭放在一個小車里，幾個附件頭就需要幾個小車。這種換頭結(jié)構(gòu)雖然可以實現(xiàn)能使用多個附件頭，但換頭時必須用人工來推動小車到換頭位置，才能完成換頭工作，這樣就不能實現(xiàn)全自動換頭。 圖 庫采用換頭小車換頭 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 4 課 題主要工作 由上分析可知，五軸聯(lián)動加工中心是國家發(fā)展航天航空軍事等領(lǐng)域的重要技術(shù)裝備，本次設(shè)計完成了銑頭可自動交換的高速五軸聯(lián)動龍門加工中心的頭庫部分結(jié)構(gòu)設(shè)計以及 庫設(shè)計采用前文 設(shè)有防護間等結(jié)構(gòu)。在銑頭交換過程中由氣缸將需要使用的頭庫從防護間中推動出來并進行交換，整個設(shè)計主要內(nèi)容如下： （ 1）依據(jù)目前現(xiàn)代龍門五軸加工中心使用的換頭頭庫中的三種，采用了固定式的方式，完成了頭庫結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （ 2）依據(jù)西門子 840D 系統(tǒng)選擇編 碼器的技術(shù)原則及原理，完成了 制邏輯的設(shè)計。 （ 3）完成裝配圖及相關(guān)零件結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計，其內(nèi)容包括： ①托板零件圖 ②托板座零件圖 ③主軸庫裝配圖 （ 4） 整體布置如圖 圖 床整體結(jié)構(gòu)示意圖 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 5 2 頭庫結(jié)構(gòu)設(shè)計 庫整體結(jié)構(gòu)布局簡介 主軸庫放置在機床的后部，由氣缸將主軸庫推到需要換置的主軸點，通過滑枕的上下運動及主軸快換液壓松 /夾機構(gòu)來實現(xiàn) 換主軸，其中換頭行程為 550 圖 庫結(jié)構(gòu)立體圖 圖 庫結(jié)構(gòu)布局拆分圖 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 6 表 庫結(jié)構(gòu)布局拆分簡介表 序號 圖名 數(shù)量 1 氣缸 2 2 直線導軌及滑塊 2 3 主軸 1 4 主軸 1 5 主軸支承座 1 6 拖鏈 2 7 接近開關(guān) 6 8 地腳調(diào)整螺釘 8 9 地腳 8 10 板 4 11 板 2 12 壓板 4 13 導向銷 2 14 塊 1 15 板 2 16 墊片 2 17 氣缸支架 2 18 壓塊 80 19 拖鏈支架 2 20 撞塊支架 2 21 塊 1 22 拖鏈支架 2 23 撞塊 2 24 調(diào)整墊 8 25 焊接底座 2 26 焊接上座 2 27 主軸支座 1 頭庫正視圖見圖 軸頭在交換過程中的定位除了由 軸的定位精度保證外，還由粗定位銷（如圖 精定位座（如圖 保證的，在 Z 軸下降到左視圖或右視圖中的減速接近開關(guān)時， Z 軸進行減速，同時主軸端面的定位孔與粗定位銷開始結(jié)合。然后， Z 軸繼續(xù)減速下降到設(shè)定位置，此時與精定位座已經(jīng)完全結(jié)合，主軸進行刀具加緊動作，夾緊完成 后主軸從銑頭中進行脫離（銑頭松開）， 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 7 圖 庫正視圖 圖 定位銷圖 圖 固定座圖 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 8 在主軸進行交換的過程中，頭庫的托板定位是由前后安裝的兩個接近開關(guān)來實現(xiàn)的，如圖 示，托板的有效行程為 552 圖 庫左視圖及右視圖 圖 庫俯視圖 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 9 板傳動系統(tǒng)導軌副選用計算 頭庫托板的前進 /后退動作是由氣缸來推動的，選用滾動導軌做為傳動機構(gòu)。 滾動直線導軌副的每個滑塊所受的負載受以下各種因素影響：導軌副的配置形式（水平，豎直等），工作臺的重心和受力點的位置，切削阻力的作用，運動時的加速度等。下圖 幾種情況下作用于滾動直線導軌副的各個滑塊上負載的計算。 圖 直受力分析 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 10 圖 平軸向受力分析 圖 平徑向受力分析 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 11 圖 速受力分析 可以根據(jù)所選導軌副的配置形式計算滾動直線導軌副的每個滑塊所承受的載荷，然后根據(jù)后面提供的壽命計算方法來計算導軌副的壽命。 摩擦阻力受導軌副的結(jié)構(gòu)形式、潤滑劑的粘度、所受的載荷以及運動速度的影響而變化，預(yù)緊后，摩擦阻力將會有所增大。 摩擦力 F 可按下式計算： F p f??? 0 . 0 0 5 0 . 0 0 6? ?? 0 . 0 0 3 0 . 0 0 4? ?? 0 . 0 0 2 0 . 0 0 3? ?? p N）， f N） 在相同的工作條件下，使一批相同構(gòu)造和尺寸的導軌組件分別運行，在其中 90%的導軌組件尚未出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象之前，滑塊相對于導軌運動距離的總和或 一定運動速度下的工作小時數(shù)。 在實際的導軌系統(tǒng)中，為了充分發(fā)揮滾動直線導軌副的性能，與鋼球接觸的滾道表面的硬度應(yīng)在 64之間。若滾道表面硬度較低，則額定動載荷減少，導軌的額定壽命將會降低。因此，導軌的額定動載荷、額定靜載荷應(yīng)乘以硬度系數(shù) 圖所示為對應(yīng)不同的滾道面硬度時的硬度系數(shù) 導軌系統(tǒng)的溫度超過 100℃時，與在常溫使用場合相比，額定動載荷降低，額定壽命縮短，因 此導軌的額定動載荷、額定靜載荷應(yīng)乘以溫度系數(shù) 圖所示為對應(yīng)不同溫度時的溫度系數(shù) 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 12 滾 道 面 的 硬 度 系 數(shù) 020 30 40 50 60H R 系 數(shù) f 2 0 140 1 6 0 1 8 0 200T ( C )00 . 40 . 50 . 60 . 70 . 80 . 91 . 0f H f 軌性能與各參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系圖 在計算額定壽命時，還應(yīng)考慮外部作用載荷及使用場合的影響，物體的重量、運動速度所引起慣性力的變化，為此引入載荷系數(shù)同使用條件下下表 表 場合使用條件 無外來沖擊載荷、振動 (163 管路 爆裂 通過合理使用流量計，在 證了銑頭在自動交換過程中松04 4 * 1 0 ? ? ??購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 25 開和加緊的可靠性。 換過程中 Z 軸異常負載監(jiān)控 在銑頭自動交換過程中，裝卸銑頭時， 定位不準或錯誤，可能會出現(xiàn)撞擊或阻擋的情況。若沒有 Z 軸異常負載檢測， Z 軸就會按指令向下運動，直到驅(qū)動系統(tǒng)報警為止。這樣很可能已經(jīng)造成了硬件的損壞而帶來損失。使用 840D 系統(tǒng)提供的固定點停止功能可以實現(xiàn) 行異常負載檢測功能。 在銑頭交換子程序中可以加入以下控制： ?? 90 600 9l；抓頭前位置檢測 536；銑頭松開 153 Z=0 ]=80； 據(jù)實際調(diào)整） ]=2； 口值 (根據(jù)實際調(diào)整 ) 90 =1000 153 Z=]=1； 置 537；銑頭夾緊 ?? 在設(shè)定完固定點停止的相關(guān)參數(shù)后，通過以上控制，當 過程中，負載超過設(shè)定的檢測值時，軸就會立即停止移動。保證了相關(guān)部件的安全。 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 26 結(jié) 論 五軸聯(lián)動加工中心是機床設(shè)計中較難掌握的機床設(shè)計，本論文在綜合分析國外五軸聯(lián)動加工中心技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合國內(nèi)同行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，積極運用國外先進機床設(shè)計結(jié)構(gòu)和設(shè)計分析手段，采用設(shè)計和實驗相結(jié)合的方法，系統(tǒng)的對精密高速五軸聯(lián)動加工中心的機床總體布局、主要功能部件的設(shè)計、保持機床精度的研究和機床高速運動的動態(tài)性能分析等內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)進行了深入研究，完成了銑頭可自動交換高速龍門加工中心的頭庫部 分結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制邏輯設(shè)計，本結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，其特點內(nèi)容如下： （ 1）該機床是用于 航空透明件模具粗、精加工的高速龍門五軸加工中心。具有響應(yīng)速度快，加工精度高，實現(xiàn)五軸曲面加工的特點。 （ 2）該機床其雙直線電機直接驅(qū)動橫梁在左右橋梁上移動，消除了傳動環(huán)節(jié)。 （ 3）該機床其 Y 軸橫梁使用直線電機直接驅(qū)動，利用了直線電機主次極見的吸引力，減少了導軌所承受的力矩和壓力，降低了導軌副的摩擦力，提高其剛性及壽命。 （ 4）該機床在滑板內(nèi)部開有方孔，將平衡油缸安裝在其內(nèi)，節(jié)省了空間，使機床整體結(jié)構(gòu)更合理。 （ 5）該機床是一種由交流永磁同步內(nèi)轉(zhuǎn)子力矩電機驅(qū)動的可交換 （ 6）該機床結(jié)構(gòu)精簡， 軸刀柄定位。使得定位準確，換頭靈活。 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 27 致 謝 本課題的全部工作都是在導師徐兆成老師的悉心指導下完成的。在畢業(yè)設(shè)計工作過程中，導師以他深厚的理論基礎(chǔ)、豐富的實踐經(jīng)驗、對問題獨到的見解以及良好的工作作風使我受益匪淺，借此論文完稿之際，我由衷像徐兆成老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。在今后的工作工程中我將以老師為榜樣。 在設(shè)計工作過程中 ， 我 的同學也給了我許多熱心的幫助 ， 在此 ， 向指導、幫助過我的老師和同學表示最誠摯的感謝！ 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 28 參考文獻 [1] 張曙 機床工業(yè)的未來 82] 佟璞瑋 2003:3 [3] 鄒家祥 1990:14[4] 趙宏林 2004:1055] 甘屹 2003:886] 周凱 1998:557] 孫靖民 1998:248] 漢斯·格羅斯 1984:579] 遲建山 1980:5910] 羅輝國 2001:18