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（图纸+论文）五轴高速加工中心总体布局及主轴部件设计（全套完整）

知小带轮的输出功率为，同步带的传动效率为。所以，大带轮的输出功率为则大带轮的输出转矩为轴的转矩图见图.。主轴的强度校核从合成弯矩图和转矩图上得知，主轴在截面处承受了较大的弯矩，并且还受到带轮传动所带来的扭矩。因此，这两个截面是危险截面。在校核主轴的强度时应按弯扭合成强度条件进行计算。轴的弯扭合成强度条件为.式中轴的计算应力，轴的抗弯截面系数，折合系数轴的许用弯曲应力，轴所受的扭矩，单位为轴所受的弯矩，单位为。轴的抗弯截面系数为式中轴颈处直径，单位为，此处，为轴孔直径。得根据主轴材料为，查得许用弯曲应力。按扭转切应力为脉动循环变应力，取折合系数。将上述参数代入公式.，则轴的计算应力为因为，所以主轴的强度符合要求。主轴的刚度校核轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。对于本课题的主轴，应该按轴的弯曲刚度校核。轴计算刚度经验公式为.式中轴的计算挠度，单位为轴惯性量，单位为轴所用材料的弹性模量，单位为支承跨度，单位为轴所受圆周力，单位为轴所受径向力，单位为。轴的允许挠度，单位为已知。由表查得轴的允许挠度为将上述参数代入公式.，则轴的计算刚度为由于，所以轴能够满足刚度要求。综上所述，轴的强度，刚度均符合校核要求。.主轴组件的支承主轴轴承的类型机床主轴带着刀具或夹具在支承件中作回转运动，需要传递切削扭矩，承受切削抗力，并保证必要的旋转精度。数控机床主轴支承根据主轴部件的转速承载能力及回转精度等要求的不同而采用不同种类的轴承。主轴轴承是主轴组件的重要组成部分，它的类型结构配置精度安装调整润滑和冷却都直接影响了主轴组件的工作性能。要由结构设计确定。悬伸量值对主轴部件的刚度和抗振性具有较大的影响。因此，确定悬伸量的原则，是在满足结构要求的前提下尽可能取小值，同时应在设计时采取措施缩减值。.主轴支承跨距的确定支承跨距是指主轴相邻两支承反力作用点之间的距离。跨距是决定主轴系统动静刚度的重要影响因素。合理确定支承跨距，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之。最优跨距是指在切削力作用下，主轴前端的柔度值最小时的跨距。其推导公式是在静态力作用下进行的。实验证明，动态作用下最优跨距很接近于推得的最优值。最优跨距可按下列公式计算.式中式中主轴前端悬伸长，单位为材料的弹性模量，单位为轴惯性矩，单位为前轴承刚度值，单位为后轴承刚度值，单位为。按上式计算最优跨距，计算过程如下.式中主轴跨距部分的平均直径，单位为主轴跨距部分的平均孔颈，单位为。由式.得由参考文献中图.确定，由主轴材料为查得材料的弹性模量由主轴的结构形式确定主轴前端悬伸长将上述参数值代入公式，得，将，值代入公式.，得按照结构设计的要求，取。由于，故满足设计要求。主轴受力分析轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算时，常常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。而作用在轴上的扭矩，般从传动件轮毂宽度的中点算起。图.轴承受力图主轴上的轴承采用端固定，另端游动的支承形式。图示.为轴承在空间力系的总受力图，它可分解为铅垂面图.和水平面图.两个平面力系。由公式.得出切向铣削力径向负荷切向负荷轴向负荷图.静不定梁铅垂面分解图由于此主轴的受力属于简单静不定梁类型，所以要以静不定梁的受力方法来解决问题。图示.为静不定梁的铅垂面受力图。为了使其变形与原静不定梁相同，必须满足变形协调条件，即要求。利用叠加法，得挠度为.式中径向切向负荷分力，单位为径向切向负荷，单位为材料的弹性模量，轴惯性矩，。由公式.得。将，代入公式.，则铅垂面的挠度为得得得将，代入公式图工作台链式刀库有转位动作，其刀库容量有把．如若换刀动作由坐标移动和刀库的简单转位完成．那么换刀的可靠性仍然较高，但换刀时间没有缩短。若在链式刀库和主轴之间增加换刀机械手，换刀的速度将大大提高。图自动换刀刀库冷却排屑模块基本型冷却排屑模块，积屑箱由人工抬出清理。为带自动排屑机构的冷却排屑模块，其根据切屑的材质又可分为磁滚式刮板式。加工中心采用模块化设计方法，设计不再只是针对种产品，而是充分考虑扩展的可能变型的可能，在结构尺寸等方面统筹考虑，留有空间，各部件间保持相对的独立性，设计出的不再是。种产品，而是组系列产品。这样的产品具有配置灵活性大制造成本低供货周期短质量容易保证维修方便等特点，适应市场的能力大大增强。自动换刀系统采用机械手换刀，且刀库置于立柱侧面的底座上。刀库在底座上的转动采用交流伺服电机，采用链式刀库，由链传动机构实现回转分度和转位，由交流伺服电机驱动。五轴高速加工中心总体结构布局示意图如图。图总体结构示意图综合上述两种方案优缺点，方案除工件侧至少有个移动坐标轴外，两个转动坐标轴均由刀具侧的复合主轴头来实现，这主要为大重型机床所采用，产品主要适用于汽车。航空航天大电机组等行业的床身。箱体以及壳体的零件加工。方案二两个回转坐标轴都在工作台侧，在原三轴控制机床基础上配备数控摆动回转工作台发展而成，系中小型五轴加工机床采用较多的种结构型式。所以最终采用方案二。第三章主轴组件的主运动部件的设计计算.加工中心主轴组件总体设计方案的确定本课题的总体设计方案现确定如下由于同步带无滑动，能保证固定的传动比，且传动效率高，允许的线速度较高，无需安置在很良好的工作环境中，所以在主轴传动方式中选择同步带传动。但是需要注意的是同步带的安装具有严格的要求。在主轴的进给运动中，采用滚珠丝杠。其耐磨性好磨损小，低速运行时无爬行无振动，能够很好地确保轴的进给精度。由于加工中心具备自动换刀功能，所以在主轴组件中还应有主轴准停装置刀具自动夹紧机构以及切屑清除机构。在本课题中，主轴准停机构采用磁力传感器检测定向，其不仅能够使主轴停止在调整好的位置上，而且能够检测到主轴的转速，并在加工中心的操控面板上显示出来，方便机床操作者调整转速。在换刀过程中，刀具自动夹紧机构也是不可获缺的部分。它控制着刀杆的松紧，使刀具在加工时能紧紧地固定在主轴上，在换刀时能轻松地卸载。本课题采用了液压缸运行的方式，通过活塞拉杆拉钉等系列元件的运动来达到刀杆的松紧目的。高速,加工,中心,总体布局,主轴,部件,设计,毕业设计,全套,图纸引言.题目来源与分析装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展高新技术产业和尖端工业如信息技术及其产业，生物技术及其产业，航空航天等国防工业产业的使能技术和最基本的装备。制造技术和装备是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术则是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。数控机床技术的发展自年美国研制出第台三坐标方式升降台数控铣床算起，至今已有年历史了。世纪年开始，计算机技术及相关的微电子基础工业的高速发展，给数控机床的发展提供了个良好的平台，使数控机床产业得到了高速的发展。我国数控技术研究从年起步，国产的第台数控机床是北京第机床厂生产的三坐标数控铣床。虽然从时间上看只比国外晚了几年，但由于种种原因，数控机床技术在我国的发展却直落后于国际水平，到年我国的数控机床产量还不到台。到年代，我国的数控机床技术发展才得到了个较大的提速。目前，与国外先进水平相比仍存在着较大的差距。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展提高综合国力和国家地位的重要途径。.研究目的本课题的五轴联动数控是数控技术中难度最大应用范围最广的技术，它集计算机控制高性能伺服驱动和精密加工技术于体，应用于表面形状特别复杂而精度要求相当高的工件的加工，具有高技术高效率高效益等特点，是目前机械加工领域的“制高点”。在发达国家，许多有实力的数控机床制造公司都以五轴联动技术为攻关课题进行研究，近些年来已应用得较为普遍和成熟。但其核心技术对外实行严格的技术封锁。我国在加快经济发展的新形势下，目前像宇航军工造船机车等许多重点领域及行业急需这种装备，因而开发研制拥有自主知识产权的五轴联动数控机床，进而提升国内制造业装备水平己成为当务之急。但对于汽车工业航天航空工业船舶工业兵器工业急需的高速高精复合多轴联动的数控机床，如五轴联动的立卧转换加工中心高速加工中心精密加工中心五轴龙门加工中心高精度数控机床高性能车削中心高精度电加工机床等，有的处于攻关阶段，有的还处于试制和试生产阶段，与国外同类产品相比尚有不小差距。国际上把五轴联动数控技术作为个国家生产设备自动化水平的标志。由于其特殊的地位，特别是对于航空航天军事工业的重要影响，以及技术上的复杂性，西方工业发达国家直把五轴数控系统作为战略物资实行出口许可证制度，对我国实行禁运。因而，研究五轴数控加工技术对国家科技力量和综合国力的提高有重要意义。.课题研究的意义目前由于五轴联动数控机床系统价格十分昂贵，加之程序制作较难，使五轴系统难以“平民”化应用。但近年来，随着计算机辅助设计计算机辅助制造系统取得了突破性发展，珊星公司等中国多家数控企业，纷纷推出五轴联动数控机床系统，打破了外国的技术封锁，占领了这战略性产业的至高点，大大降低了其应用成本，从而使中国装备制造业迎来了个崭新的时代！以信息技术为代表的现代科学的发展对装备制造业注入了强劲的动力，同时也对它提出更强要求，更加突出了机械装备制造业作为高新技术产业化载体在推动整个社会技术进步和产业升级中无可替代的基础作用。作为国民经济增长和技术升级的原动力，以五轴联动为标志的机械装备制造业将伴随着高新技术和新兴产业的发展而共同进步。中国不仅要做世界制造的大国，更要做世界制造强国！预计在不久的将来，随着五轴联动数控机床系统的普及推广，必将为中国成为世界最强国奠定坚实的基础！第二章五轴高速加工中心总体布局方案设计.五轴高速加工中心的结构组成加工中心自问世至今已有多年，世界各国出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各界，但从总体来看主要由以下几大部分组成。图.五轴高速加工中心结构组成基础部件。它是加工中心的基础结构，由床身立柱和工作台等组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须要有足够的刚度。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接而成的钢结构件，它们是加工中心中体积和重量最大的部件。主轴部件。由主轴箱主轴电动机主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启停和变速等动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。数控系统。加工小心的数控部分是由装置，可编程控制器伺服驱动装置以及操作面板等组成。它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。自动换刀系统。由刀库机械手等部件组成。当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手或通过其他方式将刀具从刀库内取出装入主轴孔中。辅助装置。包括涡滑冷却排屑防护液压气动和检测系统等部分。这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率加工精度和可靠性起着保障作用，因此也是加工中心中不对缺少的部分。.五轴高速加工中心主要结构形式图.五轴高速加工中心结构设计.五轴高速加工中心主要性能参数本课题研制的五轴高速加工中心的主要技术性能参数如下工