【正文】 ... 5 引言 ..................................................................................................... 5 機(jī)床的的設(shè)計參數(shù)以及設(shè)計方案 ..................................................... 5 五軸銑頭結(jié) 構(gòu)方案分析與比較 ......................................................... 5 銑頭結(jié)構(gòu)分類 ............................................................................ 5 銑頭結(jié)構(gòu)選型 ......................................................................... 6 五軸聯(lián)動銑床整體結(jié)構(gòu)方案分析與比較 ....................................... 10 本章小結(jié) ........................................................................................... 10 第 3 章 伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ..................................................11 引言 ....................................................................................................11 伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般要求 ................................11 滾珠絲杠螺母副的原理及支撐方式 ............................................... 12 滾珠絲杠螺母副的原理及特點(diǎn) ........................................... 12 滾 珠絲杠螺母副的預(yù)緊 ....................................................... 13 滾珠絲杠的選型與計算 ................................................................... 14 伺服電機(jī)的選型與計算 ................................................................... 14 位移傳感器的選取 ........................................................................... 18 本章小結(jié) ........................................................................................... 19 第 4 章 五軸聯(lián)動銑頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ................................................................. 20 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） VI 引言 ................................................................................................... 20 五軸聯(lián)動銑頭設(shè)計參數(shù) ................................................................... 20 五軸聯(lián)動銑頭的動作實現(xiàn) ............................................................... 20 蝸桿蝸輪副的設(shè)計與計算 ............................................................... 21 蝸桿蝸輪傳動 的優(yōu)點(diǎn) ............................................................. 21 蝸桿蝸輪傳動的幾何計算步驟 ........................................... 22 本章小結(jié) ........................................................................................... 24 第 5 章 機(jī)床的運(yùn)動仿真及其有限元分析 ..................................................... 25 引言 ................................................................................................... 25 機(jī)床的三維實體建模及仿真 ......................................................... 25 Solidworks 軟件簡介 ........................................................... 25 機(jī)床的三維模型的建立 ....................................................... 26 五軸聯(lián)動銑頭的運(yùn)動仿真 ................................................... 27 重要零部件的有限元分析 — 靜態(tài)分析 ........................................... 28 有限元分析軟件簡介 ........................................................... 28 COSMOS 與 ANSYS Workbench 分析結(jié)果比較 .............. 29 主要部件的有限元分析 ....................................................... 31 工作臺的靜態(tài)分析 ................................................... 31 龍 門立柱的靜態(tài)分析 ............................................... 33 機(jī)床的有限元分析 — 模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化 ................................... 35 模態(tài)分析基本理論 ............................................................... 35 機(jī)床立柱的 模態(tài)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化 ....................................... 36 本章總結(jié) ........................................................................................... 40 結(jié) 論 ................................................................................................................. 41 致 謝 ................................................................................................................. 42 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒論 課題 背景及研究的目的和意義 上個世紀(jì)以來隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展、可靠性的提高和價格的下降，多軸聯(lián)動機(jī)床的技術(shù)、品種和功能價格比有很大的提高。五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床是加工葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等不可或缺的手段，尤其是軍工裝備制造業(yè)更是亟需先進(jìn)的機(jī)床設(shè)備。我國國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和國防建設(shè)對高檔多軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床提出了急迫的大量需求。多年來，五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的研制成為我國裝備制造業(yè)亟待解決的問題。但是以美國為首的一些西方國家在這方面嚴(yán)格限制對我國的出口，嚴(yán)重制約了我國的機(jī)床技術(shù)的發(fā)展。在 當(dāng)前的國際形勢下，中國機(jī)床行業(yè)鼓勵企業(yè)開發(fā)研制五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床具有非凡的意義。 數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代制造業(yè)的主流裝備。我國數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷 30多年來的發(fā)展，現(xiàn)已頗具規(guī)模，機(jī)床已涉及超重型機(jī)床、高精度機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓設(shè)備、前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域 【 1】 。但與機(jī)床產(chǎn)業(yè)高度發(fā)達(dá)的國家相比，我國機(jī)床的總體制作水平還是存在著一定的差距，尤其是在我國，對于四軸聯(lián)動以上的機(jī)床，大部分來自國外，再加上西方國家對我國在這方面的技術(shù)封鎖，在一定程度上影響了我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。不可否認(rèn)的是對于高精密工件的加工，國產(chǎn)機(jī)床還有待提升。 因此，對多軸聯(lián)動機(jī)床進(jìn)行研發(fā)十分必要，很多高校和企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了這方面的探索，本課題將提出一個五軸聯(lián)動精密銑床的設(shè)計方案。 本課題的研究成果，可以為數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計和整機(jī)動態(tài)特性研究提出有建設(shè)性的方案參考。本課題的研究工作，必將有助于縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高新產(chǎn)品性能、降低設(shè)計成本，為推動機(jī)床工業(yè)的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用和積極的意義。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床是上世紀(jì) 80 年代由西方發(fā)達(dá)國家研制并首先投入到工業(yè)生產(chǎn)中的，主要用于航空航天、精密模具、船舶用渦輪與葉片、電廠轉(zhuǎn)子等大型復(fù)雜整體結(jié) 構(gòu)件的高速加工。雖然發(fā)展至今不足 30 年，但國外多家公司已經(jīng)有較為成熟的產(chǎn)品系列。國際上五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的主要生產(chǎn)廠家有德國的 DMG、 XIMMERMANN，日本的 SNK（圖 1— 1）、 OKUMA，意大利哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 的 FIDIA、 JOBS，法國的 FOREST— LINE 等。 圖 1— 1 SNK sut— 6c 切削機(jī)床 國內(nèi)對五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的研制起步較晚，直到 1999 年的 CIMT（中國國際機(jī)床展覽會）上，江蘇多棱數(shù)控機(jī)床有限公司才展示了國內(nèi)第一臺五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床 【 2】 ，揭開了國內(nèi)機(jī)床廠對五軸聯(lián)動機(jī)床研制的序幕。自此之后，國內(nèi)多家機(jī)床廠先后研制出立式、臥式、龍門式和落地式等五軸聯(lián)動加工中心，如北京機(jī)床研究所開發(fā)的高精度加工中心、交大昆機(jī)科技股份有限公司研制的 TH61160、寧江機(jī)械集團(tuán)股份有限公司的 NJ25HMC沈陽機(jī)床集團(tuán)股份有限公司的 GMB3080WM 等。雖有一些產(chǎn)品問世，但國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)對五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的開發(fā)尚處于研制階段，未形成規(guī)模效應(yīng)，同時機(jī)床精度與國外還存在明顯的差距，主要表現(xiàn)在關(guān)鍵功能件與數(shù)控系統(tǒng)依賴進(jìn)口，機(jī)床精度及保持性差，平均無障礙時間短等 。以平均無障礙時間來看，國際水平是 5000h，臺灣水平是 3000h，而我國沈陽機(jī)床廠平均無障礙時間低于 800h，差距明顯國內(nèi)對五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)動特性研究目前還比較少，主要集中在機(jī)床生產(chǎn)廠與部分高校。北京信息科技大學(xué)的曹文平等基于對某型號五軸聯(lián)動數(shù)控銑床的實驗?zāi)B(tài)分析，得出該機(jī)床的結(jié)構(gòu)動態(tài)特性，從而找出了機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié)，為機(jī)床的動態(tài)設(shè)計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了依據(jù)。北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院的李明、楊慶東利用有限元對 SKY12160 五軸聯(lián)動機(jī)床的整機(jī)與主要部件進(jìn)行了動態(tài)特性分析，找出機(jī)床薄弱環(huán)節(jié)，并提出了結(jié)構(gòu)修 改方案。東南大學(xué)與江蘇多棱數(shù)控機(jī)床廠進(jìn)行合作，研究通過機(jī)床主振型的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行抑振調(diào)諧阻尼器的設(shè)計，使機(jī)床的動態(tài)性能進(jìn)一步提高。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 以上所述為國內(nèi)外傳統(tǒng)五軸聯(lián)動機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r，現(xiàn)在國外正在進(jìn)行微型機(jī)床的輔助加工設(shè)計如美國的 愛思唯爾科技有限公司的研究領(lǐng)域便是激光輔助微銑削工藝，主要用來加工硬質(zhì)合金材料 【 3】 。目前比較可行的輔助加工技術(shù)包括 微雷射加工 (MicroLaserMachining) 、 電子束加工(ElectroBeamMachining,簡稱 EBM)和 電射加工（ LaserMachining）等技術(shù) 【 4】 。美國 WTEC (Word Teehnology EvaluationCenter,Ine.)和 NSF(NationalSeienee Foundation)等機(jī)構(gòu)于 20xx年共同出資 ,針對國際上 Non一 MEMS微型加工技術(shù)研究發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢組成考察團(tuán)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研 ,并于 20xx年形成分析報告 ,調(diào)查分析報告指出 ,Non一 MEMS微制造技術(shù)將成為 21世紀(jì)重要的新技術(shù) ,它是連接微觀與宏觀制造領(lǐng)域的橋梁技術(shù) ,是改變傳統(tǒng)加工理念 (加工時間、地點(diǎn)、方式 )的技術(shù) ,是改變生產(chǎn)力分配方式的技術(shù) (微制造可成為家庭手工業(yè) ),它是增強(qiáng)美國競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略性技術(shù) 【 5】