龍門加工中心頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【3張CAD高清圖紙、文檔所見所得】

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PLC控制邏輯的基本理論及其設(shè)計(jì)編寫5. 結(jié)構(gòu)各部件的選擇理論基礎(chǔ)及其可行性 6.了解現(xiàn)代機(jī)床的優(yōu)缺點(diǎn) 7.完成圖紙的繪制工作任務(wù)分解： 1.第1周：下達(dá)課題 2.第2周：查閱相關(guān)資料完成開題。 3.第3-4周:完成托板零件圖，托板座零件圖的繪制及PLC控制邏輯。 4.第5-14周：完成一套頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三維造型。 5.第15-16周：完成設(shè)計(jì)說明書的編寫并做好答辯準(zhǔn)備完成設(shè)計(jì)所具備的條件： 1.詳細(xì)分析了國(guó)外加工中心的機(jī)床設(shè)計(jì)方法，探討了各種機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過大量詳細(xì)而準(zhǔn)確的計(jì)算，提出了頭庫(kù)總體布局方案，并完成了機(jī)床托板、托板座等主要功能部件的設(shè)計(jì)。 2.在深入分析現(xiàn)有的檢測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用最新理論，提出保持機(jī)床高精度的方案設(shè)計(jì)。 3.采用理論力學(xué)基本原理和方法，對(duì)機(jī)床關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性能分析，從而為機(jī)床的高速、精密等性能指標(biāo)提供了可靠保證。預(yù)期成果： 具有一定應(yīng)用價(jià)值的龍門加工中心頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，托板零件圖、托板座零件圖、主軸裝配圖及論文說明書。 指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日課題類型（1）A工程設(shè)計(jì)；B技術(shù)開發(fā)；C軟件工程；D理論研。（2）X真實(shí)課題；Y模擬課題；Z虛擬課題。（1）、（2）均要填寫，如AY、DX等。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生自查表（中期教學(xué)檢查用）學(xué)生姓名蔡斌豪專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)12101629指導(dǎo)教師徐兆成職稱高級(jí)工程師工作進(jìn)度已完成的內(nèi)容： 頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 托板零件圖 托板座零件圖 主軸裝配圖待完成的內(nèi)容：說明書的編寫已完成百分比：50%存在問題： 頭庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理論基礎(chǔ)以及PLC控制邏輯的設(shè)計(jì)基本無誤，部件的選擇存在一些細(xì)節(jié)問題。指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日指導(dǎo)教師畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)審表課題名稱： 龍門加工中心頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 序號(hào)評(píng)審項(xiàng)目指標(biāo)滿分評(píng)分1工作量、工作態(tài)度按期完成規(guī)定的任務(wù)，難易程度和工作量符合教學(xué)要求；工作努力，遵守紀(jì)律；工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)；善于與他人合作。202調(diào)查論證根據(jù)課題任務(wù)，能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料和從事其它有關(guān)調(diào)研，能較好的書寫出開題報(bào)告，有收集、綜合和正確利用各種信息的能力。103設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案、分析與技能綜合分析科學(xué)，方案設(shè)計(jì)合理，數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、處理正確，推導(dǎo)正確，計(jì)算準(zhǔn)確，論證充分；結(jié)構(gòu)合理、工藝可行；圖樣繪制與技術(shù)要求符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。404設(shè)計(jì)說明書論文質(zhì)量條理清楚、文理通順、用語(yǔ)符合技術(shù)規(guī)范，圖表完整、正確、書寫格式規(guī)范。205創(chuàng)新能利用最新技術(shù)手段，有重大改進(jìn)或獨(dú)特見解；有一定應(yīng)用價(jià)值。10總分評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日評(píng)閱教師畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)審表課題名稱： 龍門加工中心頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 序號(hào)評(píng)審項(xiàng)目指標(biāo)滿分評(píng)分1課題完成量能按期完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)，課題達(dá)到教學(xué)基本要求。難易程度、工作量大小合適。202調(diào)查論證根據(jù)課題任務(wù)，能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料和從事其它有關(guān)調(diào)研，能較好的書寫出開題報(bào)告，有收集、綜合和正確利用各種信息的能力。103設(shè)計(jì)、計(jì)算論證、推導(dǎo)綜合分析科學(xué)，方案設(shè)計(jì)合理，數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、處理正確，推導(dǎo)正確，計(jì)算準(zhǔn)確，論證充分；結(jié)構(gòu)合理、工藝可行；圖樣繪制與技術(shù)要求符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。404設(shè)計(jì)說明書條理清楚、文理通順、用語(yǔ)符合技術(shù)規(guī)范，圖表完整、正確、書寫格式規(guī)范。205創(chuàng)新點(diǎn)能利用最新技術(shù)手段，有重大改進(jìn)或獨(dú)特見解；有一定應(yīng)用價(jià)值。10總分評(píng)語(yǔ)： 評(píng)閱組負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯申請(qǐng)表 申請(qǐng)時(shí)間：2016 年 5月 23日課題名稱龍門加工中心頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓名蔡斌豪學(xué)號(hào)12101629已完成情況：頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 托板零件圖 托板座零件圖 主軸裝配圖 交換控制邏輯 指導(dǎo)教師： 年 月 日 評(píng)閱教師： 年 月 日備注：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯評(píng)審表課題名稱： 龍門加工中心頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 序號(hào)評(píng)審項(xiàng)目指標(biāo)滿分評(píng)分1報(bào)告內(nèi)容思路清新；語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確；實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理；結(jié)論有應(yīng)用價(jià)值。402報(bào)告過程準(zhǔn)備工作充分，時(shí)間符合要求。103創(chuàng)新對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見解。104答辯回答問題有理論依據(jù)，基本概念清楚。主要問題回答準(zhǔn)確、深入。40總分評(píng)語(yǔ)： 對(duì)申請(qǐng)?jiān)u優(yōu)或答辯不合格的補(bǔ)充說明：答辯委員會(huì)（小組）負(fù)責(zé)人： 年 月 日沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定表論文題目龍門加工中心頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名蔡斌豪學(xué)號(hào)12101629指導(dǎo)教師姓名徐兆成職稱高級(jí)工程師設(shè)計(jì)（論文）說明書頁(yè)數(shù)31圖紙張數(shù)3加工零件數(shù)0有、無產(chǎn)品模型無評(píng)分項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)得分權(quán)重折合得分指導(dǎo)教師評(píng)分評(píng)閱組評(píng)分答辯組評(píng)分綜合得分論文評(píng)定等級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)意見： 機(jī)械與運(yùn)載學(xué)院答辯委員會(huì)負(fù)責(zé)人： 年 月 日 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯記錄表答辯日期：2016年 5月 23日 答辯地點(diǎn)：5309學(xué)院（或系）機(jī)械與運(yùn)載學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名蔡斌豪學(xué)號(hào)12101629成績(jī)論文（設(shè)計(jì)）題目龍門加工中心頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師徐兆成答辯紀(jì)錄： （用簡(jiǎn)明語(yǔ)言記錄答辯過程，答辯委員會(huì)提出的問題及學(xué)生回答情況）提出問題：回答摘要： 答辯組組長(zhǎng)簽名： 答辯委員會(huì)記錄人（簽字）：沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書摘 要 五軸聯(lián)動(dòng)加工中心是復(fù)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(fù)雜零件加工的重要設(shè)備。它代表著機(jī)床制造業(yè)先進(jìn)技術(shù)集成的方向，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家一直把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資，實(shí)行出口許可證制度，并對(duì)于用于軍事領(lǐng)域的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心實(shí)行禁運(yùn)，所以自行開發(fā)精密五軸聯(lián)動(dòng)加工中心對(duì)我國(guó)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(jià)值。 論文在綜合比較分析國(guó)內(nèi)外五軸聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)，綜合借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)機(jī)床設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)分析手段的基礎(chǔ)上，采用設(shè)計(jì)和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，系統(tǒng)的對(duì)其總體布局、主要功能部件的設(shè)計(jì)、機(jī)床精度保持和機(jī)床高速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能分析等關(guān)鍵項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了深入研究。詳細(xì)分析了國(guó)外五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的機(jī)床設(shè)計(jì)方法，探討了各種機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過大量詳細(xì)而準(zhǔn)確的計(jì)算，提出了機(jī)床總體布局方案，并完成了頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣動(dòng)控制回路設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：五軸聯(lián)動(dòng)加工中心；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；性能研究I Abstract The five axis simultaneously controlled machining center is an important kind of equipmertt,which is used to handle continuous smooth and complicated curve surface in automobile,mold and aerospace manufacturing.It integrates many Advanced machine tool manufacturing technologies.So industrial developed countries implement the export license limit on it and lay an embargo on five axis simultaneously controlled machine for military purpose.Therefore,focused on the field of machine tools,develop the precision five axis machining center for our national aerospace,military,scientific research,precision instrument and medical apparatus industries by US to have the important theories meaning and the application values Based on the analysis and comparison of design technologies of five axismachining centers and advanced machine structures，the existent problems and the development trends are analyzed.Some key technologies and methods,such as precision high-speed fiveaxis machining centers general layout，main function unit design，machine accuracy maintain and dynamic performance analysis of machines high-speed motion,are studiedThe designing methods of five axis machining center are analyzed and compared in detail.After modeling and calculating lots of engineering restriction functions,the machineS general layout plan is worked outFurthermore，some main function units that include machine spindle，feed system and driving unit are finishedKeywords：Five-Axis Simultaneously Controlled Machining Center；Structural Design；Performance Study3目 錄摘 要IAbstractII緒 論11頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)21.1頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)21.2本課題主要工作42頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52.1頭庫(kù)整體結(jié)構(gòu)布局簡(jiǎn)介52.2托板傳動(dòng)系統(tǒng)導(dǎo)軌副選用計(jì)算92.3托板傳動(dòng)系統(tǒng)氣缸選用計(jì)算及氣動(dòng)控制回路143交換控制邏輯163.1 PLC控制邏輯173.2 NC控制邏輯193.3交換過程中的銑頭松開/夾緊監(jiān)控223.3.1 流量計(jì)簡(jiǎn)介233.3.2 監(jiān)控原理243.4 交換過程中Z軸異常負(fù)載監(jiān)控25結(jié) 論26致 謝27參考文獻(xiàn)28沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書摘 要 五軸聯(lián)動(dòng)加工中心是復(fù)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(fù)雜零件加工的重要設(shè)備。它代表著機(jī)床制造業(yè)先進(jìn)技術(shù)集成的方向，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家一直把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資，實(shí)行出口許可證制度，并對(duì)于用于軍事領(lǐng)域的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心實(shí)行禁運(yùn)，所以自行開發(fā)精密五軸聯(lián)動(dòng)加工中心對(duì)我國(guó)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(jià)值。 論文在綜合比較分析國(guó)內(nèi)外五軸聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)，綜合借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)機(jī)床設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)分析手段的基礎(chǔ)上，采用設(shè)計(jì)和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，系統(tǒng)的對(duì)其總體布局、主要功能部件的設(shè)計(jì)、機(jī)床精度保持和機(jī)床高速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能分析等關(guān)鍵項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了深入研究。詳細(xì)分析了國(guó)外五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的機(jī)床設(shè)計(jì)方法，探討了各種機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過大量詳細(xì)而準(zhǔn)確的計(jì)算，提出了機(jī)床總體布局方案，并完成了頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣動(dòng)控制回路設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：五軸聯(lián)動(dòng)加工中心；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；性能研究I Abstract The five axis simultaneously controlled machining center is an important kind of equipmertt,which is used to handle continuous smooth and complicated curve surface in automobile,mold and aerospace manufacturing.It integrates many Advanced machine tool manufacturing technologies.So industrial developed countries implement the export license limit on it and lay an embargo on five axis simultaneously controlled machine for military purpose.Therefore,focused on the field of machine tools,develop the precision five axis machining center for our national aerospace,military,scientific research,precision instrument and medical apparatus industries by US to have the important theories meaning and the application values Based on the analysis and comparison of design technologies of five axismachining centers and advanced machine structures，the existent problems and the development trends are analyzed.Some key technologies and methods,such as precision high-speed fiveaxis machining centers general layout，main function unit design，machine accuracy maintain and dynamic performance analysis of machines high-speed motion,are studiedThe designing methods of five axis machining center are analyzed and compared in detail.After modeling and calculating lots of engineering restriction functions,the machineS general layout plan is worked outFurthermore，some main function units that include machine spindle，feed system and driving unit are finishedKeywords：Five-Axis Simultaneously Controlled Machining Center；Structural Design；Performance StudyII目 錄摘 要IAbstractII緒 論11頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)21.1頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)21.2本課題主要工作42頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52.1頭庫(kù)整體結(jié)構(gòu)布局簡(jiǎn)介52.2托板傳動(dòng)系統(tǒng)導(dǎo)軌副選用計(jì)算92.3托板傳動(dòng)系統(tǒng)氣缸選用計(jì)算及氣動(dòng)控制回路143交換控制邏輯163.1 PLC控制邏輯173.2 NC控制邏輯193.3交換過程中的銑頭松開/夾緊監(jiān)控223.3.1 流量計(jì)簡(jiǎn)介233.3.2 監(jiān)控原理243.4 交換過程中Z軸異常負(fù)載監(jiān)控25結(jié) 論26致 謝27參考文獻(xiàn)28緒 論性能高效高速數(shù)“控加工機(jī)床多采用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)制造技術(shù)，允許用戶在標(biāo)準(zhǔn)型機(jī)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(jī)床能適應(yīng)不同需求的加工應(yīng)用和自動(dòng)化水平，呈現(xiàn)了較好的應(yīng)用柔性。但對(duì)終端制造業(yè)用戶而言，這仍然是一種專用型”的機(jī)床，因?yàn)橐坏┻x配了某種確定特性的主軸銑頭或電主軸，這時(shí)該機(jī)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(jī)床制造商開發(fā)了可實(shí)現(xiàn)主軸銑頭自動(dòng)交換功能的數(shù)控加工機(jī)床，以便隨時(shí)根據(jù)實(shí)際需求可自動(dòng)選擇相應(yīng)的主軸銑頭裝載到機(jī)床主軸上，從而有效擴(kuò)展了機(jī)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(jī)床。實(shí)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(jī)床的技術(shù)水平、自動(dòng)化程度和可靠性更高而已。該設(shè)計(jì)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(dòng)，對(duì)于齒條傳動(dòng)來說，具有力量大的優(yōu)點(diǎn)，但是精度低。而絲杠傳動(dòng)時(shí)，絲母對(duì)絲杠施以扭力，當(dāng)絲杠長(zhǎng)度過長(zhǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)現(xiàn)象，從而影響工件的形狀及尺寸精度，并且長(zhǎng)期使用或受異物污染時(shí)，易磨損影響機(jī)床的精度。該設(shè)計(jì)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。11頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)1.1頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì) 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(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷成長(zhǎng)，我國(guó)許多重要行業(yè)，如發(fā)電設(shè)備( 水電、風(fēng)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(dòng)換頭頭庫(kù)機(jī)構(gòu)，是與龍門加工中心相對(duì)獨(dú)立的部件，是機(jī)床的重要部件之一。該結(jié)構(gòu)的合理與否，直接影響了機(jī)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(dòng)換頭頭庫(kù)，就能夠減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高機(jī)床自動(dòng)化程度，同時(shí)也是保證機(jī)床加工精度的最重要因素之一，而加工精度正是影響機(jī)床應(yīng)用范圍的主要因素。隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，風(fēng)電船舶葉片、大型柴油機(jī)機(jī)體等大型復(fù)雜零件的加工通常需要很多自動(dòng)分度附件頭，特別是大型柴油機(jī)機(jī)體的加工，對(duì)使用附件頭的自動(dòng)化程度及附件頭的數(shù)量有了更高的要求，因此對(duì)自動(dòng)附件頭頭庫(kù)容量的要求也越來越高；所以龍門五面體加工中心的頭庫(kù)必須具有合理的布局、較高的自動(dòng)化程度、高精度以及良好的可靠性才能適應(yīng)市場(chǎng)的需求。目前現(xiàn)代龍門五面體加工中心使用的換頭頭庫(kù)主要有以下幾種： (1)如圖1.1所示，固定在工作臺(tái)后部：此種結(jié)構(gòu)自動(dòng)頭庫(kù)安裝在工作臺(tái)面的，受臺(tái)面及兩立柱之間寬度的影響，頭庫(kù)容量有一定的限制，而且影響機(jī)床的X軸方向的加工范圍。頭庫(kù)跟著工作臺(tái)面移動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間定位精度會(huì)受到影響，故頭庫(kù)需要定期調(diào)整。此外，對(duì)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(kù)的密封要求比較高，這樣就降低了自動(dòng)頭庫(kù)的可靠性。圖 1.1 頭庫(kù)固定于工作臺(tái)后部 0 (2)如圖1.2所示，安裝在立柱正面：自動(dòng)頭庫(kù)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(hù)蓋，下面一層為直角銑頭或者萬(wàn)能銑頭。通過驅(qū)動(dòng)Y軸拖板和Z軸方滑枕定位到頭庫(kù)位置進(jìn)行自動(dòng)換頭。頭庫(kù)通過氣缸或者液壓驅(qū)動(dòng)保護(hù)蓋支架移動(dòng)或者翻轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)保護(hù)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(kù)只能容納保護(hù)蓋和一個(gè)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(kù)加大了加工中心全防護(hù)的安裝難度，對(duì)機(jī)床Y軸方向加工范圍有所影響。圖 1.2 頭庫(kù)安裝在立柱正面 (3)如圖1.3所示，采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(dòng)Y軸拖板和Z軸方滑枕定位到頭庫(kù)位置進(jìn)行換頭；地面上有縱向和橫向的軌道，當(dāng)需要更換不同的附件頭時(shí)，換頭小車通過地面上的軌道推到換頭位置進(jìn)行換頭，完成換頭后再將小車推走。一個(gè)附件頭放在一個(gè)小車?yán)铮瑤讉€(gè)附件頭就需要幾個(gè)小車。這種換頭結(jié)構(gòu)雖然可以實(shí)現(xiàn)能使用多個(gè)附件頭，但換頭時(shí)必須用人工來推動(dòng)小車到換頭位置，才能完成換頭工作，這樣就不能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)換頭。圖1.3 頭庫(kù)采用換頭小車換頭1.2本課題主要工作 由上分析可知，五軸聯(lián)動(dòng)加工中心是國(guó)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(jì)完成了銑頭可自動(dòng)交換的高速五軸聯(lián)動(dòng)龍門加工中心的頭庫(kù)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及PLC控制邏輯設(shè)計(jì)。頭庫(kù)設(shè)計(jì)采用前文1.1中描述的第一種方式固定于工作臺(tái)的后部，并設(shè)有防護(hù)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(kù)從防護(hù)間中推動(dòng)出來并進(jìn)行交換，整個(gè)設(shè)計(jì)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(kù)中的三種，采用了固定式的方式，完成了頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （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PLC控制邏輯的設(shè)計(jì)。 （3）完成裝配圖及相關(guān)零件結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括： 托板零件圖 托板座零件圖 主軸庫(kù)裝配圖 （4）整體布置如圖1.4所示：圖1.4 機(jī)床整體結(jié)構(gòu)示意圖2頭庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1頭庫(kù)整體結(jié)構(gòu)布局簡(jiǎn)介 主軸庫(kù)放置在機(jī)床的后部，由氣缸將主軸庫(kù)推到需要換置的主軸點(diǎn)，通過滑枕的上下運(yùn)動(dòng)及主軸快換液壓松/夾機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)換主軸，其中換頭行程為550mm。 圖2.1 頭庫(kù)結(jié)構(gòu)立體圖圖2.2 頭庫(kù)結(jié)構(gòu)布局拆分圖表2.1 頭庫(kù)結(jié)構(gòu)布局拆分簡(jiǎn)介表序號(hào)圖名數(shù)量1氣缸22直線導(dǎo)軌及滑塊23主軸14主軸15主軸支承座16拖鏈27接近開關(guān)68地腳調(diào)整螺釘89地腳810板411板212壓板413導(dǎo)向銷214塊115板216墊片217氣缸支架218壓塊8019拖鏈支架220撞塊支架221塊122拖鏈支架223撞塊224調(diào)整墊825焊接底座226焊接上座227主軸支座1 頭庫(kù)正視圖見圖2.3，主軸頭在交換過程中的定位除了由Y軸和X軸的定位精度保證外，還由粗定位銷（如圖2.4）和精定位座（如圖2.5）來保證的，在Z軸下降到左視圖或右視圖中的減速接近開關(guān)時(shí)，Z軸進(jìn)行減速，同時(shí)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(shí)與精定位座已經(jīng)完全結(jié)合，主軸進(jìn)行刀具加緊動(dòng)作，夾緊完成后主軸從銑頭中進(jìn)行脫離（銑頭松開），Z軸上升進(jìn)行下一步操作。圖2.3 頭庫(kù)正視圖圖2.4 粗定位銷圖圖2.5 精固定座圖在主軸進(jìn)行交換的過程中，頭庫(kù)的托板定位是由前后安裝的兩個(gè)接近開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的，如圖2.6及2.7所示，托板的有效行程為552mm。圖2.6 頭庫(kù)左視圖及右視圖 圖2.7 頭庫(kù)俯視圖2.2托板傳動(dòng)系統(tǒng)導(dǎo)軌副選用計(jì)算 頭庫(kù)托板的前進(jìn)/后退動(dòng)作是由氣缸來推動(dòng)的，選用滾動(dòng)導(dǎo)軌做為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的每個(gè)滑塊所受的負(fù)載受以下各種因素影響：導(dǎo)軌副的配置形式（水平，豎直等），工作臺(tái)的重心和受力點(diǎn)的位置，切削阻力的作用，運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度等。下圖2.8-2.11為幾種情況下作用于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的各個(gè)滑塊上負(fù)載的計(jì)算。圖2.8 垂直受力分析圖2.9 水平軸向受力分析圖2.10 水平徑向受力分析圖2.11 加速受力分析 可以根據(jù)所選導(dǎo)軌副的配置形式計(jì)算滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的每個(gè)滑塊所承受的載荷，然后根據(jù)后面提供的壽命計(jì)算方法來計(jì)算導(dǎo)軌副的壽命。摩擦阻力受導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)形式、潤(rùn)滑劑的粘度、所受的載荷以及運(yùn)動(dòng)速度的影響而變化，預(yù)緊后，摩擦阻力將會(huì)有所增大。 摩擦力可按下式計(jì)算： LG、LM系列： LGS系列： LGR系列： -法向載荷（N），-密封件阻力（N） 在相同的工作條件下，使一批相同構(gòu)造和尺寸的導(dǎo)軌組件分別運(yùn)行，在其中90%的導(dǎo)軌組件尚未出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象之前，滑塊相對(duì)于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)距離的總和或一定運(yùn)動(dòng)速度下的工作小時(shí)數(shù)。 在實(shí)際的導(dǎo)軌系統(tǒng)中，為了充分發(fā)揮滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的性能，與鋼球接觸的滾道表面的硬度應(yīng)在HRC5864之間。若滾道表面硬度較低，則額定動(dòng)載荷減少，導(dǎo)軌的額定壽命將會(huì)降低。因此，導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷、額定靜載荷應(yīng)乘以硬度系數(shù)。圖2.12左圖所示為對(duì)應(yīng)不同的滾道面硬度時(shí)的硬度系數(shù)。 導(dǎo)軌系統(tǒng)的溫度超過100時(shí)，與在常溫使用場(chǎng)合相比，額定動(dòng)載荷降低，額定壽命縮短，因此導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷、額定靜載荷應(yīng)乘以溫度系數(shù)。圖2.12右圖所示為對(duì)應(yīng)不同溫度時(shí)的溫度系數(shù)。圖2.12 導(dǎo)軌性能與各參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖 在計(jì)算額定壽命時(shí)，還應(yīng)考慮外部作用載荷及使用場(chǎng)合的影響，物體的重量、運(yùn)動(dòng)速度所引起慣性力的變化，為此引入載荷系數(shù)。不同使用條件下取值，見下表2.2。表2.2 各場(chǎng)合取值表使用條件無外來沖擊載荷、振動(dòng) (15m/min)1.01.5無顯著沖擊載荷、振動(dòng) (163管路爆裂 通過合理使用流量計(jì)，在PLC中進(jìn)行脈沖數(shù)監(jiān)控，保證了銑頭在自動(dòng)交換過程中松開和加緊的可靠性。3.4 交換過程中Z軸異常負(fù)載監(jiān)控 在銑頭自動(dòng)交換過程中，裝卸銑頭時(shí)，Z軸向下運(yùn)動(dòng)過程中，若定位不準(zhǔn)或錯(cuò)誤，可能會(huì)出現(xiàn)撞擊或阻擋的情況。若沒有Z軸異常負(fù)載檢測(cè)，Z軸就會(huì)按指令向下運(yùn)動(dòng)，直到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)報(bào)警為止。這樣很可能已經(jīng)造成了硬件的損壞而帶來?yè)p失。使用840D系統(tǒng)提供的固定點(diǎn)停止功能可以實(shí)現(xiàn)Z軸力矩限制，進(jìn)行異常負(fù)載檢測(cè)功能。在銑頭交換子程序中可以加入以下控制：N0640 G90 600N0645 M9l；抓頭前位置檢測(cè)N0655 M536；銑頭松開M代碼N0660 G153 Z=POSZl+80N0665 FXSTZ=80；Z軸力矩限制值（根據(jù)實(shí)際調(diào)整）N0670 FXSWZ=2；Z軸力矩限制監(jiān)控，窗口值(根據(jù)實(shí)際調(diào)整)N0675 G90 G01 F=1000N0680 G153 Z=POSZ1 FXSZ=1；Z軸力矩限制打開直到定位到POSZl位置N0685 M537；銑頭夾緊 在設(shè)定完固定點(diǎn)停止的相關(guān)參數(shù)后，通過以上控制，當(dāng)Z軸在移動(dòng)過程中，負(fù)載超過設(shè)定的檢測(cè)值時(shí)，軸就會(huì)立即停止移動(dòng)。保證了相關(guān)部件的安全。結(jié) 論 五軸聯(lián)動(dòng)加工中心是機(jī)床設(shè)計(jì)中較難掌握的機(jī)床設(shè)計(jì)，本論文在綜合分析國(guó)外五軸聯(lián)動(dòng)加工中心技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合國(guó)內(nèi)同行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，積極運(yùn)用國(guó)外先進(jìn)機(jī)床設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)分析手段，采用設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，系統(tǒng)的對(duì)精密高速五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的機(jī)床總體布局、主要功能部件的設(shè)計(jì)、保持機(jī)床精度的研究和機(jī)床高速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能分析等內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，完成了銑頭可自動(dòng)交換高速龍門加工中心的頭庫(kù)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制邏輯設(shè)計(jì)，本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，其特點(diǎn)內(nèi)容如下： （1）該機(jī)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(shí)現(xiàn)五軸曲面加工的特點(diǎn)。 （2）該機(jī)床其雙直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)橫梁在左右橋梁上移動(dòng)，消除了傳動(dòng)環(huán)節(jié)。 （3）該機(jī)床其Y軸橫梁使用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，利用了直線電機(jī)主次極見的吸引力，減少了導(dǎo)軌所承受的力矩和壓力，降低了導(dǎo)軌副的摩擦力，提高其剛性及壽命。 （4）該機(jī)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(jī)床整體結(jié)構(gòu)更合理。 （5）該機(jī)床是一種由交流永磁同步內(nèi)轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可交換A軸的雙擺銑頭 （6）該機(jī)床結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，AC擺頭頭庫(kù)創(chuàng)造地利用斜面和A軸刀柄定位。使得定位準(zhǔn)確，換頭靈活。致 謝 本課題的全部工作都是在導(dǎo)師徐兆成老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作過程中，導(dǎo)師以他深厚的理論基礎(chǔ)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、對(duì)問題獨(dú)到的見解以及良好的工作作風(fēng)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(jì)工作過程中，我的同學(xué)也給了我許多熱心的幫助，在此，向指導(dǎo)、幫助過我的老師和同學(xué)表示最誠(chéng)摯的感謝！ 參考文獻(xiàn)1 張曙.數(shù)字化制造機(jī)床工業(yè)的未來.2005:48-1322 佟璞瑋.發(fā)展中的國(guó)產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床.2003:33 鄒家祥.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法.1990:14-69 4 趙宏林.機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)技術(shù).2004:105-1985 甘屹.高速切削加工發(fā)展及需求.2003:88-1136 周凱.數(shù)控機(jī)床的數(shù)字化的全閉環(huán)控制.1998:55-977 孫靖民.機(jī)床機(jī)構(gòu)計(jì)算的有限元法.1998:24-688 漢斯格羅斯.機(jī)床電力進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置.1984:57-1099 遲建山.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì).1980:59-12310 羅輝國(guó).高速加工的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用.2001:18-7226