臥式加工中心x向進(jìn)給機(jī)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(已修改)
2025-07-02 05:05 本頁面
【正文】 1 前言 課題研究的背景與意義 隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，客戶需求日益多樣化，對(duì)制造企業(yè)的生產(chǎn)模式提出了更高的要求，大批量的生產(chǎn)方式將逐漸被模塊化、柔性化的生產(chǎn)方式所取代。因此，企業(yè)對(duì)制造裝備提出了更高的要求，柔性化的數(shù)控加工設(shè)備將成為裝備制造業(yè)發(fā)展的主流。因此，將臥式數(shù)控加工中心的設(shè)計(jì)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，迎合了裝備制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。 研究和開發(fā)高性能的伺服進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵之一。臥式加工中心伺服進(jìn)給系統(tǒng)是以加工中心移動(dòng)部件位置為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它根據(jù)數(shù)控裝置輸出的指令電脈沖信號(hào)，使機(jī)床工作臺(tái)、主軸等移動(dòng)部件按照規(guī)定的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向和位子要求做相應(yīng)的移動(dòng)，并對(duì)其定位的精度加以控制。臥式加工中心性能在很大程度上取決于進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能。臥式加工中心的X向進(jìn)給機(jī)構(gòu)是臥式加工中心伺服進(jìn)給系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)實(shí)現(xiàn)臥式加工中心高精度、高可靠性和高穩(wěn)定性的要求具有重要意義。 X向進(jìn)給機(jī)構(gòu)是加工中心的進(jìn)給系統(tǒng)之一，有高定位精度及重復(fù)定位精度要求；工作臺(tái)是裝夾工件的基礎(chǔ)件也是重要的移動(dòng)部件，具有高精度、高剛度、高穩(wěn)定性等要求。 臥式加工中心在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀加工中心最初是從數(shù)控銑床發(fā)展而來的。第一臺(tái)加工中心是1958年由美國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。二十世紀(jì)70年代以來，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?，F(xiàn)在加工中心逐漸成為機(jī)械加工業(yè)中最主要的設(shè)備，它加工范圍廣，使用量大。近年來在品種、性能、功能方面有很大的發(fā)展。品種：有新型的立、臥五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，可用于航空、航天零件加工；有專門用于模具加工的高性能加工中心，集成三維CAD/CAM對(duì)模具復(fù)雜的曲面超精加工；有適用于汽車、摩托車大批量零件加工的高速加工中心，生產(chǎn)效率高且具備柔性化。性能：普遍采用了萬轉(zhuǎn)以上的電主軸，最高可達(dá)6～10萬轉(zhuǎn)；直線電機(jī)的應(yīng)用使機(jī)床加速度達(dá)到了35g；執(zhí)行ISO/VDI檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，促使制造商提高加工中心的雙向定位精度。功能：糅合了激光加工的復(fù)合功能，結(jié)構(gòu)上適合于組成模塊式制造單元(FMC)和柔性生產(chǎn)線(FMS)，并具有機(jī)電、通訊一體化功能?！∥覈呐P式加工中心正向著自動(dòng)化程度更好、機(jī)床精度更高、功能更全、切削效率更高、結(jié)構(gòu)更合理的方向發(fā)展。 臥式加工中心的發(fā)展趨勢(shì)從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。進(jìn)入21世紀(jì)，我國經(jīng)濟(jì)與國際全面接軌，進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。目前，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)和方向。根據(jù)對(duì)美國機(jī)床購買商的最新一項(xiàng)調(diào)查表明，托盤直徑400 mm以上的大型臥式加工中心消費(fèi)量將比小型臥式加工中心以更快的速度增長(zhǎng)。而且也出現(xiàn)了由立式加工中心向臥式加工中心發(fā)展的趨勢(shì)。 臥式加工中心因其加工面是垂直的，切屑易脫落，比較適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間無人操作。又因是模塊結(jié)構(gòu)，可以短時(shí)間內(nèi)倒入最適當(dāng)規(guī)模的系統(tǒng)。因其無人操作時(shí)間較長(zhǎng)，在成本費(fèi)用方面與單機(jī)相比效果更好。從用戶需求來看，對(duì)臥式加工中心的要求更加趨向于適應(yīng)多品種小批量的生產(chǎn)，要求加工設(shè)備能夠靈活地適應(yīng)工序集中導(dǎo)致的生產(chǎn)型加工件的變化?，F(xiàn)在由于汽車廠家的設(shè)備投資呈上升趨勢(shì)，需求可望進(jìn)一步擴(kuò)大。此外，因?qū)τ诋a(chǎn)品制造的認(rèn)識(shí)和對(duì)生產(chǎn)體系的看法正在發(fā)生根本的轉(zhuǎn)變，由此而派生的新的生產(chǎn)體系可能對(duì)能形成柔性線的小型機(jī)種產(chǎn)生需求。著手生產(chǎn)以上機(jī)型的廠家在追求高速、高精度的同時(shí)，還在如何使機(jī)型小型化及成本控制方面下功夫。也就是說此類產(chǎn)品的開發(fā)重點(diǎn)在于機(jī)體的小型化、適應(yīng)形成柔性線體系方面。從技術(shù)開發(fā)動(dòng)向來看，是謀求提高主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、提高精密度，并將對(duì)應(yīng)熱變位、模塊化等集中體現(xiàn)出來。其中，作為機(jī)床基礎(chǔ)課題的高速化研究也不斷取得新的成果。由于提高進(jìn)給速度直接關(guān)系到產(chǎn)品的加工時(shí)間，以利于提高生產(chǎn)效率，因此在高速進(jìn)給技術(shù)方面，驅(qū)動(dòng)裝置采用直線電機(jī)的機(jī)型正在增多。同時(shí)，也有廠家在開發(fā)不適用直線電機(jī)，采用進(jìn)給軸以大導(dǎo)程滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，、快速進(jìn)給速度120mm/min的高速臥式加工中心。并在主軸上采用雙面約束刀具、主軸轉(zhuǎn)速為2萬r/min、快速進(jìn)給速度為60m/min、以盡量縮短重復(fù)定位、刀至刀等的非切削時(shí)間。為解決速度提高帶來的熱變形影響，防止精度下降，一般都采用獨(dú)自的補(bǔ)正裝置或主軸冷卻結(jié)構(gòu)、冷卻裝置等。 本文研究的主要內(nèi)容及要解決的問題 X向進(jìn)給機(jī)構(gòu)是加工中心的進(jìn)給系統(tǒng)之一，有高定位精度及重復(fù)定位精度要求；工作臺(tái)是裝夾工件的基礎(chǔ)件也是重要的移動(dòng)部件，具有高精度、高剛度、高穩(wěn)定性等要求。設(shè)計(jì)要求要綜合考慮三向進(jìn)給傳動(dòng)、主軸傳動(dòng)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)間的相關(guān)聯(lián)系，類比國內(nèi)外臥式加工中心機(jī)床布局、參數(shù)，綜合分析技術(shù)先進(jìn)性、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)施可行性等因素，確定切合實(shí)際的最優(yōu)開發(fā)方案。 本文主要研究的是臥式加工中心X向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，根據(jù)臥式加工中心的加工范圍要求，進(jìn)行滾珠絲杠副的選取與設(shè)計(jì)，導(dǎo)軌的選擇計(jì)算，伺服電機(jī)的選擇和各性能指標(biāo)的驗(yàn)算。2 臥式加工中心總體設(shè)計(jì)方案的擬定 臥式加工中心的類型臥式加工中心按立柱是否運(yùn)動(dòng)分為固定立柱型和移動(dòng)立柱型。(1)固定立柱型 1)工作臺(tái)十字運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)作X、Z向運(yùn)動(dòng)，主軸箱作Y向運(yùn)動(dòng)，主軸箱在立柱上有正掛、側(cè)掛兩
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