【正文】 目錄 第一章 前言 …………………………………………………………………………… 1 第二章 文獻綜述 ……………………………………………………………………… 1 第三章 兩坐標回轉(zhuǎn)工作臺的用途及其功能設計 …………………………………… 3 第四章 兩坐標回轉(zhuǎn)工作臺的總體結(jié)構(gòu)設計 ………………………………………… 4 第五章 兩坐標回轉(zhuǎn)工作臺的主要傳動部件及電機的選擇 ………………………… 5 主要傳動部件的選擇 ……… ………………………………………………… 5 電機的選擇 …………………………………………………………………… 5 聯(lián)軸器的選擇 ………………………………………………………………… 5 主傳動件間聯(lián)接的選擇 ……………………………………………………… 6 與上工作臺中心軸聯(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算 ………………………………… 7 上回轉(zhuǎn)臺中蝸桿傳動的參數(shù)確定及幾何尺寸計算 ………………………… 7 上回轉(zhuǎn)臺蝸桿傳動的初步效率計算 ………………………………………… 7 選擇蝸桿傳動類型 …………………………………………………………… 8 材料選擇 ……………………………………………………………………… 8 按齒面接觸疲勞強度進行尺寸設計 ………………………………………… 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度 ……………………………………………………… 9 上回轉(zhuǎn)臺中主軸與軸承的參數(shù)確定及幾何尺寸計算 ……………………… 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)確定和幾何尺寸計算 …………………………… 12 聯(lián)接上主軸與工作臺面的脹緊套的尺寸選擇 ………………………… …… 12 下回轉(zhuǎn)臺中蝸桿傳動的參數(shù)確定及幾何尺寸計算 ………………………… 13 下回轉(zhuǎn)臺蝸桿傳動的初步效率計算 ………………………………………… 13 選擇蝸桿傳動類型 …………………………………………………………… 13 材料選擇 ……………………………………………………………………… 13 按齒面接觸疲勞強度進行尺寸設計 ………………………………………… 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度 ……………………………………………………… 15 下回轉(zhuǎn)臺中主軸與軸承的參數(shù)確定及幾何尺寸計算 ……………………… 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)確定和幾何尺寸計算 …………………………… 17 聯(lián)接下主軸與工作臺面的脹緊套的尺寸選擇 …………… ………………… 18 第六章 技術(shù)經(jīng)濟分析 ………………………………………………………………… 19 第七章 結(jié)束語 ………………………………………………………………………… 20 參考文獻 ………………………………………………………………………………… 22 1 第一章 前言 在機械加工行業(yè)有許多種加工方法，其中，機床加工可以算是占到主要部分。目前我國機床有多種類型，其功能各異，對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，就需要設計出能夠完成多軸移動可回轉(zhuǎn)式的加工設備。對于經(jīng)濟性及空間性的考慮，如若設計出較大型的加工設備，雖然在功能上可以滿足需求，但對其可行性方面就會較差，由此，可以說要設計出一種即能盡可能有較完善的功能，又能讓設計者和使用者都對其接受，這就是五坐標機床用兩坐標回轉(zhuǎn)聯(lián)動工作臺的設計任務要求。由于其只作為機床的附件而被設計使用，這既可使之實現(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。 五坐標機床兩坐標回轉(zhuǎn) 聯(lián)動工作臺的設計，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。因為其可與其它機床配合使用，所以要有較好的精度要求和較合適的結(jié)構(gòu)設計尺寸。在了解其它一些機床的工作原理后，需要對兩坐標回轉(zhuǎn)聯(lián)動工作臺的設計結(jié)構(gòu)加以整體性考慮，從而能較好地實現(xiàn)其主要功能，并能夠與其它機床配合使用。 綜上所述，要完成其設計功能需要有較好的傳動件緊密聯(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)簡捷，具有良好的經(jīng)濟性。 從整體性考慮，其實現(xiàn)的主要功能是兩坐標回轉(zhuǎn)運動，因此需要在水平方向和豎直方向上分別有主軸傳動。考 慮到傳動件間需要緊密性聯(lián)接，以提高精度，在傳動件與電機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 兩坐標回動工作臺能夠滿足承載能力要求。在傳動方式上選用蝸桿傳動，這樣可以降低工作轉(zhuǎn)速并可承受一定載荷，同時所選蝸桿傳動還有自鎖功能，這樣可以減少一些其它零部件的使用，從而達到優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸的目的。再有，因其實用性較強，結(jié)構(gòu)尺寸不大，成本又不是太高，從而有較好的經(jīng)濟性。 在本設 計論文中，第一章主要介紹論文選題及主要設計工作任務。第二章是闡述五坐標機床兩坐標回轉(zhuǎn)聯(lián)動工作臺的發(fā)展狀況及其發(fā)展趨勢。第三章則說明了兩坐標回轉(zhuǎn)工作臺的用途及技術(shù)性能特點。第四章從總體結(jié)構(gòu)上確定了布局方案及設計比較。第五章是對上轉(zhuǎn)臺的具體參數(shù)確定及結(jié)構(gòu)設計。第六章是對下轉(zhuǎn)臺的參數(shù)確定及結(jié)構(gòu)設計，并且通過分析確定上轉(zhuǎn)臺與下轉(zhuǎn)臺的聯(lián)接方式和支撐結(jié)構(gòu)。第七章是對五坐標機床兩坐標回轉(zhuǎn)聯(lián)動工作臺的技術(shù)經(jīng)濟性分析。第八章為本論文的結(jié)束語。 第二章 文獻綜述 兩坐標回轉(zhuǎn)聯(lián)動工作臺作為五面體或五坐標加工中心的主要組成 部分，其性能和可靠性的高低對加工中心的加工效率有決定性的影響，作為高效機床的典型代表，各國機床設計者和使用者都已對此給與了高度重視。由此，在對兩坐標回轉(zhuǎn)聯(lián)動工作臺的開始發(fā)展之時，我對相關(guān)資料做了了解和整理，通過所學專業(yè)知識，試行來對五坐標機床兩坐標回轉(zhuǎn)聯(lián)動工作臺進行設計。 兩坐標回轉(zhuǎn)聯(lián)動工作臺，能作為一個功能部件，安裝在現(xiàn)有的立式或臥式加工中心上的工作臺上，使其成為五面體或五坐標加工中心。 數(shù)控轉(zhuǎn)臺為加工中心和數(shù)控銑床提供了回轉(zhuǎn)坐標，通過第四軸、第五軸驅(qū)動轉(zhuǎn)臺或分度頭完成等分、不等分或連續(xù)的回轉(zhuǎn)加工，完 成復雜曲面加工，使機床原有的加工范圍得以擴大。 對于五坐標機床，不管是哪種類型，它們具有兩個回轉(zhuǎn)坐標。相對于靜止的工件來說， 2 其運動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，五坐標加工又可以獲得比四坐標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)量加工以及異型復雜零件的加工。采用五軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，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，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)動加工中心有高效率、高精度的特點，工件一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸聯(lián)動的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對復雜的空間曲面進行高精度加工，更能夠適宜像汽車零部件、飛機結(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，其一就是工作臺回轉(zhuǎn)軸。設置在床身上的工作臺可以環(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。工作臺的中 間還設有一個回轉(zhuǎn)臺 ,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，固定在工作臺上的工件除了底面之外，其余的五個面都可以由立式主軸進行加工。 A 軸和 C 軸最小分度值一般為 度，這樣又可以把工件細分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。 A 軸和 C 軸與 XYZ 三直線軸實現(xiàn)聯(lián)動，就可加工出復雜的空間曲面，當然這需要高檔的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持。這種設置方式的優(yōu)點是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺不能設計太大，承重也較小，特別是當 A 軸回轉(zhuǎn)大于等于90 度時，工件切削時會對工作臺帶來很大的承載力矩。為了達到回轉(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)，當然這類主軸的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)比較復雜，制造成本也較高。 近年來， 用戶對金屬加工機床的技術(shù)要求越來越高，市場對機床生產(chǎn)廠家的壓力也越來越大。機床生產(chǎn)企業(yè)必須在盡可能短的時間內(nèi)為用戶提供高質(zhì)量的機床，以經(jīng)濟性的價格占領市場。為機床用戶提供高質(zhì)量、經(jīng)濟性的加工設備是機床生產(chǎn)企業(yè)在當前和未來的發(fā)展目標，只有通過增加生產(chǎn)能力和提高產(chǎn)品質(zhì)量才能達到這一目的。因此，要求數(shù)控鉆 銑機床和數(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)，減少了加工時間和生產(chǎn)費用，提高了數(shù)控設備的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟性。 國外五軸聯(lián)動數(shù)控機床是為適應多面體和曲零件加工而出現(xiàn)的。隨著機床復合化技術(shù)的新發(fā)展，在數(shù)控車床的基礎上，又很快生產(chǎn)出了能進行銑削加工的車銑中心。五軸聯(lián)動數(shù)控機床的應用，其加工效率相當于兩臺三軸機床，甚至可以完全省去某些大型自動化生產(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)運輸時間及費用。市場的需求推動了我國五軸聯(lián)動數(shù)控機床的發(fā)展， CIMT99 展會上，國產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控機床登上機床市場的舞臺。自江蘇多棱數(shù)控機床股份有限公司展出第一臺五軸聯(lián)動龍門加工中心以后，北京機電研究院、北京第一機床廠、桂林機床股份有限公司、濟南二機床集團有限公司等企業(yè)，相繼開發(fā)了五軸聯(lián)動數(shù)控機床 。目前我國 數(shù)控轉(zhuǎn)臺市場主要被大陸和臺灣地區(qū)的生產(chǎn)廠家所占領，少量高端產(chǎn)品由日本公司占領，國內(nèi)產(chǎn)品主要以中檔產(chǎn)品為主。 煙臺環(huán)球機床附件集團有限公司有豐富的設計制造經(jīng)驗，是 中國生產(chǎn)機床附件產(chǎn)品的骨干企業(yè)。主要生產(chǎn)各種型號的數(shù)控刀架、數(shù)控分度頭、數(shù)控轉(zhuǎn)臺、數(shù)控自定心中心架、機械分度頭、機械轉(zhuǎn)臺等機床附件及多種數(shù)控專用機床。 其產(chǎn)品 TK13 系列數(shù)控立臥回轉(zhuǎn)工作臺 ， 填補 了 國內(nèi) 此領域先進產(chǎn)品的 空白 。還有， 武漢重型機床廠為發(fā)電設備制造業(yè)提供了一大批重型關(guān)鍵加工設備，為上海電機廠的主機配備了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，面積為 4 8m，承重 140t，這是國內(nèi)目前承重最大的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。 3 隨著人們使用的需要，對機械加工的精度要求會越來越高，在使用上也要求越來越智能化，這就好比原先用尺丈來衡量的，今 天已小到納米級了。通過計算機設備的精確計算功能，可以使人們免去繁瑣的數(shù)據(jù)計算過程，并且能使加工結(jié)果更加可靠。對于回轉(zhuǎn)工作臺的操作就是要通過計算機數(shù)控技術(shù)使精確加