【正文】 展，以 CAD 為基礎(chǔ)的以設(shè)計為中心的虛擬制造得到了更快、更廣泛的應(yīng)用，同時，也更容易獲得實際效果。 （ 7）自動托盤更換系統(tǒng) 有的加工中心為進一步縮短非切屑時間，配有兩個自動交換工件托盤，一個安裝在工作臺上進行加工，另一個則位于工作臺外進行裝卸工件。 （ 5）自動換刀裝置 它由刀庫、機械手和驅(qū)動機構(gòu)等部件組成。 （ 3）控制系統(tǒng) 單臺加工中心的數(shù)控部分是由 CNC 裝置、可編程系控制器、伺服驅(qū)動裝置以及電機等部分組成。從總體上看加工中心大體由以下幾部分組成。 進入數(shù)控裝置的信息，經(jīng)過一系列處理和運算能變成脈沖信號，有的信號送到機床的伺服系統(tǒng)，通過伺服機構(gòu)對其進行轉(zhuǎn)換和放大，再經(jīng)過傳動機構(gòu)，驅(qū)動機床有關(guān)部件，使刀具和工件嚴格執(zhí)行零件程序所規(guī)定的相應(yīng)運動，還有的信號，送到可編程控制器中，以順序控制機床的其它輔助動作，實現(xiàn)刀具的自動更換。 1980年該所引進了日本 FANUC 公司的數(shù)控系統(tǒng)制造技術(shù)，并投入批量生產(chǎn)，為我 國數(shù)控機床的進一步發(fā)展準備了先決條件，使我國的加工中心的研制出現(xiàn)了良好的局面，加工中心的產(chǎn)量出現(xiàn)了穩(wěn)定上升的趨勢。T 公司首先把銑鉆鏜等多種工序集中于一臺機床上，通過換刀方式實現(xiàn)連續(xù)加工，成為世界上第一臺加工中心。 1955 年第一次進行數(shù)控機床的批量制造，年產(chǎn)量為 100臺。 一、加工中心的定義 加工中心 (Machining Center 簡稱 MC)是適應(yīng)省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數(shù)控機床，它是綜合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、氣動技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)及通訊診斷、刀具和應(yīng)用編程技術(shù)的高技術(shù)產(chǎn)品，它綜合了數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能并聚集在一臺加工設(shè)備上，且增設(shè)有自動換刀裝置和刀庫，可在一次安裝工件后，數(shù)控系統(tǒng)控制機床按不同工序自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其它 輔助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、內(nèi)外倒角、環(huán)形槽及攻螺紋等加工。在掌握PRO/E 軟件的基本功能后，對機床的各部件進行造型設(shè)計，然后，進行裝配和運動仿真，達到設(shè)計的目的。廣泛適用于各種機械制造業(yè)，特別是模具制造業(yè)。摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是龍門式可換頭五軸聯(lián)動加工中心 3D設(shè)計。 它可以實現(xiàn)五軸控制、五軸聯(lián)動，高速運轉(zhuǎn)。 第一章 概 述 第一節(jié) 加工中心 加工中心是有機械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的適用于復雜零件加工的高效自動化機床。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可以減少工件裝卡、測量和調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間，使機床的切削利用率高于通用機床 3~4 倍，達 80%以上。數(shù)控銑 床是電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、機械技術(shù)的結(jié)合運用，是機械加工領(lǐng)域劃時代重大技術(shù)性突破，數(shù)控機床利用編程軟件，可方便地將簡單工序集中起來，從而大大提高了零件的加工效率和加工質(zhì)量，并具有相當大的柔性。該產(chǎn)品出現(xiàn)后，引起了日、美、德、英、法、意等先進工業(yè)國家高度重視，競相開發(fā)生產(chǎn)，不斷擴大和完善機床的功能，成為數(shù)控機床中發(fā)展最快，需求量最大的商品之一。 在第七屆中國國際機床 展覽會上，展出數(shù)控龍門鏜銑床、龍門加工中心 11 臺，其中龍門加工中心 8 臺數(shù)控龍門鏜銑床 3 臺，除 3 臺是臺灣廠商生產(chǎn)的展品外，其余 8臺是大陸展品。 圖 1— 1 加工中心 的工作原理 四、加工中心的組成 加工中心的組成隨機床的類別、功能、參數(shù)的不同而有所不同。 手工編程 計算機自動編程 零件圖 輸入裝置 機 床 穿孔機 穿孔帶 數(shù)控裝置 伺服系統(tǒng) 自動換刀裝置 （ 1）基礎(chǔ)部件 由床身、立柱和工作臺等大件組成，是加工中心的基礎(chǔ)構(gòu)件，它們可以是鑄鐵件、也可以是焊接鋼結(jié)構(gòu)件，均要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削載荷。們是加工中心執(zhí)行順序控制動作和完成加工過程中的控制中心。刀庫是存放加工過程所使用的全部刀具的裝置。 五、加工中心的特點及應(yīng)用 （ 1） 應(yīng)變能力強 適用于多品種、單件小批量零件的加工。 虛擬制造被譽為 21 世紀的新型生產(chǎn)模式，是制造業(yè)迎接 21 世紀挑戰(zhàn)的有效技術(shù)，盡管對它的研究只有短短的幾年，但 它對制造業(yè) 起著 革命性的影響 ，成為制造業(yè)領(lǐng)域 研究的熱點之一。特別是在機床的虛擬制造技術(shù)中，最早是進行切削過程的仿真。在虛擬建模技術(shù)基礎(chǔ)上，提出虛擬產(chǎn)品模型，它是一個集成的數(shù)字模型，包含產(chǎn)品各方面的信息，以便于進一步進行產(chǎn)品虛擬現(xiàn)實分析和基于網(wǎng)絡(luò)的分析制造等。 綜合上述資料分析，虛擬制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用已成為近階段新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用的主流技術(shù)，由于采用該技術(shù)硬件設(shè)備 和資金的投入少、見效快，在國際國內(nèi)都引起了足夠的重視。 第三節(jié) 五軸聯(lián)動數(shù)控機床 隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展 ，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。五軸加工機床由于生產(chǎn)制造技術(shù)上的難度遠遠大于三軸機床 ，很長時間沒有解決國產(chǎn)化問題。在國內(nèi)五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心的開發(fā)中，目前國內(nèi)已有廠家開發(fā)和生產(chǎn)，但是對于自動萬能銑頭目前國內(nèi)還沒有廠家開發(fā)和生產(chǎn)，主要還處于搜集 技術(shù)資料和研究階段。 近年來，高速銑及高速加工中心；五面體龍門加工中心及龍門仿型加工中心成為兩大進口熱點， 反映了面臨入世的中國機床市場需求結(jié)構(gòu)升級。機械設(shè)計的水平和質(zhì)量不但對產(chǎn)品的技術(shù)性能，而且也對產(chǎn)品在制造和使用過程中的經(jīng)濟性和環(huán)境影響都起全面的和決定性的作用。在進行機床總體設(shè)計時，應(yīng)對不同類型的工藝方案進行分析比較，選擇符合實際情況的具有先進性的工藝方案。結(jié)構(gòu)參數(shù)是指主要結(jié)構(gòu)尺寸。主要是確定主要機床設(shè)備和輔助設(shè)備的相互位置和連接方式。 （ 7） 動力源特性分析。 （ 9） 畫出總裝配圖、零件施工圖。 （ 2） 本課題來源于 1999 年底，北京機械工業(yè)學院、北京航天航空大學和桂林機床股份有限公司開始共同開發(fā)研制五軸聯(lián)動加工中心。 ? 主軸采用 高速電主軸 ，主軸轉(zhuǎn)速高，加工效率高。 ? 三向進給采用精密滾珠絲桿傳動。 設(shè)計的數(shù)據(jù)及來源： 基本數(shù)據(jù)（長度單位：㎜）： 工作臺面積（寬長） ： 1600 4000 工作臺縱向行程： 4000 滑枕行程： 橫向： 1000；縱向： 2500 主軸斷面到工作臺面的距離：最?。?95；最大： 1095 主電機功率： 28 kW 機床主軸轉(zhuǎn)速范圍（ rpm）： 0~10000 A（ B）軸擺角177。、刀庫容量 40 機床體積（長寬高）： 9400 4300 3900 工作臺最大承受重量： 10000 ㎏ 數(shù)據(jù)來源： 桂林機床股份有限公司 XK2316/35X 五軸聯(lián)動數(shù)控銑床 第三章 機床設(shè)計計算 第一節(jié) 機架設(shè)計計算 機器的床身、立柱、橫梁、工作臺通稱為機架。因此，在計算機架零件時，合理選用機架材料和正確設(shè)計其結(jié)構(gòu)形式及尺寸，是減小機器質(zhì)量，節(jié)約金屬材料，提高工作精度，增強機器剛度及耐磨性等重要途徑。 ，便于安裝、操作、制造及維修。 一 . 機架的結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù) 在進行機床機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須綜合考慮機架的工作性能和工藝性，應(yīng)在滿足工作性能的前提下，減輕機架重量，節(jié)約金屬，提高機架的靜剛度和動態(tài)性能，減少機架鑄造和加工的工作量。而桿件的抗彎剛度和抗扭剛度則除與斷面的面積大小有關(guān)外 ,還取決于斷面的形狀。適用于小型無升降臺式銑床、龍門刨床、龍門銑床、鏜床、插床等。剛度小的橫梁的變形量，有時在機床的綜合變形量中可占到 20％～ 40％，其中又以扭轉(zhuǎn)變形為主，占 60％。閉式斷面結(jié)構(gòu)，當尺寸大而壁薄時，在其內(nèi)部安裝筋板，可減小其局部變形和斷面形狀的畸變。半封閉式斷面的鉸支梁抗扭剛度較低，內(nèi)部必須布置筋板。長度和斷面尺寸較大時，內(nèi)部均布置有縱、橫的筋板和筋條，以減少大件的局部變形和斷面畸變，并提高抗彎和抗扭剛度。 圖 7 工作臺結(jié)構(gòu)示意圖 其中 槽數(shù) — 9 槽寬 — 22 槽距 — 160 （單位： mm） 機架內(nèi)部由于安置傳動機構(gòu)、液壓、電氣裝置及線道管道等，因而在外壁及內(nèi)部筋板上需要作出各種窗孔。根據(jù)實踐的經(jīng)驗，鑄鐵機架的壁厚可根據(jù)大件外形的最大 尺寸或外性空間尺寸來選定。一般機床在工作時，床身或底座大都需用螺釘固定在地基上。 ，以期有足夠的抗拉剛度。機架變形與相對移量的計算，大致按以下步驟進行： （ 1） 繪制機床和機架結(jié)構(gòu)尺寸的計算簡圖； （ 2） 選定大件的代表性斷面，計算其抗彎和抗扭慣性矩 I、 In,或直接計算抗彎和抗扭斷面剛度系數(shù) EI、 GIn 。 一 .縱向?qū)к? 由于工作臺只做直線往復運動，承受的載荷較大，且不受向上的力和大的顛覆力矩；因此，工作臺導軌選用兩條 淬火貼塑 矩形滑動導軌。此外，導軌面的接觸變形又與比壓近似成正比。 （ 2） 導軌面比壓的分布規(guī)律及比壓計算公式 導軌面比壓分布比較復雜，為了能進行工程計算，作如下假設(shè)： A． 導軌所在部件本身剛度很高，受力后導軌接觸面仍保持為一平面； B． 導軌面上的接觸變形與比壓成正比例； C． 導軌面寬度遠比接觸長度小，沿導軌寬度方向上的比壓各處相等。 鑄鐵導軌的許用平均比壓 Pm=~ (Mpa) 由于導軌的平均比壓在許用平均比壓范圍內(nèi) ,因此 ,導軌的結(jié)構(gòu)尺寸符合要求。短壓板的長度可取為導軌工作長度的 1/3～ 1/4。決定搗鬼耐磨性的因素很多，但最重要的四導軌配合副所用的材料以及工作表面的加工質(zhì)量。還希望靜、動摩擦系數(shù)較小。在直線運動的導軌副中，較長的一條導軌用較耐磨的和較硬的材料制造，這是因為：長導軌在全長上磨損不均勻，而且磨損后不能用調(diào)整的辦法來補償，對加工精度影響較大；短導軌耐磨性較低，使用中誤差會較快地消除，且便于刮研，減少修理的勞動量；長導軌通常 是外露的，容易受到意外的損傷。 （ 2） 減少導軌磨損，延長使用壽命，防止導軌銹蝕。 潤滑方式： 查表 － 91 采用連續(xù)供油壓力潤滑方式 設(shè)計完善的防護裝置 ,是改善導軌工作條件 , 提高導軌壽命的重要措施。 其運動形式為：防護板在固定的支承板上移動。在其余防護板周圍有板條。所有板條都鉚接在防護板上。 （ 2） 可達到很大的降速傳動比，使降速機構(gòu)大為簡化，傳動鏈得以縮短。 （ 5） 在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進行逆?zhèn)鲃印? 對滾珠絲杠： ρ＝ tg1f`/dosina, ρ一般為 8｀～ 12｀ 式中 a—滾珠與滾道的接觸角 (deg)，一般 a=450。 圖 11 滾珠絲杠 當絲杠和螺母相對運動時，滾珠就沿絲杠螺旋滾道面滾動。因此，在同樣負荷下，驅(qū)動扭矩較滑動絲杠減少 2/3～ 3/4。滾珠絲杠副中的主要零件，如絲杠、螺母、滾珠和滾珠循環(huán)返回裝置中部分零件，均經(jīng)熱 處理，并有橫傲的表面光潔度，再加上滾動摩擦的磨損很少，因而具有良好的耐磨性。因其逆?zhèn)鲃有屎芨撸瑵L珠絲杠副一般不能自鎖。 （ 1） 預(yù)緊力的確定 預(yù)緊力一般為最大軸向