龍門加工中心頭庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】

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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(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)國家一直把五軸聯(lián)動數(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，并對于用于軍事領(lǐng)域的五軸聯(lián)動加工中心實(shí)行禁運(yùn)，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(jì)技術(shù)，綜合借鑒國內(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)動的動態(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)分析了國外五軸聯(lián)動加工中心的機(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，并完成了頭庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣動控制回路設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 ：五軸聯(lián)動加工中心；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；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(jì)的理論基礎(chǔ) .......................................... 2 庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì) ................................................... 5 庫整體結(jié)構(gòu)布局簡介 ........................................ 5 板傳動系統(tǒng)導(dǎo)軌副選用計(jì)算 ................................... 9 板傳動系統(tǒng)氣缸選用計(jì)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(jì)簡介 .......................................... 23 控原理 ............................................ 24 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 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(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(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)主軸銑頭自動交換功能的數(shù)控加工機(jī)床，以便隨時根據(jù)實(shí)際需求可自動選擇相應(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，對于齒條傳動來說 ， 具有力量大的優(yōu)點(diǎn)，但是精度低。而絲杠傳動時 ， 絲母對絲杠施以扭力，當(dāng)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(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 。 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 2 1 頭庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) 庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)的不斷成長，我國許多重要行業(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。自動換頭頭庫機(jī)構(gòu)，是與龍門加工中心相對獨(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換頭頭庫，就能夠減輕工人的勞動強(qiáng)度，提高機(jī)床自動化程度，同時也是保證機(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分度附件頭，特別是大型柴油機(jī)機(jī)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(jī)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(hù)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(jìn)行自動換頭。頭庫通過氣缸或者液壓驅(qū)動保護(hù)蓋支架移動或者翻轉(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，故頭庫只能容納保護(hù)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(hù)的安裝難度，對機(jī)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(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，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。一個附件頭放在一個小車?yán)?，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(shí)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(shí)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(jì)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(jì)以及 庫設(shè)計(jì)采用前文 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從防護(hù)間中推動出來并進(jìn)行交換，整個設(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(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 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： 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(jì) 庫整體結(jié)構(gòu)布局簡介 主軸庫放置在機(jī)床的后部，由氣缸將主軸庫推到需要換置的主軸點(diǎn)，通過滑枕的上下運(yùn)動及主軸快換液壓松 /夾機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn) 換主軸，其中換頭行程為 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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)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(jìn)行刀具加緊動作，夾緊完成 后主軸從銑頭中進(jìn)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(jìn)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(shí)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(dǎo)軌副選用計(jì)算 頭庫托板的前進(jìn) /后退動作是由氣缸來推動的，選用滾動導(dǎo)軌做為傳動機(jī)構(gòu)。 滾動直線導(dǎo)軌副的每個滑塊所受的負(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），工作臺的重心和受力點(diǎn)的位置，切削阻力的作用，運(yùn)動時的加速度等。下圖 幾種情況下作用于滾動直線導(dǎo)軌副的各個滑塊上負(fù)載的計(jì)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(dǎo)軌副的配置形式計(jì)算滾動直線導(dǎo)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(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、潤滑劑的粘度、所受的載荷以及運(yùn)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(jì)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(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，滑塊相對于導(dǎo)軌運(yùn)動距離的總和或 一定運(yùn)動速度下的工作小時數(shù)。 在實(shí)際的導(dǎo)軌系統(tǒng)中，為了充分發(fā)揮滾動直線導(dǎo)軌副的性能，與鋼球接觸的滾道表面的硬度應(yīng)在 64之間。若滾道表面硬度較低，則額定動載荷減少，導(dǎo)軌的額定壽命將會降低。因此，導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(jì)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(yùn)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(jì)，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(fù)載監(jiān)控 在銑頭自動交換過程中，裝卸銑頭時， 定位不準(zhǔn)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(fù)載檢測， Z 軸就會按指令向下運(yùn)動，直到驅(qū)動系統(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損失。使用 840D 系統(tǒng)提供的固定點(diǎn)停止功能可以實(shí)現(xiàn) 行異常負(fù)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(shí)際調(diào)整） ]=2； 口值 (根據(jù)實(shí)際調(diào)整 ) 90 =1000 153 Z=]=1； 置 537；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) 過程中，負(fù)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(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(yùn)用國外先進(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)的對精密高速五軸聯(lián)動加工中心的機(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)動的動態(tài)性能分析等內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，完成了銑頭可自動交換高速龍門加工中心的頭庫部 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)動橫梁在左右橋梁上移動，消除了傳動環(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，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)動的可交換 （ 6）該機(jī)床結(jié)構(gòu)精簡， 軸刀柄定位。使得定位準(zhǔn)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(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)表示最誠摯的感謝！ 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 28 參考文獻(xiàn) [1] 張曙 機(jī)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