加工中心側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)設計【含有4張高清CAD圖紙、說明書】

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年由美國卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎上增加了自動換刀裝置，從而實現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。到八十年代初，經(jīng)過了三十年，發(fā)展最快的是加工中心的控制系統(tǒng)，經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、小型計算機和微處理機數(shù)控的五代演變。自八十年代以來，數(shù)字控制系統(tǒng)高速發(fā)展，加工中心的精度、效率、功能、可靠性進一步提高。當前加工中心和自動交換工作臺組成的柔性加工單元FMC 以及幾臺加工中心等組成的柔性加工系統(tǒng)FMS 都得到了廣泛的發(fā)展。國內(nèi)：我國于 1958 年研制出第一臺數(shù)控機床，在上世紀 80 年代末開始研究加工中心，北京機床研究所等聯(lián)合機構(gòu)研發(fā)出第一臺加工中心。近年來，我國的數(shù)控機床無論從產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關(guān)鍵技術(shù)方面也取得了重大突破。據(jù)統(tǒng)計，目前我國可供市場的數(shù)控機床有 1500 種，幾乎覆蓋了整個金屬切削機床的品種類別和主要的鍛壓機械。這標志著國內(nèi)數(shù)控機床已進入快速發(fā)展的時期。但是相對于美國、日本、德國等國家，我國在高檔數(shù)控機床方面還有很大的差距，主要體現(xiàn)在以下幾方面：a、數(shù)控率低。目前我國的數(shù)控機床擁有量最多，但是我國的數(shù)控化率卻比西方國家低得多。b、功能部件差距大。數(shù)控機床的功能部件主要是數(shù)控系統(tǒng)、主軸、刀庫、滾珠絲杠副、滾動直線導軌副等。這些主要的功能部件決定了機床能夠達到的精度級別和水平。目前，我國制造的數(shù)控機床使用的數(shù)控系統(tǒng)還是日本的 FANUC、德國的 SIEMENS 和 DMG 等的系統(tǒng)。（2） 發(fā)展趨勢加工中心向高效、高精、高速化發(fā)展隨著國民經(jīng)濟飛速發(fā)展和工業(yè)自動化水平的不斷提高，制造業(yè)向著高、精、尖方向發(fā)展，特別是汽車、船舶、紡織、電子技術(shù)、航空航天的迅猛發(fā)展，對加工中心的速度和生產(chǎn)效率要求也越來越高，主軸轉(zhuǎn)速在 12000r/min 以上的高效、高精、高速化加工中心已經(jīng)是數(shù)控機床行業(yè)流行的趨勢。加工中心五軸聯(lián)動趨勢五軸聯(lián)動數(shù)控機床是一種科技含量高、精密度高，專門用于加工復雜曲面的機床， 這種機床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設備等行業(yè)，有著舉足輕重的影響力。加工中心復合化，與機器人有效結(jié)合工業(yè)機器人在機床上的應用，也是當今數(shù)控機床發(fā)展的一大趨勢，在歐、美、日等許多 24 小時無人化工廠內(nèi)，工業(yè)機器人已起到了主角作用。在 CIMT 2009 上，日本 FANUC、日本 DENSO 等公司詳盡地展示了此項技術(shù)，機器人不僅僅起到物流搬運作用，甚至還可進行切削加工。德國 DMG 在展會期間的新聞發(fā)布會上也介紹了其將工業(yè)機器人技術(shù)在機床上的創(chuàng)新應用，這種機器人有 6-7 軸運動關(guān)節(jié)，可直接在機床上做抓取工件的各種動作。工業(yè)機器人同機床有效地結(jié)合在一起，讓機器人從事簡單而且重復的勞動，不僅可提高生產(chǎn)效率，最大限度降低生產(chǎn)成本，同時，機器人不會疲勞且不會產(chǎn)生錯誤，因而對生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定起到了很大的作用。從近幾年舉行的國際機床展看，數(shù)控機床除了向高速、高精度、多軸聯(lián)動、復合加工和智能化方向發(fā)展外，也更重視環(huán)?；?，綠色生態(tài)機床開始成為研究熱點并日益受到重視?！熬G色生態(tài)機床”是近年來機床行業(yè)的一種發(fā)展趨勢，其強調(diào)了機床、環(huán)境、人三者之間的關(guān)系，目地是大幅度提高機床生產(chǎn)效率的同時降低對環(huán)境的影響和對操作者健康的危害。加工中心作為數(shù)控機床的重要代表性產(chǎn)品，也具有向環(huán)?；较虬l(fā)展的趨勢。二、論文（設計）研究的內(nèi)容1. 重點解決的問題（1） 實現(xiàn)側(cè)銑頭兩個方向上的進給（2） 如何保證進給精度和定位精度（3） 結(jié)構(gòu)設計與校核2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）本設計主要是根據(jù)設計要求，依據(jù)機械設計和機械制圖的基本原理對一臺重型數(shù)控龍門銑床進行結(jié)構(gòu)設計，該側(cè)銑頭能夠在 X 方向和 Z 方向兩個方向上進行銑削運動。本設計主要分四部分：（1） 根據(jù)設計要求對側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)進行總體方案的設計，主要包括伺服進給運動和主運動方式的確定。（2） 利用機械設計基本原理對設計中伺服進給運動和主運動系統(tǒng)的機械部分的設計計算，主要包括進給電動機、主軸電動機、滾珠絲杠副的選擇、計算和校核以及對同步帶和帶輪進行設計。（3） 根據(jù)所選擇涉及的主要零件，先進行大體結(jié)構(gòu)設計，之后在此基礎之上，利用機械制圖的基本原理，應用 CAXA 電子圖版對側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)進行二維設計，并生成二維裝配圖紙和二維零件圖紙。（4） 依據(jù)所設計的二維圖，利用 SOLIDWORKS 軟件對側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)中零件進行三維建模，并將所有建模零件進行裝配，生成三維裝配體。3. 本論文（設計）預期取得的成果設計出應用于重型數(shù)控龍門銑床上的，并能實現(xiàn)兩個方向上進給運動的加工中心側(cè)銑頭。得出相應的二維裝配圖紙、二維零件圖紙、一套設計說明書。四、需要閱讀的參考文獻1 葛陽.立臥復合鏜銑頭的結(jié)構(gòu)設計J.山東工業(yè)技術(shù),2016(01):18.2 陳秀梅.銑頭式加工中心自動松拉刀實驗裝置的結(jié)構(gòu)設計J.機床與液壓,2015,43(16):5-6.3 李瑾, 劉偉玲, 曹東鋒, 關(guān)強. 一種組合機床的新型環(huán)保方案設計J. 制造技術(shù)與機床,2014(12):63-66.4 陳艷,張松,趙濱,王乾俸.高速龍門加工中心擺角銑頭動態(tài)特性分析J.制造技術(shù)與機 床,2014(07):68-73.5 雷海勝. 五面加工中心 H/V 主軸箱部件設計研究D.武漢：武漢工業(yè)學院,2012. 6尹慧博. 銑頭式五軸聯(lián)動數(shù)控龍門加工中心的設計與研究D.長春：吉林大學,2011.7 高桂華.IA5F3200 臥式鏜銑加工中心的關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)J. 組合機床與自動化加工技術(shù),2011(11):73-76.8 王 衛(wèi) 朝 , 李 初 曄 . 雙 擺 角 銑 頭 擺 角 切 削 力 矩 的 計 算 研 究 J. 機 械 設 計 與 制造,2011(11):155-157.9 楊慶東,張瑞乾,劉國慶,鐘建琳.數(shù)控機床數(shù)字化設計體系結(jié)構(gòu)研究與應用J.北京信息科技 大學學報(自然科學版),2010,25(03):1-8.10 陳云瑞,陳康.利用工具銑床加工滾珠螺母返向孔J.金屬加工(冷加工),2008(19):28-29.11 倪愛禮, 徐增豪, 余為民, 韋連山. 一種龍門加工中心的立臥復合鏜銑頭設計J. 機械,2007(11):53-54+80.12 周肇.一種用于小空間的立銑頭J.機械設計與制造,1996(02):51.13 董志強. 數(shù)控機床直驅(qū)式 A/C 雙擺角銑頭結(jié)構(gòu)設計研究D.廣州：廣東工業(yè)大學,2015. 14徐晏軍,陳秀梅,楊慶東,鐘建琳.多軸機床雙擺銑頭力矩電機制動分析J.機械設計與制造,2014(07):38-39+42.15 鄭重, 王雷, 肖宏松. 一款萬能銑頭的結(jié)構(gòu)設計分析J. 世界制造技術(shù)與裝備市場,2013(06):86-90.16 彭志.大型數(shù)控機床主軸銑頭的設計探討J.金屬加工(冷加工),2012(15):57-58.17 霍軍周,蔡春剛,李震,杜長林,冷磊.直驅(qū)式雙擺銑頭熱結(jié)構(gòu)耦合分析研究J.組合機床與自 動化加工技術(shù),2011(05):1-4.18 趙月娥,文懷興.五軸聯(lián)動高速主軸銑頭的設計與運動仿真J.陜西科技大學學報(自然科學 版),2009,27(06):77-79+83.19 Visualization Process for Design and Manufacturing of End MillsJ.Sung-Lim Ko, Trung-Thanh Pham,Yong-Hyun Kim Springer Berlin/Herdelberg. 20Interference-free tool-pathplanning for flank milling of twisted ruledSurfacesJ.Jung-Jae Lee,Suk-Hwan Suh.Springer London,Volume 14,Number 11.附：文獻綜述或報告文獻綜述如今機械加工行業(yè)繁榮發(fā)展，欣欣向榮現(xiàn)象離不開加工中心的突出貢獻。加工中心經(jīng)歷幾十年的發(fā)展，應用越來越純熟，給加工企業(yè)帶來很大的幫助。（一）國外加工中心發(fā)展概況加工中心最初是從數(shù)控銑床發(fā)展而來的。第一臺加工中心是 1958 年由美國卡尼- 特雷克公司首先研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎上增加了自動換刀裝置，從而實現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。到八十年代初，經(jīng)過了三十年，發(fā)展最快的是加工中心的控制系統(tǒng)，經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、小型計算機和微處理機數(shù)控的五代演變。自八十年代以來， 數(shù)字控制系統(tǒng)高速發(fā)展，加工中心的精度、效率、功能、可靠性進一步提高。當前加工中心和自動交換工作臺組成的柔性加工單元 FMC 以及幾臺加工中心等組成的柔性 加工系統(tǒng) FMS 都得到了廣泛的發(fā)展。加工中心得到迅速發(fā)展是在二十世紀 70 年代以后。出現(xiàn)了可換主軸箱加工中心， 它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對工件同時進行多孔加工。目前國外的加工中心轉(zhuǎn)速已經(jīng)能夠達到幾萬轉(zhuǎn)每分鐘，進給速度達到上百米每分鐘，定位精度已經(jīng)達到納米級，這些一般是通過智能補償?shù)瓤刂品绞?，加上使用高速電主軸、直線電機、分辨率高的檢測元件等機床部件實現(xiàn)的。其高精度高速度的加工中心有瑞士米克朗 MIKRON 生產(chǎn)的超高速加工中心 XSM400，其主軸轉(zhuǎn)速為 60000rpm,進給速度達到 80m/min。（二）國內(nèi)加工中心發(fā)展概況我國對數(shù)控機床的研制起步較晚，于 1958 年研制出第一臺數(shù)控機床。早期由于發(fā)展條件差，基礎薄，發(fā)展緩慢，嚴重影響了我國制造業(yè)的發(fā)展。于 1979 年我國開始引進國外先進的數(shù)控技術(shù)，經(jīng)過不斷的發(fā)展，我國在上世紀 80 年代末開始研究加工中心，北京機床研究所等聯(lián)合機構(gòu)研發(fā)出第一臺加工中心。隨著科技的進步和市場的需求量上升，促進了我國的數(shù)控技術(shù)發(fā)展，國產(chǎn)加工中心在質(zhì)與量上都取得了很大的進步。目前國內(nèi)有很多生產(chǎn)加工中心的機床廠，國內(nèi)數(shù)控機床已進入快速發(fā)展的時期。但是相對于美國、日本、德國等國家，我國在高檔數(shù)控機床方面還有很大的差距， 主要體現(xiàn)在以下幾方面：a、數(shù)控率低。目前我國的數(shù)控機床擁有量最多，但是我國的數(shù)控化率卻比西方國家低得多。b、功能部件差距大。數(shù)控機床的功能部件主要是數(shù)控系統(tǒng)、主軸、刀庫、滾珠絲杠副、滾動直線導軌副等。這些主要的功能部件決定了機床能夠達到的精度級別和水平。目前，我國制造的數(shù)控機床使用的數(shù)控系統(tǒng)還是日本的 FANUC、德國的 SIEMENS 和 DMG 等的系統(tǒng)（三）世界加工中心技術(shù)發(fā)展趨勢近年來，加工中心作為數(shù)控機床的重要代表性產(chǎn)品，頻繁出現(xiàn)在世界四大國際機床展上（歐洲國際機床展覽會 EMO、美國芝加哥國際機床展覽會 IMTS、日本國際機床展覽會 JIMTOF 和中國國際機床展覽會 CIMT 并列被稱為世界四大國際機床名展），世界各大機床廠商紛紛在展會上展示各公司新研發(fā)的加工中心。加工中心制造技術(shù)已成為各展會的重頭戲?？偟膩碚f，加工中心的技術(shù)發(fā)展趨勢同其他數(shù)控機床一樣仍是： 高效、高精、高速，同時也可看到五軸聯(lián)動機床、機床的復合化、與機器人有效的結(jié)合以及“綠色生態(tài)機床”是當前加工中心發(fā)展的主要方向。1、加工中心向高效、高精、高速化發(fā)展加工中心帶有刀庫和自動換刀裝置，在一臺機床上能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和機床的調(diào)整時間，減少工件半成品的周轉(zhuǎn)、搬運和存放時間， 使機床的切削利用率（切削時間和開動時間之比）高于普通機床 34 倍，因而比普通機床更高效。同時，加工中心同其他數(shù)控機床一樣具有加工精度高的特點，而且加工中心由于加工工序集中，避免了長工藝流程，減少了人為干擾，因此加工精度更高， 加工質(zhì)量更加穩(wěn)定。隨著國民經(jīng)濟飛速發(fā)展和工業(yè)自動化水平的不斷提高，制造業(yè)向著高、精、尖方向發(fā)展，特別是汽車、船舶、紡織、電子技術(shù)、航空航天的迅猛發(fā)展，對加工中心的速度和生產(chǎn)效率要求也越來越高，主軸轉(zhuǎn)速在 12000r/min 以上的高效、高精、高速化加工中心已經(jīng)是數(shù)控機床行業(yè)流行的趨勢。2、加工中心五軸聯(lián)動趨勢五軸聯(lián)動數(shù)控機床是一種科技含量高、精密度高，專門用于加工復雜曲面的機床， 這種機床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設備等行業(yè)，有著舉足輕重的影響力。五軸聯(lián)動加工中心的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，主要用于葉輪、葉片加工，也是每次國際機床展的重點展品之一。例如，在第十一屆中國國際機床展覽會（CIMT 2009）上， 德國 DMG 公司是展示五軸聯(lián)動加工中心品種最多的供應商，其展出的加工中心品種琳瑯滿目，有多軸聯(lián)動加工中心（包括銑頭兩聯(lián)動和工作臺兩聯(lián)動）、立柱移動式及工作臺移動式、立柱與床身分體式及立柱與床身鑄成一體式等，其中，最具代表的是該公司展出的 DMU 210 P 五軸聯(lián)動加工中心，它的造型設計采用大視窗、大空間，這是一種國際新潮流，日本馬扎克（MAZAK）公司也推崇這種理念，以方便操作工實施觀察。DMU 210 P 五軸聯(lián)動加工中心的可移操作臺用 19 英寸大屏幕顯示，比通常的顯示屏幕要大，這個操作臺的視角可以調(diào)節(jié)而且和一個可調(diào)的柔軟坐椅連接，讓操作者使用更方便舒適，這種宜人化的工業(yè)造型設計，突出了以人為本的理念。此外，德國Hermle、意大利 C.B.Ferrari 等公司也都展示了加工葉輪、葉片的高效五軸加工中心技術(shù)；豐富多彩的龍門五聯(lián)動加工中心展品也各顯其長。我國華中數(shù)控、南京四開等數(shù)控制造企業(yè)也都成功開發(fā)出五聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，北京機電院、江蘇新瑞等也先后制造出中、高檔的五軸聯(lián)動加工中心。3、加工中心復合化，與機器人有效結(jié)合打破工藝界限，機床的復合加工也是當今數(shù)控機床發(fā)展的一大趨勢。自 20 世紀90 年代德國 WFL 公司發(fā)明車銑復合加工中心以來，日本 MAZAK、韓國大宇（斗山）以及德國 DMG 等均不斷有新款推出。我國的北京一機床、青海一機床、秦川發(fā)展等也相繼推出車銑、銑車、銑磨等復合加工中心機床，在 CIMT2009 上，北一、沈陽機床、大連機床以及陜西三豐、長沙金嶺等都有產(chǎn)品展出。沈陽機床展出的 GTM500200 龍門移動式車銑中心，是一臺龍門框架移動式復合機床。工作臺有兩部分組成，外端是回轉(zhuǎn)直徑為4500mm 的車削圓工作臺，轉(zhuǎn)速 40r/min；內(nèi)端是 4500 7000mm 的銑削工作臺，承重 15t。按不同工件的工藝要求，選擇不同的工作臺面。機床主傳動功率52kW，刀庫容量 60 把。工業(yè)機器人在機床上的應用，也是當今數(shù)控機床發(fā)展的一大趨勢，在歐、美、日等許多 24 小時無人化工廠內(nèi)，工業(yè)機器人已起到了主角作用。在 CIMT 2009 上，日本 FANUC、日本 DENSO 等公司詳盡地展示了此項技術(shù)，機器人不僅僅起到物流搬運作用，甚至還可進行切削加工。德國 DMG 在展會期間的新聞發(fā)布會上也介紹了其將工業(yè)機器人技術(shù)在機床上的創(chuàng)新應用，這種機器人有 6-7 軸運動關(guān)節(jié)，可直接在機床上做抓取工件的各種動作。工業(yè)機器人同機床有效地結(jié)合在一起，讓機器人從事簡單而且重復的勞動，不僅可提高生產(chǎn)效率，最大限度降低生產(chǎn)成本，同時，機器人不會疲勞且不會產(chǎn)生錯誤，因而對生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定起到了很大的作用。4、綠色生態(tài)機床成為研究熱點從近幾年舉行的國際機床展看，數(shù)控機床除了向高速、高精度、多軸聯(lián)動、復合加工和智能化方向發(fā)展外，也更重視環(huán)?；?，綠色生態(tài)機床開始成為研究熱點并日益受到重視?！熬G色生態(tài)機床”是近年來機床行業(yè)的一種發(fā)展趨勢，其強調(diào)了機床、環(huán)境、人三者之間的關(guān)系，目地是大幅度提高機床生產(chǎn)效率的同時降低對環(huán)境的影響和對操作者健康的危害。加工中心作為數(shù)控機床的重要代表性產(chǎn)品，也具有向環(huán)?；较虬l(fā)展的趨勢。指導教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱）審核簽字：年月日意見教研室主任意見簽字：年月日學院教學指導委員會意見簽字：年月日公章：