【正文】 供了條件。 近年來，在國外一些發(fā)達國家中，五軸聯(lián)動已經(jīng)普遍應用于數(shù)控滑枕銑床、數(shù)控龍門銑床和數(shù)控加工中心，實現(xiàn)四面和五面加工，大大提高了銑床的自動化水平和工藝范圍以及工作效率。在國內(nèi)五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心的開發(fā)中，目前國內(nèi)已有廠家開發(fā)和生產(chǎn)，但是對于自動萬能銑頭目前國內(nèi)還沒有廠家開發(fā)和生產(chǎn)，主要還處于搜集 技術資料和研究階段。 在國內(nèi)，通過合作生產(chǎn)、引進技術、合資、自主開發(fā)，數(shù)控機床取得了可喜的進步 .普及型數(shù)控機床基本滿足國內(nèi)需要。但是，對于汽車工業(yè)、航天航空工業(yè)、船舶工業(yè)、兵器工業(yè)急需的高速、高精、復合、多軸聯(lián)動的數(shù)控機床 ,如 ,五軸聯(lián)動的立臥轉(zhuǎn)換加工中心，高速加工中心，精密加工中心，五軸龍門加工中心，高精度數(shù)控機床，高性能車削中心，高精度電加工機床等等，有的處于攻關階段，有的正處于試制和試生產(chǎn)階段，與國外同類產(chǎn)品相比尚有不小差距。高性能數(shù)控機床是發(fā)展我國國民經(jīng)濟和加強國防建設的重要條件，國際上發(fā)達國家常把它 作為戰(zhàn)略物資實行出口許可證制度，對社會主義國家實行禁運，限制其國防軍事工業(yè)發(fā)展、高技術發(fā)展和綜合國力的提高。 近年來，高速銑及高速加工中心；五面體龍門加工中心及龍門仿型加工中心成為兩大進口熱點， 反映了面臨入世的中國機床市場需求結(jié)構升級。 五軸加工中心可實現(xiàn)多軸結(jié)構，可用于更復雜曲面的加工，工業(yè)用途范圍大，使用靈活，易于實現(xiàn)高速，是一些產(chǎn)品加工必須使用的機床設備，也是數(shù)控機床產(chǎn)品中的高技術難度產(chǎn)品。 第二章 總體方案設計 機械設計是機械產(chǎn)品制造全過程中的第一步。設計師經(jīng)過構思、分析和計算，并充分考慮制造工藝及 產(chǎn)品使用和維修等多方面的問題，將產(chǎn)品的總體結(jié)構和全部細節(jié)通過圖紙、技術文件和計算機軟件，具體和確切地描述出來，以之作為制造工作的全面和唯一的依據(jù)。機械設計的水平和質(zhì)量不但對產(chǎn)品的技術性能，而且也對產(chǎn)品在制造和使用過程中的經(jīng)濟性和環(huán)境影響都起全面的和決定性的作用。 總體設計是機床設計的中心環(huán)節(jié)，它對機床產(chǎn)品的技術性能、經(jīng)濟指標和外觀造型具有決定意義?？傮w方案的擬定，就是要提出和確定所設計機床設備的工藝方法、運動和布局、傳動和結(jié)構、控制和性能等方面的方案?？傮w方案設計包括下列內(nèi)容： （ 1） 查研究 包括調(diào)查和分析工件 ，了解所設計機床的使用要求和制造條件，調(diào)查研究同類型機床和有關科技成就等文獻資料； （ 2） 工藝方案的確定。在進行機床總體設計時，應對不同類型的工藝方案進行分析比較，選擇符合實際情況的具有先進性的工藝方案。 （ 3） 確定機床的總體參數(shù)?？傮w參數(shù)是表明機床技術性能的主要指標，包括機床性能參數(shù)和結(jié)構參數(shù)兩方面。性能參數(shù)是指生產(chǎn)率、載荷、速度、功率和重量等。結(jié)構參數(shù)是指主要結(jié)構尺寸。 （ 4） 機床運動系統(tǒng)方案設計和確定機床運動簡圖。根據(jù)工藝動作過程選用合適執(zhí)行機構，完成各個基本運動，再用一定的組合方式構成機械系統(tǒng)來實現(xiàn)產(chǎn)品的功能。 （ 5） 機床 總體布置。主要是確定主要機床設備和輔助設備的相互位置和連接方式。并考慮安全操作、整體造型等問題。 （ 6） 機床驅(qū)動系統(tǒng)設計。根據(jù)所需的載荷，選擇或設計機床的工作構件，本機床采用滾珠絲杠驅(qū)動工作臺和滑枕座進給運動。 （ 7） 動力源特性分析。采用交流伺服電機。 （ 8） 機器造型設計。對機器外形、色彩進行藝術處理。 （ 9） 畫出總裝配圖、零件施工圖。 （ 10） 編寫全部設計技術文件。 總體方案設計的依據(jù) 總體方案設計的主要依據(jù)包括零部件、同類型機床的有關科技成就、使用要求以及制造條件等。 （ 1） 充分調(diào)查，掌握有關資料，本次設計任務是五軸聯(lián)動加工中心，主要用 于曲面加工，切削力不大，但要求被加工面的尺寸精度、位置精度較高，表面粗糙度較好，生產(chǎn)率高。 （ 2） 本課題來源于 1999 年底，北京機械工業(yè)學院、北京航天航空大學和桂林機床股份有限公司開始共同開發(fā)研制五軸聯(lián)動加工中心。在設計過程中參考了該機床的一些具體方案。 工藝分析、方案確定 本次設計的五軸聯(lián)動加工中心，主要任務是完成立柱、橫梁、床身、工作臺和鐵屑輸送裝置的結(jié)構設計、三維建模和裝配，并完成立柱、橫梁的運動仿真。通過調(diào)研并在導師的指導下，確定設計的具體方案為： ? 整機采用 固定 龍門式結(jié)構，剛性好，外形美觀，上下 工件與操作方便。 ? 主軸采用 高速電主軸 ，主軸轉(zhuǎn)速高，加工效率高。 ? 工作臺面及三向行程參數(shù)大，加工范圍廣，整機剛性高，承載重量大。 ? 主要大件采用箱形結(jié)構，強度與剛性好。 ? 縱向 導軌 采用矩形 淬火貼塑 結(jié)構， 橫向?qū)к壊捎镁匦闻c燕尾形的組合結(jié)構， 導軌強度高，剛性好，耐磨性強，運動靈敏度高。 ? 三向進給采用精密滾珠絲桿傳動。 ? 采用自動集中潤滑裝置。 ? 配置兩組 平板鏈式 自動排屑裝置，自動化程度高。 ? 可選擇配置四周封閉式防護圍罩 ，密封性好。 設計的數(shù)據(jù)及來源： 基本數(shù)據(jù)（長度單位：㎜）： 工作臺面積（寬長） ： 1600 4000 工作臺縱向行程： 4000 滑枕行程： 橫向： 1000；縱向： 2500 主軸斷面到工作臺面的距離：最?。?95；最大： 1095 主電機功率： 28 kW 機床主軸轉(zhuǎn)速范圍（ rpm）： 0~10000 A（ B）軸擺角177。 100186。、 C 軸轉(zhuǎn)角177。 180186。、刀庫容量 40 機床體積（長寬高）： 9400 4300 3900 工作臺最大承受重量： 10000 ㎏ 數(shù)據(jù)來源： 桂林機床股份有限公司 XK2316/35X 五軸聯(lián)動數(shù)控銑床 第三章 機床設計計算 第一節(jié) 機架設計計算 機器的床身、立柱、橫梁、工作臺通稱為機架。機架在機器的總重量中占有很大的比例（約占機床總質(zhì)量的 70％～ 90％）。機架支撐著機器中所有基本部件，并承受作用在機器中的全部作用力。機架對機器的安裝精度、工作精度、耐磨性、抗振性及可靠性有很大影響。因此，在計算機架零件時，合理選用機架材料和正確設計其結(jié)構形式及尺寸，是減小機器質(zhì)量，節(jié)約金屬材料，提高工作精度，增強機器剛度及耐磨性等重要途徑。在設計機架零件的過程中應滿足下列一些基本要求： 。機架零件經(jīng)常以剛度作為主要設計準則。實踐 證明，機架零件的剛度滿足了，則強度一般也是足夠的。 ，便于安裝、操作、制造及維修。 ；對于帶有導軌的機架零件，還應有良好的耐磨性。 ，工藝性好，易于制造。 ，力求造型美觀。 一 . 機架的結(jié)構和設計參數(shù) 在進行機床機架的結(jié)構設計時，必須綜合考慮機架的工作性能和工藝性，應在滿足工作性能的前提下，減輕機架重量，節(jié)約金屬，提高機架的靜剛度和動態(tài)性能，減少機架鑄造和加工的工作量。 因此，靜剛度的提高和重量的減輕，同 時都可提高機架的固有頻率。在大多數(shù)情況下，提高固有頻率可改善機架的動態(tài)特性。 (1) 一般概念 根據(jù)材料力學的理論和實踐證明 ,桿件的抗拉和抗壓剛度取決于桿件斷面面積的大小 ,而與斷面的形狀無關 。而桿件的抗彎剛度和抗扭剛度則除與斷面的面積大小有關外 ,還取決于斷面的形狀。桿件的抗彎和抗扭剛度與桿件斷面慣性矩成正比。 (2) 床身斷面形狀的選擇 圖 1 床身斷面形狀 這類床身工作時，主要承受彎曲載荷，由于無需經(jīng)床身排除切屑，所以頂面多采用封閉的，臺面也不能太高，以便與工件安裝調(diào)整。斷面尺寸的h/b 比一般小于 1。適用于小型無升降臺式銑床、龍門刨床、龍門銑床、鏜床、插床等。 (3) 立柱斷面形狀的選擇 矩形閉式斷面結(jié)構，內(nèi)部有筋板和筋條，抗扭及抗彎剛度高，應用于復雜空間載荷的機床，如銑床 \鏜床等機床。 斷面尺寸 h/b 約為 1。 圖 2 立柱斷面形狀 (4) 橫梁斷面形狀的選擇 龍門機床的橫梁工作時承受復雜的空間載荷，其龍門垂直方向上的剛度，對機床總剛度影響很大。剛度小的橫梁的變形量，有時在機床的綜合變形量中可占到 20％～ 40％，其中又以扭轉(zhuǎn)變形為主，占 60％。根據(jù)受力情況，橫梁的斷面一般選取矩形封閉式斷面。在橫梁 內(nèi)部均布置有縱、橫筋板合筋條。 圖 3 橫梁斷面形狀 （ 1） 基本概念 開式斷面的結(jié)構和半開式斷面結(jié)構的抗扭剛度較差，在其內(nèi)部安置筋板，可增加抗扭剛度。閉式斷面結(jié)構，當尺寸大而壁薄時，在其內(nèi)部安裝筋板，可減小其局部變形和斷面形狀的畸變。合理布置大件內(nèi)部的筋板是提高大件剛度、減輕大件重量的重要途徑之一。 筋板之所以能夠提高大件的剛度，是因為筋板能使大件外壁的局部載荷傳遞給其它壁板，使它們均衡地承受載荷，并將外壁的彎曲變形轉(zhuǎn)化為筋板的拉伸和壓縮變形，由于這類變形的值很小，因此可阻止外壁的彎曲變 形，筋板可大大地加強大件的四壁一個整體的作用，在承受扭矩時，可減小形狀的畸變。 （ 1） 的筋板布置 龍門銑床的床身相當于斷面中三面封閉的鉸支梁。半封閉式斷面的鉸支梁抗扭剛度較低，內(nèi)部必須布置筋板。 圖 4 床身筋板布置形狀 （ 1） 橫梁的筋板布置 龍門型機床的橫梁一般均為封閉式斷面。閉式斷面的鉸支梁較其它斷面的鉸支梁的抗彎和抗扭剛度都高，但機床橫梁的變形對機床加工精度的影響很大，所以內(nèi)部一般仍多布置有各種筋板或筋條。 圖 5 橫梁內(nèi)部筋板布置形狀 （ 2） 立柱的筋板布置 立柱由于支承條件不利并承受復 雜載荷，所以斷面形狀一般為閉式矩形或雙矩形。長度和斷面尺寸較大時，內(nèi)部均布置有縱、橫的筋板和筋條，以減少大件的局部變形和斷面畸變，并提高抗彎和抗扭剛度。 圖 6 橫梁內(nèi)部筋板布置形狀 （ 3） 工 作臺的結(jié)構和筋板布置 本機床采用矩形工作臺，其寬度較大，為了減輕重量，提高剛度，均取斷面為封閉式的箱形結(jié)構，為了保證工作臺有足夠的抗彎剛度，閉式斷面的工作臺內(nèi)部均應布置縱向筋和大量的橫向筋。橫向筋一般每隔 300～ 400mm布置一條，縱向筋布置在 T 形槽下，以減小臺面卡緊時的局部變形。 工作臺周圍需安排水槽供排泄切屑 液用。 圖 7 工作臺結(jié)構示意圖 其中 槽數(shù) — 9 槽寬 — 22 槽距 — 160 （單位： mm） 機架內(nèi)部由于安置傳動機構、液壓、電氣裝置及線道管道等，因而在外壁及內(nèi)部筋板上需要作出各種窗孔。窗孔的形狀、大小及位置，對機架的剛度有一定影響，設計時需適當考慮。 機架的重量在一臺機床的總重量中占很大比例，在節(jié)約金屬材料方面有較大的潛力。 機架的壁厚應在剛度要求和鑄造工藝允許的條件下，盡量采用較小的值。根據(jù)實踐的經(jīng)驗，鑄鐵機架的壁厚可根據(jù)大件外形的最大 尺寸或外性空間尺寸來選定。筋板的厚度一般取壁厚的 80％。機架在導軌處、與其它機架聯(lián)結(jié)處及安裝軸承和軸承支架處的壁板和筋板，除需合理布筋外，還應適當增加厚度，以局部變形。 外壁和縱向主筋 10～ 20mm 筋 8～ 16mm 導軌支承壁 23~32mm 機床的床身、立柱、橫梁等機架，在裝配時用螺釘互相聯(lián)接成為整體。，一般機床在工作時，床身或底座大都需用螺釘固定在地基上。機架的這些聯(lián)接部分的結(jié)構必須設計適當，否則在工作中容易產(chǎn)生 較大的局部變形。 機架接合面處的變形和位移主要來源于接合面的接