5軸數(shù)控龍門銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(畢業(yè)論文)
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- 5軸數(shù)控龍門銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(畢業(yè)論文)
前 言 1
第1章 數(shù)控機(jī)床概述 2
第2章 整體結(jié)構(gòu)方案 3
第3章 伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計 4
§3.1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計的一般要求 4
§3.2 滾珠絲杠螺母副的原理及支撐方式 6
§3.2.1 滾珠絲杠螺母副的原理及特點 6
§3.2.2 滾珠絲杠螺母副的支撐方式 8
§3.2.3 支承軸承的選擇 9
§3.3 滾珠絲杠副的疲勞壽命計算 9
§3.4 預(yù)加負(fù)荷 11
§3.5 機(jī)床滾珠絲杠副總體校核 11
§3.6 數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌 16
§3.6.1 導(dǎo)軌的基本類型 16
§3.6.2 對導(dǎo)軌的基本要求 16
§3.6.3 直線滾動導(dǎo)軌 17
第四章數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動 19
§4.1伺服系統(tǒng)的基本要求 19
§4.2伺服電機(jī)的選擇與計算 21
結(jié) 論 26
參考文獻(xiàn) 27
致 謝 28
前 言
畢業(yè)設(shè)計是實現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神的重要過程。畢業(yè)設(shè)計在培養(yǎng)大學(xué)生探求真理、強(qiáng)化社會意識、進(jìn)行科學(xué)研究基本訓(xùn)練、提高綜合實踐能力與素質(zhì)等方面，具有不可替代的作用，也是教育與生產(chǎn)勞動和社會實踐相結(jié)合的重要體現(xiàn)。
畢業(yè)設(shè)計的目的是:
（1）使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深對所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的掌握，使之系統(tǒng)化、綜合化。培養(yǎng)學(xué)生的獨立工作、獨立思考和綜合運用已學(xué)知識解決實際問題的能力，尤其注重培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)創(chuàng)造能力和獨立獲取新知識的能力。
（2）使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究的基本方法，獲得從事系統(tǒng)科學(xué)研究的初步訓(xùn)練，注重科學(xué)能力和素質(zhì)的培養(yǎng)。在實際工程設(shè)計中，學(xué)生可以得到所學(xué)過的理論基礎(chǔ)，技術(shù)基礎(chǔ)等全面的訓(xùn)練，為將來做好機(jī)械設(shè)計工程師的工作提供全面的鍛煉機(jī)會。
我們一組此次畢業(yè)設(shè)計是結(jié)合老師的具體研制項目設(shè)立的，以在實習(xí)工廠所參觀的設(shè)備為參考，結(jié)合自己所學(xué)知識，在老師和同學(xué)的指導(dǎo)和幫助下，查閱許多相關(guān)手冊，最終設(shè)計出了此次5軸數(shù)控龍門銑床。
此外，本次畢業(yè)設(shè)計主要由Inventor實體造型完成。它被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)，通過Inventor 設(shè)計的5軸數(shù)控龍門銑床 ，和一般應(yīng)用工程圖的表達(dá)方式相比，具有更加直觀的效果。
在張波老師的指導(dǎo)下，我一邊查資料、計算、繪圖，一邊觀察實習(xí)。其間曾經(jīng)遇到很多問題，如三維圖的裝配，滾珠絲杠的選型等等，但在張波老師和同學(xué)們的幫助下，經(jīng)過自己的努力，問題一個一個得到了解決。
本次設(shè)計得到了學(xué)校、圖書館、老師、同學(xué)們的大力支持，在此表示衷心的感謝。限于本人水平和經(jīng)驗有限，再加上時間倉促，難免有疏漏和不妥的地方，敬請廣大老師和同學(xué)批評指正。謝謝！
孟鑫
2014年8月
第一章 數(shù)控機(jī)床概述
從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動強(qiáng)度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數(shù)控機(jī)床的特點及其應(yīng)用范圍使其成為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。
進(jìn)入21世紀(jì)，我國經(jīng)濟(jì)與國際全面接軌，進(jìn)入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機(jī)床制業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對數(shù)控機(jī)床的大量需求以及計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。
我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)總體的技術(shù)開發(fā)能力和技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，信息化技術(shù)應(yīng)用程度不高。行業(yè)現(xiàn)有的信息化技術(shù)來源主要依靠引進(jìn)國外技術(shù)，且外方在許多高新產(chǎn)品的核心技術(shù)上具有掌控地位，我們對國外技術(shù)的依存度較高，對引進(jìn)技術(shù)的消化仍停留在掌握已有技術(shù)和提高國產(chǎn)化率上，沒有上升到形成產(chǎn)品自主開發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的高度。具有高精度、高速、高效、復(fù)合功能、多軸聯(lián)動等特點的高性能實用數(shù)控機(jī)床基本上還得依賴進(jìn)口。與國外產(chǎn)品相比，我國的差距主要是機(jī)床的高速高效化和精密化上。對高速加工技術(shù)，國外已進(jìn)行了多年的研究，對高速加工的機(jī)理、機(jī)床結(jié)構(gòu)、機(jī)床剛度和精度的影響等都有了系統(tǒng)的研究，并開發(fā)生產(chǎn)了各種高速銑削中心、高速加工中心，廣泛應(yīng)用于航空器鋁合金零件和模具加工上[12]。
第二章 整體結(jié)構(gòu)方案
方案一:采用數(shù)控龍門移動結(jié)構(gòu)，龍門移動 ，工作臺固定在龍門底座上，且配置為二軸聯(lián)動的旋轉(zhuǎn)工作臺。X軸采用雙絲杠驅(qū)動加線性滾珠導(dǎo)軌，Y軸采用雙線性滾珠導(dǎo)軌安裝呈垂直分布狀態(tài) ，Z軸采用大規(guī)格線性滾珠導(dǎo)軌。
方案二:與方案一1樣，采用龍門移動結(jié)構(gòu)，工作臺與龍門底座采用一體結(jié)構(gòu)，Z軸滑枕上配置五軸聯(lián)動銑頭。導(dǎo)軌配置方面，與方案1一樣。
方案三:機(jī)床采用定梁式龍門銑床結(jié)構(gòu)。配置二軸聯(lián)動的旋轉(zhuǎn)工作臺，且工作臺，且工作臺在線性滾珠導(dǎo)軌上作X向運動，滾珠絲杠螺母副與導(dǎo)軌配置方面，與方案1一樣。
方案四:與方案3一樣，采用定梁式龍門銑床結(jié)構(gòu)，工作臺在線性滾珠導(dǎo)軌上作X向運動，Z軸滑枕上配置五軸聯(lián)動銑頭。導(dǎo)軌配置方面，與方案1一致。
對比分析以上4種方案設(shè)計，方案1與方案2都采用動梁式龍門結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)的最大缺陷：①由于是靠滾珠絲杠與線性滾珠導(dǎo)軌驅(qū)動形式，則難以保證機(jī)床的剛性；② 采用雙絲杠驅(qū)動技術(shù)，對機(jī)床控制部分要求提高了，同時提高了零件加工工藝難度。優(yōu)點在于機(jī)加工效率較高。方案1采用了二軸聯(lián)動的旋轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)；方案2采用了五軸聯(lián)動銑頭結(jié)構(gòu)。相比之下，二軸聯(lián)動的旋轉(zhuǎn)工作臺因受結(jié)構(gòu)及空間的約束。不宜加工大型工件；而五軸聯(lián)動銑頭相對結(jié)構(gòu)緊湊，在空問上自由度較大。
方案3與方案4都采用定粱式龍門結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點：在結(jié)構(gòu)上具有較高的剛度。且不用擔(dān)心質(zhì)量不當(dāng)而影響機(jī)床的加速度方面的性能；結(jié)構(gòu)的缺陷在于工作臺移動，從而在x軸方向上占用的空間較大，也不利機(jī)床x軸向上的加速度性能。其旋轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)與五軸聯(lián)動銑頭方面的特點前面已作說明，此處不再重述舊[5]。
綜合上述資料，本課題采用方案4的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。
圖2-1 五軸數(shù)控龍門銑床
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