立式加工中心機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

1、福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述題 目： 立式加工中心機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 21 系 別： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 年 級(jí)： 08級(jí) 指導(dǎo)教師： （簽名） 年 月 日摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是“立式加工中心機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”。同過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源和相關(guān)的書籍材料的查閱對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容初步有一定的了解，下面主要介紹了加工中心的歷史發(fā)展概況、現(xiàn)狀、課題重點(diǎn)內(nèi)容和問(wèn)題的解決，研究方案的分析，已解決的問(wèn)題和尚存的問(wèn)題，重點(diǎn)、詳盡地闡述對(duì)當(dāng)前的影響及發(fā)展趨勢(shì)。本次課題研究通過(guò)主軸箱、進(jìn)給系統(tǒng)、刀庫(kù)和機(jī)械手等設(shè)計(jì)內(nèi)容使學(xué)生對(duì)加工中心進(jìn)一步了解，也使學(xué)生本人對(duì)本專業(yè)的發(fā)展有了一個(gè)較

2、清晰的把握方向。關(guān)鍵詞：加工中心 主軸箱 進(jìn)給系統(tǒng) 刀庫(kù) 機(jī)械手引言 加工中心最初是從數(shù)控銑床發(fā)展而來(lái)的。20世紀(jì)40年代末，美國(guó)開(kāi)始研究數(shù)控機(jī)床，1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院(mit)伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室成功研制出第一臺(tái)數(shù)控銑床，并于1957年投入使用。第一臺(tái)加工中心是1958年由美國(guó)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(chǔ)上增加了自動(dòng)換刀裝置，從而實(shí)現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進(jìn)行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。這是制造技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重大突破，標(biāo)志著制造領(lǐng)域中數(shù)控加工時(shí)代的開(kāi)始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，這一發(fā)明對(duì)于制造行業(yè)而言，具有劃時(shí)代的意義和深遠(yuǎn)的影響

3、。世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展。 二十世紀(jì)70年代以來(lái)，加工中心得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了可換主軸箱加工中心，它備有多個(gè)可以自動(dòng)更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對(duì)工件同時(shí)進(jìn)行多孔加工。我國(guó)于1958年開(kāi)始研制數(shù)控機(jī)床，成功試制出配有子管數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控床，1965年開(kāi)始批量生產(chǎn)配有晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前的數(shù)控機(jī)床已實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制并在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用，在模具制造行業(yè)的應(yīng)用尤為普及1。本次課題研究的是立式加工中心機(jī)床是指主軸軸線與工作臺(tái)垂直設(shè)置的加工中心，主要適用于加工板類、盤類、模具及小型殼體類復(fù)雜零件。1.加工中心的發(fā)展現(xiàn)狀加工中心（英文縮

4、寫為CNC全稱為Computerized Numerical Control）：是帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的一種高度自動(dòng)化的多功能數(shù)控機(jī)床。工件在加工中心上經(jīng)一次裝夾后，數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序，自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其他輔助機(jī)能，依次完成工件幾個(gè)面上多工序的加工。并且有多種換刀或選刀功能，從而使生產(chǎn)效率大大提高2。下面就舉列了幾種主要加工中心的類型，對(duì)其組成、布局、工藝、加工特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹：1.1立式加工中心 立式加工中心是指主軸為垂直狀態(tài)的加工中心，如圖21所示。其結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱，工作臺(tái)為長(zhǎng)方形，無(wú)分度回轉(zhuǎn)功能，適合加工

5、盤、套、板類零件，它一般具有二個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸，并可在工作臺(tái)上安裝一個(gè)沿水平軸旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)臺(tái)，用以加工螺旋線類零件。 立式加工中心裝卡方便，便于操作，易于觀察加工情況，調(diào)試程序容易，應(yīng)用廣泛。但受立柱高度及換刀裝置的限制，不能加工太高的零件，在加工型腔或下凹的型面時(shí)，切屑不易排出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞刀具，破壞已加工表面，影響加工的順利進(jìn)行。1.2臥式加工中心 臥式加工中心指主軸為水平狀態(tài)的加工中心，如圖 22 所示。臥式加工中心通常都帶有自動(dòng)分度的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，它一般具有35個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，常見(jiàn)的是三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)加一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，工件在一次裝卡后，完成除安裝面和頂面以外的其余四個(gè)表面的加工，它最適合加上

6、箱體類零件。與立式加工中心相比較，臥式加工中心加工時(shí)排屑容易，對(duì)加工有利，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高。1.3龍門式加工中心 龍門式加工中心的形狀與數(shù)控龍門銑床相似，如圖2-3所示。龍門式加工中心主軸多為垂直設(shè)置，除自動(dòng)換刀裝置以外，還帶有可更換的主軸頭附件，數(shù)控裝置的功能也較齊全，能夠一機(jī)多用，尤其適用于加工大型工件和形狀復(fù)雜的工件1.4五軸加 T 中心五軸加工中心具有立式加工中心和臥式加工中心的功能，如圖24所示。五軸加工中心，工件一次安裝后能完成除安裝面以外的其余五個(gè)面的加工。常見(jiàn)的五軸加工中心有兩種形式：一種是主軸可以旋轉(zhuǎn)900 ，對(duì)工件進(jìn)行立式和臥式加工；另一種是主軸不改變方向，而由工作臺(tái)帶

7、著工件旋轉(zhuǎn)900 。，完成對(duì)工件五個(gè)表面的加工3。2.本次課題擬解決的問(wèn)題本次課題研究了立式加工中心機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有主軸箱設(shè)計(jì)、進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、刀庫(kù)和機(jī)械手設(shè)計(jì)三大部分。設(shè)計(jì)開(kāi)始過(guò)程中，我們應(yīng)該第一時(shí)間對(duì)立式加工中心有比較深刻的整體認(rèn)識(shí)，這有利于我們對(duì)于后面的設(shè)計(jì)內(nèi)容有一個(gè)清晰的設(shè)計(jì)方向。2.1主軸箱設(shè)計(jì)部分主軸箱設(shè)計(jì)過(guò)程是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們必須嚴(yán)格的計(jì)算加工時(shí)的切削用量，主軸進(jìn)給量，以及主軸轉(zhuǎn)速，來(lái)選擇什么材料的主軸等零件。在主軸箱裝配圖設(shè)計(jì)時(shí)，箱壁各安裝軸承處可以適當(dāng)凸緣，加筋條。主軸箱應(yīng)留有在床身上的安裝定位的基準(zhǔn)面。在整體布置時(shí)應(yīng)考慮主軸的懸伸量、合理跨度；各傳動(dòng)軸

8、上齒輪寬度、滑移齒輪必須保證一對(duì)齒輪徹底脫開(kāi)，另一對(duì)齒輪才能進(jìn)入嚙合，并留有1-2mm間隙，不相鄰軸上的齒輪在滑動(dòng)中不互相干涉6。這個(gè)階段內(nèi)容比較多，設(shè)計(jì)的范圍也較廣，為了設(shè)計(jì)的參數(shù)合理，我們必須廣泛的查閱書籍，資料，達(dá)到設(shè)計(jì)的合理和實(shí)用性。2.2進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分在進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，有關(guān)滾珠絲杠副的計(jì)算選擇非常重要，滾珠絲杠副的選擇關(guān)系到進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度對(duì)零件的加工的影響很大，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們應(yīng)該嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)要求去計(jì)算去選擇相關(guān)配件的型號(hào)，盡可能使傳動(dòng)精度滿足設(shè)計(jì)要求。反饋裝置可以用脈沖編碼器兼作位置和速度反饋，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)布局。還有絲桿的強(qiáng)度問(wèn)題，若強(qiáng)度不夠可以通過(guò)預(yù)拉伸來(lái)提高強(qiáng)度5?？傊?，

9、設(shè)計(jì)過(guò)程中要做到有憑有據(jù)，嚴(yán)格按照要求不能亂來(lái)。2.3刀庫(kù)和機(jī)械手設(shè)計(jì)部分 刀庫(kù)和機(jī)械手的設(shè)計(jì)在以往的課程設(shè)計(jì)都沒(méi)有接觸過(guò)，這對(duì)學(xué)生來(lái)將是一個(gè)挑戰(zhàn)，無(wú)論是裝配圖的布局還是CAD制圖的具體畫法都需要重新去學(xué)習(xí)。首先決定刀庫(kù)采用圓盤形結(jié)構(gòu)，沿刀庫(kù)主軸軸向安裝。這種刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且緊湊，但為了換刀時(shí)刀具與主軸同向，刀庫(kù)中的刀具需在換刀時(shí)位置作90度的翻轉(zhuǎn)，這就機(jī)械手的設(shè)計(jì)來(lái)完成，在機(jī)械手的設(shè)計(jì)上可以是專用的機(jī)械手，其特點(diǎn)是動(dòng)作少只重復(fù)完成換刀的工作，工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，符合加工中心的工作要求2。3.總體的設(shè)計(jì)方案3.1主軸箱設(shè)計(jì)部分： 由題

10、目數(shù)據(jù)要求主電動(dòng)機(jī)選擇傳動(dòng)設(shè)計(jì)（主傳動(dòng)方案擬定-傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇）傳動(dòng)件的估算（傳動(dòng)軸的計(jì)算、齒輪齒數(shù)的確定模數(shù)計(jì)算、帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、離合器的選擇計(jì)算）動(dòng)力設(shè)計(jì)（主軸剛度撓度等計(jì)算）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明（草圖，展開(kāi)圖布置、各軸的設(shè)計(jì)、齒輪設(shè)計(jì)等）。3.2進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分： 在進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在伺服方式上選擇最廣泛應(yīng)用的半閉還方式。采用螺旋傳動(dòng)，計(jì)算滾珠絲杠副尺寸規(guī)格，接著進(jìn)行絲桿的校核并進(jìn)行精度等驗(yàn)算，根據(jù)計(jì)算的扭矩選擇電機(jī)。3.3刀庫(kù)和機(jī)械手設(shè)計(jì)部分：刀庫(kù)采用圓盤形結(jié)構(gòu)，沿刀庫(kù)主軸軸向安裝。確定是專用于換刀的機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)身機(jī)座的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3?？偨Y(jié) 通過(guò)這段時(shí)間查閱了加工中心的相關(guān)資料

11、和文獻(xiàn)，對(duì)加工中心的認(rèn)識(shí)更進(jìn)一步加深了，加工中心是非常典型的集高新技術(shù)于一體的機(jī)械加工設(shè)備，它的發(fā)展水平代表了一個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)、制造的水平，國(guó)內(nèi)外企業(yè)都對(duì)其非常重視。文獻(xiàn)綜述了加工中心的歷史發(fā)展概況、現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及其部分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案等有關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)內(nèi)容，為接下來(lái)的工作羅列了設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和相關(guān)知識(shí)的細(xì)節(jié)要點(diǎn)。在查閱資料時(shí)，對(duì)于立式加工中心的整體認(rèn)識(shí)更為完善，特別是在主軸箱、進(jìn)給系統(tǒng)、刀庫(kù)和機(jī)械手等設(shè)計(jì)內(nèi)容的了解最為清晰，在對(duì)課題的各方面的充分了解的基礎(chǔ)上，初步擬定了個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，這為接下來(lái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)做好了充足的準(zhǔn)備工作。參考文獻(xiàn)1 吳祖育，秦鵬飛.數(shù)控機(jī)床（第三版）.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2010（08）.2 現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) .現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社