【正文】 目錄第一章 前言 …………………………………………………………………………… 1第二章 文獻(xiàn)綜述 ……………………………………………………………………… 1第三章 兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的用途及其功能設(shè)計(jì) …………………………………… 3第四章 兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………… 4第五章 兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主要傳動(dòng)部件及電機(jī)的選擇 ………………………… 5 主要傳動(dòng)部件的選擇 ………………………………………………………… 5 電機(jī)的選擇 …………………………………………………………………… 5 聯(lián)軸器的選擇 ………………………………………………………………… 5 主傳動(dòng)件間聯(lián)接的選擇 ……………………………………………………… 6 與上工作臺(tái)中心軸聯(lián)接的軸承的選擇 ……………………………………… 7第六章 主要零件的材料選用及其幾何尺寸的計(jì)算 ………………………………… 7 上回轉(zhuǎn)臺(tái)中蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)確定及幾何尺寸計(jì)算 ………………………… 7 上回轉(zhuǎn)臺(tái)蝸桿傳動(dòng)的初步效率計(jì)算 ………………………………………… 7 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 …………………………………………………………… 8 材料選擇 ……………………………………………………………………… 8 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì) ………………………………………… 8 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 ………………………………………… 9 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 ……………………………………………………… 9 上回轉(zhuǎn)臺(tái)中主軸與軸承的參數(shù)確定及幾何尺寸計(jì)算 ……………………… 11 初步確定軸的最小直徑 ……………………………………………………… 11 與上主軸聯(lián)接軸承的參數(shù)確定和幾何尺寸計(jì)算 …………………………… 12 聯(lián)接上主軸與工作臺(tái)面的脹緊套的尺寸選擇 ……………………………… 12 下回轉(zhuǎn)臺(tái)中蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)確定及幾何尺寸計(jì)算 ………………………… 13 下回轉(zhuǎn)臺(tái)蝸桿傳動(dòng)的初步效率計(jì)算 ………………………………………… 13 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 …………………………………………………………… 13 材料選擇 ……………………………………………………………………… 13 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì) ………………………………………… 13 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 ………………………………………… 15 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 ……………………………………………………… 15 下回轉(zhuǎn)臺(tái)中主軸與軸承的參數(shù)確定及幾何尺寸計(jì)算 ……………………… 17 初步確定軸的最小直徑 ……………………………………………………… 17 與下主軸聯(lián)接軸承的參數(shù)確定和幾何尺寸計(jì)算 …………………………… 17 聯(lián)接下主軸與工作臺(tái)面的脹緊套的尺寸選擇 ……………………………… 18第六章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 ………………………………………………………………… 19第七章 結(jié)束語 ………………………………………………………………………… 20參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………… 22第一章 前言 在機(jī)械加工行業(yè)有許多種加工方法，其中，機(jī)床加工可以算是占到主要部分。目前我國(guó)機(jī)床有多種類型，其功能各異，對(duì)于工件的加工起到了便捷的作用。但能夠?qū)崿F(xiàn)多方位可旋轉(zhuǎn)式加工并不多見，這樣就不易實(shí)現(xiàn)一次性成形加工的操作。因此，要使加工成形效率更高，就需要設(shè)計(jì)出能夠完成多軸移動(dòng)可回轉(zhuǎn)式的加工設(shè)備。對(duì)于經(jīng)濟(jì)性及空間性的考慮，如若設(shè)計(jì)出較大型的加工設(shè)備，雖然在功能上可以滿足需求，但對(duì)其可行性方面就會(huì)較差，由此，可以說要設(shè)計(jì)出一種即能盡可能有較完善的功能，又能讓設(shè)計(jì)者和使用者都對(duì)其接受，這就是五坐標(biāo)機(jī)床用兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求。由于其只作為機(jī)床的附件而被設(shè)計(jì)使用，這既可使之實(shí)現(xiàn)可回轉(zhuǎn)性功能，又不至使結(jié)構(gòu)尺寸過于龐大，因而能很好的滿足人們的需要，并具有較好的可操作性。 五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，其主要功能是能夠?qū)崿F(xiàn)沿水平軸和豎直軸的回轉(zhuǎn)操作。因?yàn)槠淇膳c其它機(jī)床配合使用，所以要有較好的精度要求和較合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸。在了解其它一些機(jī)床的工作原理后，需要對(duì)兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)加以整體性考慮，從而能較好地實(shí)現(xiàn)其主要功能，并能夠與其它機(jī)床配合使用。 綜上所述，要完成其設(shè)計(jì)功能需要有較好的傳動(dòng)件緊密聯(lián)接性，還要能夠承受一定的工作載荷，并盡量使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。 從整體性考慮，其實(shí)現(xiàn)的主要功能是兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此需要在水平方向和豎直方向上分別有主軸傳動(dòng)。考慮到傳動(dòng)件間需要緊密性聯(lián)接，以提高精度，在傳動(dòng)件與電機(jī)相連處選用膜片式聯(lián)軸器聯(lián)接可以有效提高緊密性。另外，各傳動(dòng)件間通過用脹緊套來聯(lián)接以減小間隙的產(chǎn)生。由于在操作過程中，其轉(zhuǎn)速較低，因此可以在不高的功率下即可承受較大載荷，這樣可使兩坐標(biāo)回動(dòng)工作臺(tái)能夠滿足承載能力要求。在傳動(dòng)方式上選用蝸桿傳動(dòng)，這樣可以降低工作轉(zhuǎn)速并可承受一定載荷，同時(shí)所選蝸桿傳動(dòng)還有自鎖功能，這樣可以減少一些其它零部件的使用，從而達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸的目的。再有，因其實(shí)用性較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)尺寸不大，成本又不是太高，從而有較好的經(jīng)濟(jì)性。 在本設(shè)計(jì)論文中，第一章主要介紹論文選題及主要設(shè)計(jì)工作任務(wù)。第二章是闡述五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的發(fā)展?fàn)顩r及其發(fā)展趨勢(shì)。第三章則說明了兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的用途及技術(shù)性能特點(diǎn)。第四章從總體結(jié)構(gòu)上確定了布局方案及設(shè)計(jì)比較。第五章是對(duì)上轉(zhuǎn)臺(tái)的具體參數(shù)確定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第六章是對(duì)下轉(zhuǎn)臺(tái)的參數(shù)確定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且通過分析確定上轉(zhuǎn)臺(tái)與下轉(zhuǎn)臺(tái)的聯(lián)接方式和支撐結(jié)構(gòu)。第七章是對(duì)五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。第八章為本論文的結(jié)束語。第二章 文獻(xiàn)綜述 兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)作為五面體或五坐標(biāo)加工中心的主要組成部分，其性能和可靠性的高低對(duì)加工中心的加工效率有決定性的影響，作為高效機(jī)床的典型代表，各國(guó)機(jī)床設(shè)計(jì)者和使用者都已對(duì)此給與了高度重視。由此，在對(duì)兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的開始發(fā)展之時(shí)，我對(duì)相關(guān)資料做了了解和整理，通過所學(xué)專業(yè)知識(shí)，試行來對(duì)五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)，能作為一個(gè)功能部件，安裝在現(xiàn)有的立式或臥式加工中心上的工作臺(tái)上，使其成為五面體或五坐標(biāo)加工中心。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)為加工中心和數(shù)控銑床提供了回轉(zhuǎn)坐標(biāo)，通過第四軸、第五軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)或分度頭完成等分、不等分或連續(xù)的回轉(zhuǎn)加工，完成復(fù)雜曲面加工，使機(jī)床原有的加工范圍得以擴(kuò)大。 對(duì)于五坐標(biāo)機(jī)床，不管是哪種類型，它們具有兩個(gè)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)。相對(duì)于靜止的工件來說，其運(yùn)動(dòng)合成可使刀具軸線的方向在一定的空間內(nèi)任意控制，從而具有保持最佳切削狀態(tài)及有效避免刀具干涉的能力。因此，五坐標(biāo)加工又可以獲得比四坐標(biāo)加工更廣的工藝范圍和更好的加工效果，特別適宜于三維曲面零件的高效高質(zhì)量加工以及異型復(fù)雜零件的加工。采用五軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅加工表面粗糙度低，而且效率也大幅度提高。 加工中心一般分為立式加工中心和臥式加工中心，立式加工中心（三軸）最有效的加工面僅為工件的頂面，臥式加工中心借助回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，也只能完成工件的四面加工。目前高檔的加工中心正朝著五軸控制的方向發(fā)展，五軸聯(lián)動(dòng)加工中心有高效率、高精度的特點(diǎn)，工件一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸聯(lián)動(dòng)的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工，更能夠適宜像汽車零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代模具的加工。立式五軸加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式，其一就是工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸。設(shè)置在床身上的工作臺(tái)可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30度至120度。工作臺(tái)的中間還設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái),環(huán)繞Z軸回轉(zhuǎn)，定義為C軸，C軸都是360度回轉(zhuǎn)。這樣通過A軸與C軸的組合，固定在工作臺(tái)上的工件除了底面之外，其余的五個(gè)面都可以由立式主軸進(jìn)行加工。，這樣又可以把工件細(xì)分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。A軸和C軸與XYZ三直線軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，就可加工出復(fù)雜的空間曲面，當(dāng)然這需要高檔的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺(tái)不能設(shè)計(jì)太大，承重也較小，特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)大于等于90度時(shí)，工件切削時(shí)會(huì)對(duì)工作臺(tái)帶來很大的承載力矩。為了達(dá)到回轉(zhuǎn)的高精度，高檔的回轉(zhuǎn)軸還配置了圓光柵尺反饋，分度精度都在幾秒以內(nèi)，當(dāng)然這類主軸的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本也較高。 近年來，用戶對(duì)金屬加工機(jī)床的技術(shù)要求越來越高，市場(chǎng)對(duì)機(jī)床生產(chǎn)廠家的壓力也越來越大。機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)必須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)為用戶提供高質(zhì)量的機(jī)床，以經(jīng)濟(jì)性的價(jià)格占領(lǐng)市場(chǎng)。為機(jī)床用戶提供高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性的加工設(shè)備是機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)在當(dāng)前和未來的發(fā)展目標(biāo)，只有通過增加生產(chǎn)能力和提高產(chǎn)品質(zhì)量才能達(dá)到這一目的。因此，要求數(shù)控鉆銑機(jī)床和數(shù)控加工中心必須能在一次裝夾中完成從粗加工到精加工直到拋光加工的全部加工工序。五軸數(shù)控加工中心可以在一次裝夾中完成工件的全部機(jī)械加工工序，滿足從粗加工到精加工的全部加工要求，即適用于單件小批量生產(chǎn)也適用于大批量生產(chǎn)，減少了加工時(shí)間和生產(chǎn)費(fèi)用，提高了數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)性。 國(guó)外五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是為適應(yīng)多面體和曲零件加工而出現(xiàn)的。隨著機(jī)床復(fù)合化技術(shù)的新發(fā)展，在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，又很快生產(chǎn)出了能進(jìn)行銑削加工的車銑中心。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，其加工效率相當(dāng)于兩臺(tái)三軸機(jī)床，甚至可以完全省去某些大型自動(dòng)化生產(chǎn)線的投資，大大節(jié)約了占地空間和工作在不同制造單元之間的周轉(zhuǎn)運(yùn)輸時(shí)間及費(fèi)用。市場(chǎng)的需求推動(dòng)了我國(guó)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，CIMT99展會(huì)上，國(guó)產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床登上機(jī)床市場(chǎng)的舞臺(tái)。自江蘇多棱數(shù)控機(jī)床股份有限公司展出第一臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)龍門加工中心以后，北京機(jī)電研究院、北京第一機(jī)床廠、桂林機(jī)床股份有限公司、濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司等企業(yè)，相繼開發(fā)了五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。目前我國(guó)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)市場(chǎng)主要被大陸和臺(tái)灣地區(qū)的生產(chǎn)廠家所占