【正文】 口數(shù)字式交流伺服 750w*3 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 第 11 頁 共 41 頁 第二章 五軸銑頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 第二節(jié) 整體方案設(shè)計研究 本次設(shè)計的五軸銑頭將安裝在高速數(shù)控雕銑機上，受所設(shè)計的雕銑機的基本參數(shù)的限制，該五軸銑頭必須滿足尺寸小， 質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊 的要求?？傊遢S數(shù)控技術(shù)仍舊是一個薄弱環(huán)節(jié)。 五軸數(shù)控加工的操作和編程技能密切相關(guān)，經(jīng)驗豐富的編程、操作人員的缺乏，是五軸數(shù)控技術(shù)普及的一大阻力。國際上把五軸聯(lián)動數(shù)控技術(shù)作為一個國家生產(chǎn)設(shè)備自動化技術(shù)水平的標志。 本次畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是五軸高速數(shù)控雕銑機的銑頭設(shè)計。五軸加工可以采用更大的行距和步距，因而效率更高。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。研究開發(fā)五軸加工中心要求具有較高的性能技術(shù)指標，不僅要具有多坐標復雜曲面的加工功能，而且還要滿足高速度、高剛度和高精度的要求。這種結(jié)構(gòu)基本可以滿足 A、C 軸方向的擺動，但將 A 軸的電機放在銑頭中使整個銑頭的尺寸增大，為了克服這一缺點，并使整個銑頭的尺寸變小，結(jié)構(gòu)更加緊湊，對此方案進行修改，提出了以下方案： 方案二： 在方案二中，將銑頭設(shè)計成上圖所 示，這樣 A 軸電機就可以放在滑枕中，從而減小了銑頭的體積，傳動方式改用蝸輪蝸桿傳動和同步帶傳動，同樣使銑頭的結(jié)構(gòu)緊湊 。 21 0 1 0* 2 0 06 0 *H H N H hK M P aN jn L??? ? ? ?畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 第 17 頁 共 41 頁 6)計算中心距 216 0 * 2. 91. 21 * 25 53 20 * 13 3200a m m???? ???? 取中心距 a=125mm,i=69,查表選取模數(shù) m=,蝸桿分度圓直徑 1 mm? ,這時 1 / ? ,查得接觸系數(shù) 39。 3）：材料的選擇。 Pro/ENGINEER可謂是個全方位的 3D 產(chǎn)品開發(fā)軟件，集合了零件設(shè)計、產(chǎn)品組合、模具開發(fā)、 NC 加工、鈑金件設(shè)計、鑄造件設(shè)計、造型設(shè)計、逆向工程、自動測量、機構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等功能于一體，其模塊眾多，且學習殊為不易。 左土圖中黃色的零件為保持架，用螺釘將整個部件裝在滑枕上。是綜合素質(zhì)和工程實際實踐能力鍛煉的最好方法 。此外我還鍛煉了獨立性。特別是在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，想盡各種辦法來縮小體積。對于數(shù)控機床設(shè)備的主要技術(shù)要求是多軸、高速、剛性好、功率大；對坐標數(shù)的需求，以 3～ 5軸聯(lián)動為主。 f、廣泛的功能 Pro/Engineer 的功能包括特征造型、曲面設(shè)計、裝配組合、工程圖設(shè)計、模具設(shè)計、 NC 加工、鈑金設(shè)計、機構(gòu)仿真、有限元分析等等。 第一節(jié) 虛擬制造技術(shù)及應(yīng)用軟件介紹 虛擬制造技術(shù)作為面向 21 世紀的先進制造技術(shù)，是一種新型的生產(chǎn)模式。若模數(shù)相同時，則齒數(shù)和也相等。 、蝸桿的設(shè)計，蝸輪蝸桿在銑頭內(nèi)的支承 A 軸傳動方式采用蝸桿傳動主要由于蝸桿傳動方式可以使五軸銑頭的結(jié)構(gòu)緊湊，此外蝸桿傳動方式還有傳動比大，工作平穩(wěn)，畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 第 15 頁 共 41 頁 躁聲低，可以自鎖等優(yōu)點。 本次設(shè)計 的數(shù)據(jù)及來源： 基本數(shù)據(jù)： 工作臺面積（寬長） 570 400mm 行程（ X/Y/Z） 500*500*230mm 主軸轉(zhuǎn)速 100020200 r/min 主軸功率 最大可夾持刀具 直徑 216。然而配套的五軸數(shù)控系統(tǒng)要么從國外進口，要么采用國內(nèi)還不成熟的數(shù)控系統(tǒng)。 1. 五軸數(shù)控編程抽象、操作困難 五軸機床的數(shù)控編程除了直線運動之外，還要協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運動的相關(guān)計算，如旋轉(zhuǎn)角度行程檢驗、非線性誤差校核、刀具旋轉(zhuǎn)運動計算等，處理的信息量很大，數(shù)控編程極其抽象。五軸聯(lián)動數(shù)控是數(shù)控技術(shù)中難度最大、應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)，它集計算機控制、高性能伺服驅(qū)動和精密加工技術(shù)于一體，應(yīng)用于復雜曲面的高效、精密、自動化加工。五軸頭是五軸聯(lián)動加工中心上所聯(lián)接的一種裝置。 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(zhuǎn)動刀具畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 第 7 頁 共 41 頁 軸線，否則很難甚至無法加工。 畢 業(yè) 設(shè) 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(zhuǎn)坐標五軸數(shù)控機床的后置處理器還有待進一步開發(fā) 。而發(fā)達國家在進出口技術(shù)含量高的五軸聯(lián)動加工中心方面，對我國進行限制，因此，五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心的研究開發(fā)是一個難度比較大的項目。 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 第 13 頁 共 41 頁 整個銑頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中還需考慮電主軸和伺服電機 的電線和冷卻裝置的安置。 ? ?? 1) 蝸桿 蝸桿頭數(shù) z1 1 模 數(shù) m (mm) 蝸桿分度圓直徑 d1 (mm) 蝸桿導程角 γ 176。由表 101 選擇兩個齒輪的材料都為 40Cr（調(diào)質(zhì)處理），硬度為 280HBS。 Pro/ENGINEER 的核心技術(shù)是“尺寸驅(qū)動參數(shù)化的基于特征的實體建模技術(shù)”，這是建立在一個統(tǒng)一的能在系統(tǒng) 內(nèi)部引起變化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的，因此開發(fā)過程中某一處所發(fā)生的變化能夠很快傳遍整個設(shè)計制造過程，以確保所有的零件和各個設(shè)計環(huán)節(jié)保持一致性和協(xié)調(diào)性 它具有下列的特點： a、 3D 造型 與以往的平面設(shè)計系統(tǒng)相比， Pro/Engineer 是一個三維造型系統(tǒng)。 滑枕的內(nèi)部需要先裝入軸承、套筒等零件，畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 第 33 頁 共 41 頁 在將銑頭套入軸承內(nèi)部，所有銑頭和滑枕的零部件裝完后，將頭蓋蓋好 。這次畢業(yè)設(shè)計，培 養(yǎng)我們綜合運用多學科的理論、知識與技能的能力，使 我們能夠獨立的解決具有一定復雜程度的工程實際問題。由于本次設(shè)計每個同學的題目都不同，工作內(nèi)容與方案要由自己根據(jù)對設(shè)計任務(wù)書的研究與總體進度來確定，這就避免了相互抄襲的現(xiàn)象，而鍛煉了獨立思考、獨立工作的能力。這次畢 業(yè)設(shè)計還培養(yǎng)了自己的創(chuàng)造性思維能力，從最初的感性認識到最后的設(shè)計成型，也是一步步的增強認識、加深理解，再用于設(shè)計當中，同時，加進自己的大膽合理的想法，使設(shè)計更趨于合理化。 為了實現(xiàn)“十五”規(guī)劃的發(fā)展目標，各部門迫切需要進一步大力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)，急需配置大量的各類工藝設(shè)備，尤其是數(shù)控機床設(shè)備。 e、單一的數(shù)據(jù)庫 Pro/Engineer 是建立在同一基層的數(shù)據(jù)庫上的，即模型工程中的所有數(shù)據(jù)和資料都存儲到同一個數(shù)據(jù)庫中，也統(tǒng)一從同一個數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)，因此保證了它們之間的相關(guān)聯(lián)性。 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 第 28 頁 共 41 頁 第三章 PRO/E 虛擬建模造型及裝配 本課題另一主要任務(wù)是對所設(shè)計的五軸聯(lián)動銑頭進行虛擬 建模 造型和裝配，它是建立在虛擬建模的基礎(chǔ)上的，需要先把所要設(shè)計的東西從二維圖形轉(zhuǎn)換到三維立體的模型后，然后在此基礎(chǔ)上進行裝配，所以說虛擬制造技術(shù)是本課題的基礎(chǔ)，那么首先要介紹一下 什么是虛擬制造技術(shù) 及其應(yīng)用軟件 PRO/E。 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 第 22 頁 共 41 頁 3：同一傳動組的各對齒輪副的中心距應(yīng)當相等。 電主軸套的結(jié)構(gòu)如下圖所示 選用的安陽萊必泰有限公司的電主軸的電線和冷卻管從電主軸的后部伸出，在電主軸套上鉆孔，將電線和冷卻管插入 ，直至電主軸套兩側(cè)的凸臺中，凸臺和兩個法蘭盤用螺釘連接，中間有直徑為 80 毫米的內(nèi)孔，內(nèi)孔中放置耦合器，然后再從耦合器中接出電線和冷卻管到銑頭內(nèi)，這個設(shè)計是本次設(shè)計的一個特色，它解決了以往銑頭 設(shè)計中由于電線和冷卻管而產(chǎn)生的電主軸運動的干涉問題，并使整個銑頭的結(jié)構(gòu)更加緊湊 。通過轉(zhuǎn)動的主軸頭，機床可實現(xiàn)銑削空間前半球任意角 度的加工它采用精密同步帶傳遞主傳動，采用伺服電 機實現(xiàn)擺動，該主軸頭具有較高剛度，主軸轉(zhuǎn)速變換范圍寬。 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 第 9 頁 共 41 頁 我國機床制造業(yè)具備相當?shù)膶嵙Γ瑱C械精度和可靠性方面在國際市 場上都名列前茅。目前，五軸數(shù)控技術(shù)在全球范內(nèi)普遍存在以下問題。目前五軸數(shù)控機床的應(yīng)用仍然局限于 航空、航天及其相關(guān)工業(yè)。該機床具有很強的數(shù)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(guān)鍵設(shè)備。在模具加工中的某些場合，只有采用五軸數(shù)控才能避免刀具與工件的干涉。 從 1999 年開始，在 CIMT、 CCMT 等國際、國內(nèi)機床展覽會上，首先是國內(nèi)的五軸數(shù)控機床產(chǎn)品紛紛亮 相，國內(nèi)五軸數(shù)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(shù)控機床的品種和數(shù)量逐年上升： CIMl9 CCMT2020 分別推出 3 臺國產(chǎn)五軸聯(lián)動機床； CIMT2020t4J 國際機床展覽會上，北京第一機床廠和桂林機床股份有限公司分別展出了主軸轉(zhuǎn)速 10000r／ min 的五軸高速龍門加工中心，北京市機電院的主軸轉(zhuǎn)速 15000r／ min 的五軸高速立式加工中心；清華大學與昆明機床股份有限公司聯(lián)合研制