【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 第 1 頁(yè) 共 41 頁(yè) 五軸高速數(shù)控雕銑機(jī) 銑頭設(shè)計(jì) 摘 要 隨著制造業(yè)的發(fā)展，高速度、高效率、高精度和高剛度已經(jīng)成為當(dāng)今數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主要方向。為了滿足當(dāng)前數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)的需要，五軸聯(lián)動(dòng)銑頭已經(jīng)成為了當(dāng)今一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是五軸高速數(shù)控雕銑機(jī)的銑頭設(shè)計(jì)。五軸頭是五軸聯(lián)動(dòng)加工中心上所聯(lián)接的一種裝置。該機(jī)床具有很強(qiáng)的數(shù)控功能，可以高效率高精度加工空間曲面類零件，如各類模具、水輪機(jī)和汽輪機(jī)葉片、三元流離心壓氣機(jī)、船用螺旋槳和推進(jìn)器及螺旋錐齒輪的關(guān)鍵設(shè)備?？梢淮窝b夾工件在多種空間角度進(jìn)行銑、鏜 、鉆等工序加工，加工各種具有復(fù)雜輪廓表面、型腔的工件，可作銑、鏜、鉆孔等加工。廣泛適用于各種機(jī)械制造業(yè)，特別是模具制造業(yè)。它可以實(shí)現(xiàn)五軸控制、五軸聯(lián)動(dòng)，高 速運(yùn)轉(zhuǎn)。 在掌握 PRO/E畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 第 2 頁(yè) 共 41 頁(yè) 軟件的基本功能后，對(duì)機(jī)床的各部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建模，然后，進(jìn)行裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。 關(guān)鍵詞 五軸控制 五軸聯(lián)動(dòng) 虛擬制造 技術(shù) 虛擬裝配 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 第 3 頁(yè) 共 41 頁(yè) ABSTRACT Along with the development of the manufacturing industry, high speed,high efficiency, high precision and high rigidity have been the main developing trend of numericcontrol machine tools. To meet the need of numericcontrol machine tools’ development, fiveaxis head have bee an important development trend now. The main task of the design is the design of 5axis head is a kind of equipment in 5axis With strong numerical function, the machine tool is the key equipment in the efficient and highaccurate machining of curlyfaced . workpiece, namely. Variation molds, vane of water turbine and steam turbine, shipused propeller, promoter and gears. It can clip a workpiece going through milling, boring and drilling, it can also process. A variety of workpieces with plex outlook and cavities. It is capable of drilling and milling. It can be applied to all kinds of mechanic manufactures。 especially molds manufacture. It can control five axis, simultaneous operate five axis. At a high speed the spindle electrical machinery uses driving system, which enables the spindle to vary speeds infinitely. With a mand of the baric functions of the Pro/E software, different parts of the machine tool are designed, assembled ， thus achieving the desired requirement. 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 第 4 頁(yè) 共 41 頁(yè) Keywords control five axis simultaneous operate five axis virtual－ made virtual－ assembly 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 第 5 頁(yè) 共 41 頁(yè) 目 錄 第一章 概述 6 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀 6 課題研究涉及內(nèi)容 9 第二章 五軸銑頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 整體方案設(shè)計(jì)研究 11 銑頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)化設(shè)計(jì)及計(jì)算 13 A 軸傳動(dòng) 的 設(shè)計(jì)及計(jì)算 13 C 軸傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 21 第三章 PRO/E 虛擬建模 造型及 裝配 27 虛擬制造技術(shù)及其軟件介紹 27 五 軸銑頭中零件的造型及裝配 30 第四章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 36 設(shè)計(jì)結(jié)論及致謝 參考文獻(xiàn) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 第 6 頁(yè) 共 41 頁(yè) 第一 章 概述 第一節(jié) 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀 五軸數(shù)控技術(shù)在數(shù)控加工領(lǐng)域里一枝獨(dú)秀，它是連續(xù)平滑、復(fù)雜曲面加工的代名詞，但該技術(shù)在全球范圍內(nèi)一直沒(méi)有得到普及 .五軸數(shù)控加工技術(shù)是加工連續(xù)、平滑、復(fù)雜曲面的主要手段 .早在20 世紀(jì) 60 年代，國(guó)外航空工業(yè)生產(chǎn)中就開(kāi)始采用五軸數(shù)控銑床。目前五軸數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用仍然局限于 航空、航天及其相關(guān)工業(yè)。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控是數(shù)控技術(shù)中難度最大、應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)，它集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)和精密加工技術(shù)于一體，應(yīng)用于復(fù)雜曲面的高效、精密、自動(dòng)化加工。國(guó)際上把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)作為一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)水平的標(biāo)志。由于其特殊的地位，特別是對(duì)于航空、航天、軍事工業(yè)的重要影響，以及技術(shù)上的復(fù)雜性，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家一直把五軸數(shù)控系統(tǒng)作為戰(zhàn)略物資實(shí)行出口許可證制度，對(duì)我國(guó)實(shí)行禁運(yùn)，限制我國(guó)國(guó)防、軍事工業(yè)發(fā)展。因而，研究五軸數(shù)控加工技術(shù)對(duì)國(guó)家科技力量和綜合國(guó)力的提高有重要意義。 與三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控 加工相比，從工藝和編程的角度來(lái)看，對(duì)復(fù)雜曲面采用五軸數(shù)控加工有以下優(yōu)點(diǎn)： 1. 提高加工質(zhì)量和效率 五軸數(shù)控加工中刀具有更靈活的位姿，可采用平頭刀。平頭刀加工是以面帶成形，可以保證高速切削，因而加工后的表面更連續(xù)光滑。五軸加工可以采用更大的行距和步距，因而效率更高。 2. 擴(kuò)大工藝范圍 有些形狀復(fù)雜的零部件，如導(dǎo)風(fēng)輪、發(fā)動(dòng)機(jī)上的整體葉輪，由于葉片本身扭曲和各曲面間相互位置限制，加工時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)刀具畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 第 7 頁(yè) 共 41 頁(yè) 軸線，否則很難甚至無(wú)法加工。在模具加工中的某些場(chǎng)合，只有采用五軸數(shù)控才能避免刀具與工件的干涉。 床發(fā)展的新方向 —— 復(fù)合化 近幾年國(guó)際、國(guó)內(nèi)機(jī)床展表明，數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、高精度、復(fù)合化的方向發(fā)展。復(fù)合化的目標(biāo)是在一臺(tái)機(jī)床上利用一次裝夾完成大部分或全部切削加工，以保證工件的位置精度，提高加工效率。國(guó)外數(shù)控鏜銑床、加工中心為適應(yīng)多面體和曲面零件加工，均采 用多軸加工技術(shù)，包括五軸聯(lián)動(dòng)功能。在加工中心上擴(kuò)展五軸聯(lián)動(dòng)功能，可大大提高加工中心的加工能力，便于系統(tǒng)的進(jìn)一步集成化。 五軸數(shù)控技術(shù)具有許多優(yōu)越性，但到目前為止，五軸數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用仍然局限于少數(shù)資金雄厚的部門(mén)，并且仍然存在尚未解決的難題。五軸數(shù)控技術(shù)久 久未能得以廣泛普及主要因?yàn)槲遢S數(shù)控加工由于干涉和刀具在加工空間的位姿控制、數(shù)控編程、數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比三軸機(jī)床復(fù)雜得多。目前，五軸數(shù)控技術(shù)在全球范內(nèi)普遍存在以下問(wèn)題。 1. 五軸數(shù)控編程抽象、操作困難 五軸機(jī)床的數(shù)控編程除了直線運(yùn)動(dòng)之外，還要協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的相關(guān)計(jì)算，如旋轉(zhuǎn)角度行程檢驗(yàn)、非線性誤差校核、刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算等，處理的信息量很大，數(shù)控編程極其抽象。 五軸數(shù)控加工的操作和編程技能密切相關(guān)，經(jīng)驗(yàn)豐富的編程、操作人員的缺乏，是五軸數(shù)控技術(shù)普及的一大阻力。 2. 對(duì) NC插補(bǔ)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求十分嚴(yán) 格 五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)是五個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的合成。因此要求控制器有更高的運(yùn)算精度。五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性要求伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有很好的動(dòng)態(tài)特性和較大的調(diào)速范圍。 3. 刀具半徑補(bǔ)償 在五軸聯(lián)動(dòng) NC 程序中，刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能仍然有效，而刀具半徑補(bǔ)償卻失效了。以圓柱銑刀進(jìn)行接觸成形銑削時(shí)，需要對(duì)不同直徑的刀具編制不同的程序。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 第 8 頁(yè) 共 41 頁(yè) 4. 后置處理器 五軸機(jī)床和三軸機(jī)床不同之處在于它還有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)五軸數(shù)控機(jī)床的后置處理器還有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā) 。 從 1999 年開(kāi)始，在 CIMT、 CCMT 等國(guó)際、國(guó)內(nèi)機(jī)床展覽會(huì)上，首先是國(guó)內(nèi)的五軸數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品紛紛亮 相，國(guó)內(nèi)五軸數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)逐漸打開(kāi)，隨后國(guó)際機(jī)床巨頭紛至沓來(lái)，五軸數(shù)控機(jī)床的品種和數(shù)量逐年上升：