【正文】 畢 業(yè) 設 計 論 文 第 1 頁 共 41 頁 五軸高速數控雕銑機 銑頭設計 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成為當今數控機床發(fā)展的主要方向。為了滿足當前數控機床市場的需要，五軸聯(lián)動銑頭已經成為了當今一個重要的發(fā)展趨勢。 本次畢業(yè)設計的主要任務是五軸高速數控雕銑機的銑頭設計。五軸頭是五軸聯(lián)動加工中心上所聯(lián)接的一種裝置。該機床具有很強的數控功能，可以高效率高精度加工空間曲面類零件，如各類模具、水輪機和汽輪機葉片、三元流離心壓氣機、船用螺旋槳和推進器及螺旋錐齒輪的關鍵設備?？梢淮窝b夾工件在多種空間角度進行銑、鏜 、鉆等工序加工，加工各種具有復雜輪廓表面、型腔的工件，可作銑、鏜、鉆孔等加工。廣泛適用于各種機械制造業(yè)，特別是模具制造業(yè)。它可以實現(xiàn)五軸控制、五軸聯(lián)動，高 速運轉。 在掌握 PRO/E畢 業(yè) 設 計 論 文 第 2 頁 共 41 頁 軟件的基本功能后，對機床的各部件進行結構設計、建模，然后，進行裝配和運動仿真，達到設計的目的。 關鍵詞 五軸控制 五軸聯(lián)動 虛擬制造 技術 虛擬裝配 畢 業(yè) 設 計 論 文 第 3 頁 共 41 頁 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 計 論 文 第 4 頁 共 41 頁 Keywords control five axis simultaneous operate five axis virtual－ made virtual－ assembly 畢 業(yè) 設 計 論 文 第 5 頁 共 41 頁 目 錄 第一章 概述 6 國內外相關技術現(xiàn)狀 6 課題研究涉及內容 9 第二章 五軸銑頭的結構設計 11 整體方案設計研究 11 銑頭內部結構細化設計及計算 13 A 軸傳動 的 設計及計算 13 C 軸傳動的設計及計算 21 第三章 PRO/E 虛擬建模 造型及 裝配 27 虛擬制造技術及其軟件介紹 27 五 軸銑頭中零件的造型及裝配 30 第四章 技術經濟分析 36 設計結論及致謝 參考文獻 畢 業(yè) 設 計 論 文 第 6 頁 共 41 頁 第一 章 概述 第一節(jié) 國內外相關技術現(xiàn)狀 五軸數控技術在數控加工領域里一枝獨秀，它是連續(xù)平滑、復雜曲面加工的代名詞，但該技術在全球范圍內一直沒有得到普及 .五軸數控加工技術是加工連續(xù)、平滑、復雜曲面的主要手段 .早在20 世紀 60 年代，國外航空工業(yè)生產中就開始采用五軸數控銑床。目前五軸數控機床的應用仍然局限于 航空、航天及其相關工業(yè)。五軸聯(lián)動數控是數控技術中難度最大、應用范圍最廣的技術，它集計算機控制、高性能伺服驅動和精密加工技術于一體，應用于復雜曲面的高效、精密、自動化加工。國際上把五軸聯(lián)動數控技術作為一個國家生產設備自動化技術水平的標志。由于其特殊的地位，特別是對于航空、航天、軍事工業(yè)的重要影響，以及技術上的復雜性，西方工業(yè)發(fā)達國家一直把五軸數控系統(tǒng)作為戰(zhàn)略物資實行出口許可證制度，對我國實行禁運，限制我國國防、軍事工業(yè)發(fā)展。因而，研究五軸數控加工技術對國家科技力量和綜合國力的提高有重要意義。 與三軸聯(lián)動的數控 加工相比，從工藝和編程的角度來看，對復雜曲面采用五軸數控加工有以下優(yōu)點： 1. 提高加工質量和效率 五軸數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. 擴大工藝范圍 有些形狀復雜的零部件，如導風輪、發(fā)動機上的整體葉輪，由于葉片本身扭曲和各曲面間相互位置限制，加工時需要轉動刀具畢 業(yè) 設 計 論 文 第 7 頁 共 41 頁 軸線，否則很難甚至無法加工。在模具加工中的某些場合，只有采用五軸數控才能避免刀具與工件的干涉。 床發(fā)展的新方向 —— 復合化 近幾年國際、國內機床展表明，數控機床正朝著高速度、高精度、復合化的方向發(fā)展。復合化的目標是在一臺機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。國外數控鏜銑床、加工中心為適應多面體和曲面零件加工，均采 用多軸加工技術，包括五軸聯(lián)動功能。在加工中心上擴展五軸聯(lián)動功能，可大大提高加工中心的加工能力，便于系統(tǒng)的進一步集成化。 五軸數控技術具有許多優(yōu)越性，但到目前為止，五軸數控技術的應用仍然局限于少數資金雄厚的部門，并且仍然存在尚未解決的難題。五軸數控技術久 久未能得以廣泛普及主要因為五軸數控加工由于干涉和刀具在加工空間的位姿控制、數控編程、數控系統(tǒng)和機床結構遠比三軸機床復雜得多。目前，五軸數控技術在全球范內普遍存在以下問題。 1. 五軸數控編程抽象、操作困難 五軸機床的數控編程除了直線運動之外，還要協(xié)調旋轉運動的相關計算，如旋轉角度行程檢驗、非線性誤差校核、刀具旋轉運動計算等，處理的信息量很大，數控編程極其抽象。 五軸數控加工的操作和編程技能密切相關，經驗豐富的編程、操作人員的缺乏，是五軸數控技術普及的一大阻力。 2. 對 NC插補控制器、伺服驅動系統(tǒng)要求十分嚴 格 五軸機床的運動是五個坐標軸運動的合成。因此要求控制器有更高的運算精度。五軸機床的運動特性要求伺服驅動系統(tǒng)有很好的動態(tài)特性和較大的調速范圍。 3. 刀具半徑補償 在五軸聯(lián)動 NC 程序中，刀具長度補償功能仍然有效，而刀具半徑補償卻失效了。以圓柱銑刀進行接觸成形銑削時，需要對不同直徑的刀具編制不同的程序。 畢 業(yè) 設 計 論 文 第 8 頁 共 41 頁 4. 后置處理器 五軸機床和三軸機床不同之處在于它還有兩個旋轉坐標五軸數控機床的后置處理器還有待進一步開發(fā) 。 從 1999 年開始，在 CIMT、 CCMT 等國際、國內機床展覽會上，首先是國內的五軸數控機床產品紛紛亮 相，國內五軸數控機床的市場逐漸打開，隨后國際機床巨頭紛至沓來，五軸數控機床的品種和數量逐年上升：