畢設資料-雙軸回轉工作臺設計

喜歡這個資料需要的話就充值下載吧。資源目錄里展示的全都有預覽可以查看的噢，下載就有,請放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：11970985 可咨詢交流】=喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的全都有，下載后全都有,請放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：197216396 可咨詢交流】= 畢業(yè)設計（論文）文獻綜述題目雙軸回轉工作臺結構設計專業(yè)機械設計制造及其自動化班級學號學生指導教師 年文獻綜述一. 雙軸回轉工作臺簡介雙軸回轉工作臺是五軸聯動的基礎，它能夠實現回轉軸和擺動軸的兩坐標定位。在三軸聯動的數控銑床上增加了雙軸回轉工作臺，并通過數控改造使之成為五軸數控銑床，是擴展機床使用功能的簡捷方式。數控機床加工某些零件時,除需要有沿X、Y、Z三個坐標軸的直線進給運動之外, 還需要有繞X、Y、Z三個坐標軸的圓周進給運動,分別稱為A、B、C軸。安裝雙回轉軸工作臺的五軸聯動機床也稱五坐標機床, 它是在三個平動軸(沿X、Y、Z軸的直線運動) 的基礎上增加了兩個轉動軸(能實現繞X 軸、Z軸旋轉運動, 即A軸和C軸)，雙軸回轉工作臺實現了A軸和C軸的轉動。 設置在床身上的工作臺可以環(huán)繞X軸回轉，定義為A軸，A軸一般工作范圍有限，并非360度。工作臺的中間還設有一個回轉臺，環(huán)繞Z軸回轉，定義為C軸，C軸都是360度回轉。這樣五軸聯動機床實現五軸聯動的關鍵就在于雙回轉軸工作臺。二. 雙軸回轉工作臺的特點裝有雙軸回轉工作臺不僅可使刀具相對于工件的位置任意可控, 而且刀具軸線相對于工件的方向也在一定范圍內任意可控,由此使的五軸聯動機床加工具有以下特點:A. 可避免刀具干涉, 加工普通三坐標機床難以加工的復雜零件,加工適應性廣,如圖1 (a) 所示。B. 對于直紋面類零件, 可采用側銑方式一刀成型, 加工質量好、效率高,如圖1(b) 所示。C. 對一般立體型面特別是較為平坦的大型表面, 可用大直徑端銑刀端面逼近表面進行加工, 走刀次數少, 殘余高度小, 可大大提高加工效率與表面質量,如圖1(c) 所示。D. 對工件上的多個空間表面可一次裝夾進行多面、多工序加工,加工效率高并有利于提高各表面的相互位置精度, 如圖1 (d) 所示。E. 五軸加工時, 刀具相對于工件表面可處于最有效的切削狀態(tài)。例如使用球頭刀時可避免球頭底部切削,如圖1 (e) 所示, 利于提高加工效率。同時,由于切削狀態(tài)可保持不變,刀具受力情況一致, 變形一致, 可使整個零件表面上的誤差分布比較均勻,這對于保證某些高速回轉零件的平衡性能具有重要作用。F. 在某些加工場合, 如空間受到限制的通道加工或組合曲面的過渡區(qū)域加工, 可采用較大尺寸的刀具避開干涉, 刀具剛性好,有利于提高加工效率與精度,如圖1 (f)所示?，F在, 大家普遍認為, 五軸聯動數控機床系統是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等加工的唯一手段。所以,每當人們在設計、研制復雜曲面遇到無法解決的難題時,往往轉向求助于五軸數控系統。圖1 五軸聯動加工的特點三. 雙軸回轉工作臺的結構和原理2345612由于五軸聯動數控機床系統價格十分昂貴, 加之NC 程序制作較難,使五軸系統難以“平民”化?，F在很多的工廠使用的是三軸聯動的數控機床,即能實現X、Y、Z三個軸方向的同時平動。如果再配上一個雙軸回轉工作臺,能實現繞X軸、Z軸旋轉(即A軸和C軸), 再完成數控部分的改造,實現同時控制即能實現五軸聯動。這樣即可減少固定資產的無形磨損, 又避免購置新機的大量資金投入。3.1雙軸回轉工作臺的功用第一, 使工作臺進行圓周進給完成切削工作;第二, 使工作臺進行分度工作。它按照控制系統的命令,在需要時完成上述務。數控回轉工作臺由伺服電動機驅動, 采用無級變速方式工作,所以定位精度完全由控制系統決定。3.2 雙軸回轉工作臺的傳動和結構此處引用的工作臺屬于閉環(huán)數控回轉工作臺, 兩個旋轉編碼器分別位于與工作臺固接的軸端和支撐座的尾端,能將旋轉后的位置準確的反饋回系統。這種數控回轉工作臺由交流伺服電動機驅動, 在它的輸出軸上接連軸器, 再接一級齒輪減速器。該數控回轉工作臺由圓柱齒輪傳動系統、渦輪渦桿傳動系統、間隙消除裝置及蝸輪夾緊裝置組成。因為是渦輪渦桿傳動與分度, 所以停位不受限, 并不像端齒分度盤一樣, 只能分度固定的角度的整數倍(5、10、15等), 而且偏轉范圍較大(110-70),能加工任何角度與傾斜度的孔與表面。齒的側隙是靠齒輪制造精度和安裝精度來保持。大齒輪的支撐軸與渦桿軸做成一個軸, 這種聯結方式能增大連接的剛性和精度,更能減少功率的損耗。其工作原理簡述如下:回轉工作臺的運動由交流侍服電機驅動圓柱齒輪傳動, 帶動渦輪渦桿系統, 使工作臺旋轉。當數控回轉工作臺接到數控系統的指令后, 首先松開圓周運動部分的渦輪夾緊裝置, 松開渦輪, 然后啟動交流侍服電機, 按圖2 回轉工作臺的工作原理圖數控指令確定工作臺的回轉方向、回轉速度及回轉角度大小等參數。擺動部分的工作原理與此相同。需要說明的是, 當工作臺靜止時必須處于鎖緊狀態(tài), 工作臺沿其圓周方向均勻分布6個夾緊液壓缸進行夾緊。當工作臺不回轉時, 夾緊油缸在液壓油的作用下向外運動, 通過鎖緊塊僅僅頂在渦輪內壁,從而鎖緊工作臺。當工作臺需要回轉時,數控系統發(fā)出指令, 反向重復上述動作, 松開渦輪, 使渦輪和回轉工作臺按照控制系統的指令進行回轉運動。3.3雙軸回轉工作臺C軸回轉部分圖3 回轉工作臺工作原理圖中：1-工作臺體，2-主軸，3-上多齒盤，4-下多齒盤，5-油缸下腔，6-齒盤離合器，7-齒輪，8-齒條，9-傳感器，10-傳感器，11-花鍵副，12-限位擋塊，13-底盤，14-活塞分度動作順序如下:油缸下腔5 進油- 活塞14 帶動工作臺體1抬起- 上多齒盤3 與下多齒盤4 分離- 主軸2 帶動齒盤離合器6 嚙合- 回轉油缸(圖中未畫出) 帶動齒條8 前進- 齒輪7 帶動工作臺體1 及上多齒盤3 回轉至下一工位- 油缸下腔5 回油-工作臺體1 落下- 多齒盤3 ,4 嚙合準確定位并夾緊- 齒盤離合器6 分離- 齒條8 縮回復位。3.4回轉和擺動部分的傳動 圖4回轉部分和擺動部分中齒輪傳動渦輪渦桿傳動示意圖由圖4可知 整個數控回轉工作臺按照功用不同可以分為兩個組成部分，即圓周回轉部分和擺動部分 ；在圓周回轉部分和擺動部分中又可以按照傳動結構分為兩個部分 ，即齒輪傳動部分和蝸輪蝸桿傳動部分。3.5雙軸回轉工作臺實物圖 正如上面所描述，本文介紹的雙軸回轉工作臺實物如圖5所示。圖5雙軸回轉工作臺實物圖四. 五軸聯動機床的結構類型9124.1立式五軸加工中心這類加工中心是工作臺回轉軸（圖6）。設置在床身上的工作臺可以環(huán)圖6立式雙軸回轉工作臺繞X軸回轉，定義為A軸，A軸一般工作范圍 30度至-120度。工作臺的中間還設有一個回轉臺，在圖示的位置上環(huán)繞Z軸回轉，定義為C軸，C軸都是360度回轉。這樣通過A軸與C軸的組合，固定在工作臺上的工件除了底面之外，其余的五個面都可以由立式主軸進行加工。A軸和C軸最小分度值一般為0.001度，這樣又可以把工件細分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。A軸和C軸如與XYZ三直線軸實現聯動，就可加工出復雜的空間曲面，當然這需要高檔的數控系統、伺服系統以及軟件的支持。這種設置方式的優(yōu)點是主軸的結構比較簡單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺不能設計太大，承重也較小，特別是當A軸回轉大于等于90度時，工件切削時會對工作臺帶來很大的承載力矩。另一種是依靠立式主軸頭的回轉（圖2）。主軸前端是一個回轉頭，能自行環(huán)繞Z軸360度，成為C軸，回轉頭上還帶可環(huán)繞X軸旋轉的A軸，一般可達90度以上，實現上述同樣的功能。這種設置方式的優(yōu)點是主軸加工非常靈活，工作臺也可以設計的非常大，客機龐大的機身、巨大的發(fā)動機殼都可以在這類加工中心上加工。這種設計還有一大優(yōu)點：我們在使用球面銑刀加工曲面時，當刀具中心線垂直于加工面時，由于球面銑刀的頂點線速度為零，頂點切出的工件表面質量會很差，采用主軸回轉的設計，圖2 主軸回轉的立式五軸加工中心令主軸相對工件轉過一個角度，使球面銑刀避開頂點切削，保證有一定的線速度，可提高表面加工質量。這種結構非常受模具高精度曲面加工的歡迎，這是工作臺回轉式加工中心難以做到的。為了達到回轉的高精度，高檔的回轉軸還配置了圓光柵尺反饋，分度精度都在幾秒以內，當然這類主軸的回轉結構比較復雜，制造成本也較高。立式加工中心的主軸重力向下，軸承高速空運轉的徑向受力是均等的，回轉特性很好，因此可提高轉速，一般高速可達1,2000r/min以上，實用的最高轉速已達到4,0000轉。主軸系統都配有循環(huán)冷卻裝置，循環(huán)冷卻油帶走高速回轉產生的熱量，通過制冷器降到合適的溫度，再流回主軸系統。X、Y、Z三直線軸也可采用直線光柵尺反饋，雙向定位精度在微米級以內。由于快速進給達到4060m/min以上，X、Y、Z軸的滾珠絲杠大多采用中心式冷卻，同主軸系統一樣，由經過制冷的循環(huán)油流過滾珠絲杠的中心，帶走熱量。4.2臥式五軸加工中心此類加工中心的回轉軸也有兩種方式，一種是臥式主軸擺動作為一個回轉軸，再加上工作臺的一個回轉軸，實現五軸聯動加工。這種設置方式簡便靈活，如需要主軸立、臥轉換，工作臺只需分度定位，即可簡單地配置為立、臥轉換的三軸加工中心。由主軸立、臥轉換配合工作臺分度，對工件實現五面體加工，制造成本降低，又非常實用。也可對工作臺設置數控軸，最小分度值0.001度，但不作聯動，成為立、臥轉換的四軸加工中心，適應不同加工要求，價格非常具有競爭力。圖7 臥式雙軸回轉工作臺另一種為傳統的工作臺回轉軸（圖3），設置在床身上的工作臺A軸一般工作范圍 20度至-100度。工作臺的中間也設有一個回轉臺 B軸，B軸可雙向360度回轉。這種臥式五軸加工中心的聯動特性比第一種方式好，常用于加工大型葉輪的復雜曲面?；剞D軸也可配置圓光柵尺反饋，分度精度達到幾秒，當然這種回轉軸結構比較復雜，價格也昂貴。 目前臥式加工中心工作臺可以做到大于1.25m2，對第一種五軸設置方式沒有什么影響。但是第二種五軸設置方式比較困難，因為1.25m2的工作臺做A軸的回轉，還要與工作臺中間的B軸回轉臺聯動確實勉為其難。臥式加工中心的主軸轉速一般在10,000rpm以上，由于臥式設置的主軸在徑向有自重力，軸承高速空運轉時徑向受力不均等，加上還要采用較大的BT50刀柄，一般最高可達20,000rpm。臥式加工中心快速進給達到3060m/min以上，主軸電機功率22-40KW以上，刀庫容量按需要可從40把增加到160把，加工能力遠遠超過一般立式加工中心，是重型機械加工的首選。加工中心大多可設計成雙工作臺交換，當一個工作臺在加工區(qū)內運行，另一工作臺則在加工區(qū)外更換工件，為下一個工件的加工做準備，工作臺交換的時間視工作臺大小，從幾秒到幾十秒即可完成。最新設計的加工中心考慮到結構上要適合組成模塊式制造單元（FMC）和柔性生產線（FMS），模塊式制造單元一般至少有兩臺加工中心和四個交換工作臺組成，加工中心全部并排放置，交換工作臺在機床前一字形排開，交換工作臺多的可以排成兩行、甚至雙層設計。兩邊各有一個工位作為上下工件的位置，其余工位上的交換工作臺安裝著工件等待加工，有一輛小車會按照系統指令，把裝著工件的交換工作臺送進加工中心，或從加工中心上取出完成加工的交換工作臺，送到下一個工位或直接送到下料工位，完成整個加工操作。柔性生產線除了小車、交換工作臺之外，還有統一的刀具庫，一般會有幾百把刀具，在系統中存入刀具的身份編碼信息，再通過刀具輸送系統送進加工中心，并把用完的刀具取回，柔性生產線往往還需要一臺FMS的控制器來指揮運行。五. 雙軸回轉工作臺的發(fā)展910111213裝備制造業(yè)是一國工業(yè)之基石，它為新技術、新產品的開發(fā)和現代工業(yè)生產提供重要的手段，是不可或缺的戰(zhàn)略性產業(yè)。即使是發(fā)達工業(yè)化國家，也無不高度重視。近年來，隨著我國國民經濟迅速發(fā)展和國防建設的需要，對高檔的數控機床提出了急迫的大量需求。機床是一個國家制造業(yè)水平的象征。而代表機床制造業(yè)最高境界的是五軸聯動數控機床系統，從某種意義上說，反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。長期以來，以美國為首的西方工業(yè)發(fā)達國家，一直把五軸聯動數控機床系統作為重要的戰(zhàn)略物資，實行出口許可證制度。特別是冷戰(zhàn)時期，對中國、前蘇聯等社會主義陣營實行封鎖禁運。愛好軍事的朋友可能知道著名的“東芝事件”：上世紀末，日本東芝公司賣給前蘇聯幾臺五軸聯動的數控銑床，結果讓前蘇聯用于制造潛艇的推進螺旋槳，上了幾個檔次，使美國間諜船的聲納監(jiān)聽不到潛艇的聲音了，所以美國以東芝公司違反了戰(zhàn)略物資禁運政策，要懲處東芝公司。五軸聯動數控機床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復雜曲的機床，這種機床系統對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設備等等行業(yè)，有著舉足輕重的影響力，堪稱“制造業(yè)之靈魂”。現在，大家普遍認為，五軸聯動數控機床系統是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等等加工的唯一手段。 而提高五軸聯動數控機床的科技含量、精密度的重要手段之一就是提高雙軸回轉工作臺的精密度。要在不斷提高雙軸回轉工作臺工作性能，才能在實質上提高我國五軸聯動數控機床的整體水平，使我國裝備制造業(yè)得到長足發(fā)展。參考文獻1 崔旭芳，周英，數控回轉工作臺的原理和設計J，磚瓦，2008，NO.6：23-27；2趙群，加工中心回轉工作臺部件的結構分析J，設備設計與維修，2002，NO.5：35-36；3楊堅,劉湖蘭，用回轉工作臺進行分度的經驗J，機械制造，1998，NO.7：6-6；4 楊春華，徐耀坤，普通回轉工作臺的改進J，摩托車技術，2003，NO.11：27-27；5孫德洲，采用雙楔環(huán) - 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