立式加工中心機床結(jié)構(gòu)設(shè)計文獻綜述

1、福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）文獻綜述題 目： 立式加工中心機床結(jié)構(gòu)設(shè)計 姓 名： 學(xué) 號： 21 系 別： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及自動化 年 級： 08級 指導(dǎo)教師： （簽名） 年 月 日摘要本次畢業(yè)設(shè)計的題目是“立式加工中心機床結(jié)構(gòu)設(shè)計”。同過網(wǎng)絡(luò)資源和相關(guān)的書籍材料的查閱對本次畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容初步有一定的了解，下面主要介紹了加工中心的歷史發(fā)展概況、現(xiàn)狀、課題重點內(nèi)容和問題的解決，研究方案的分析，已解決的問題和尚存的問題，重點、詳盡地闡述對當(dāng)前的影響及發(fā)展趨勢。本次課題研究通過主軸箱、進給系統(tǒng)、刀庫和機械手等設(shè)計內(nèi)容使學(xué)生對加工中心進一步了解，也使學(xué)生本人對本專業(yè)的發(fā)展有了一個較

2、清晰的把握方向。關(guān)鍵詞：加工中心 主軸箱 進給系統(tǒng) 刀庫 機械手引言 加工中心最初是從數(shù)控銑床發(fā)展而來的。20世紀(jì)40年代末，美國開始研究數(shù)控機床，1952年，美國麻省理工學(xué)院(mit)伺服機構(gòu)實驗室成功研制出第一臺數(shù)控銑床，并于1957年投入使用。第一臺加工中心是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)上增加了自動換刀裝置，從而實現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。這是制造技術(shù)發(fā)展過程中的一個重大突破，標(biāo)志著制造領(lǐng)域中數(shù)控加工時代的開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時代的意義和深遠(yuǎn)的影響

3、。世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展。 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，它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對工件同時進行多孔加工。我國于1958年開始研制數(shù)控機床，成功試制出配有子管數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控床，1965年開始批量生產(chǎn)配有晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前的數(shù)控機床已實現(xiàn)了計算機控制并在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用，在模具制造行業(yè)的應(yīng)用尤為普及1。本次課題研究的是立式加工中心機床是指主軸軸線與工作臺垂直設(shè)置的加工中心，主要適用于加工板類、盤類、模具及小型殼體類復(fù)雜零件。1.加工中心的發(fā)展現(xiàn)狀加工中心（英文縮

4、寫為CNC全稱為Computerized Numerical Control）：是帶有刀庫和自動換刀裝置的一種高度自動化的多功能數(shù)控機床。工件在加工中心上經(jīng)一次裝夾后，數(shù)字控制系統(tǒng)能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他輔助機能，依次完成工件幾個面上多工序的加工。并且有多種換刀或選刀功能，從而使生產(chǎn)效率大大提高2。下面就舉列了幾種主要加工中心的類型，對其組成、布局、工藝、加工特點進行了詳細(xì)的介紹：1.1立式加工中心 立式加工中心是指主軸為垂直狀態(tài)的加工中心，如圖21所示。其結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱，工作臺為長方形，無分度回轉(zhuǎn)功能，適合加工

5、盤、套、板類零件，它一般具有二個直線運動坐標(biāo)軸，并可在工作臺上安裝一個沿水平軸旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)臺，用以加工螺旋線類零件。 立式加工中心裝卡方便，便于操作，易于觀察加工情況，調(diào)試程序容易，應(yīng)用廣泛。但受立柱高度及換刀裝置的限制，不能加工太高的零件，在加工型腔或下凹的型面時，切屑不易排出，嚴(yán)重時會損壞刀具，破壞已加工表面，影響加工的順利進行。1.2臥式加工中心 臥式加工中心指主軸為水平狀態(tài)的加工中心，如圖 22 所示。臥式加工中心通常都帶有自動分度的回轉(zhuǎn)工作臺，它一般具有35個運動坐標(biāo)，常見的是三個直線運動坐標(biāo)加一個回轉(zhuǎn)運動坐標(biāo)，工件在一次裝卡后，完成除安裝面和頂面以外的其余四個表面的加工，它最適合加上

6、箱體類零件。與立式加工中心相比較，臥式加工中心加工時排屑容易，對加工有利，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較高。1.3龍門式加工中心 龍門式加工中心的形狀與數(shù)控龍門銑床相似，如圖2-3所示。龍門式加工中心主軸多為垂直設(shè)置，除自動換刀裝置以外，還帶有可更換的主軸頭附件，數(shù)控裝置的功能也較齊全，能夠一機多用，尤其適用于加工大型工件和形狀復(fù)雜的工件1.4五軸加 T 中心五軸加工中心具有立式加工中心和臥式加工中心的功能，如圖24所示。五軸加工中心，工件一次安裝后能完成除安裝面以外的其余五個面的加工。常見的五軸加工中心有兩種形式：一種是主軸可以旋轉(zhuǎn)900 ，對工件進行立式和臥式加工；另一種是主軸不改變方向，而由工作臺帶

7、著工件旋轉(zhuǎn)900 。，完成對工件五個表面的加工3。2.本次課題擬解決的問題本次課題研究了立式加工中心機床結(jié)構(gòu)設(shè)計主要有主軸箱設(shè)計、進給系統(tǒng)設(shè)計、刀庫和機械手設(shè)計三大部分。設(shè)計開始過程中，我們應(yīng)該第一時間對立式加工中心有比較深刻的整體認(rèn)識，這有利于我們對于后面的設(shè)計內(nèi)容有一個清晰的設(shè)計方向。2.1主軸箱設(shè)計部分主軸箱設(shè)計過程是整個設(shè)計的重點內(nèi)容，在設(shè)計過程中，我們必須嚴(yán)格的計算加工時的切削用量，主軸進給量，以及主軸轉(zhuǎn)速，來選擇什么材料的主軸等零件。在主軸箱裝配圖設(shè)計時，箱壁各安裝軸承處可以適當(dāng)凸緣，加筋條。主軸箱應(yīng)留有在床身上的安裝定位的基準(zhǔn)面。在整體布置時應(yīng)考慮主軸的懸伸量、合理跨度；各傳動軸

8、上齒輪寬度、滑移齒輪必須保證一對齒輪徹底脫開，另一對齒輪才能進入嚙合，并留有1-2mm間隙，不相鄰軸上的齒輪在滑動中不互相干涉6。這個階段內(nèi)容比較多，設(shè)計的范圍也較廣，為了設(shè)計的參數(shù)合理，我們必須廣泛的查閱書籍，資料，達(dá)到設(shè)計的合理和實用性。2.2進給系統(tǒng)設(shè)計部分在進給系統(tǒng)設(shè)計中，有關(guān)滾珠絲杠副的計算選擇非常重要，滾珠絲杠副的選擇關(guān)系到進給系統(tǒng)的定位精度對零件的加工的影響很大，所以在設(shè)計過程中我們應(yīng)該嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)要求去計算去選擇相關(guān)配件的型號，盡可能使傳動精度滿足設(shè)計要求。反饋裝置可以用脈沖編碼器兼作位置和速度反饋，簡化結(jié)構(gòu)布局。還有絲桿的強度問題，若強度不夠可以通過預(yù)拉伸來提高強度5。總之，

9、設(shè)計過程中要做到有憑有據(jù)，嚴(yán)格按照要求不能亂來。2.3刀庫和機械手設(shè)計部分 刀庫和機械手的設(shè)計在以往的課程設(shè)計都沒有接觸過，這對學(xué)生來將是一個挑戰(zhàn)，無論是裝配圖的布局還是CAD制圖的具體畫法都需要重新去學(xué)習(xí)。首先決定刀庫采用圓盤形結(jié)構(gòu)，沿刀庫主軸軸向安裝。這種刀庫結(jié)構(gòu)簡單且緊湊，但為了換刀時刀具與主軸同向，刀庫中的刀具需在換刀時位置作90度的翻轉(zhuǎn)，這就機械手的設(shè)計來完成，在機械手的設(shè)計上可以是專用的機械手，其特點是動作少只重復(fù)完成換刀的工作，工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機械手，符合加工中心的工作要求2。3.總體的設(shè)計方案3.1主軸箱設(shè)計部分： 由題

10、目數(shù)據(jù)要求主電動機選擇傳動設(shè)計（主傳動方案擬定-傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇）傳動件的估算（傳動軸的計算、齒輪齒數(shù)的確定模數(shù)計算、帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計、離合器的選擇計算）動力設(shè)計（主軸剛度撓度等計算）結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明（草圖，展開圖布置、各軸的設(shè)計、齒輪設(shè)計等）。3.2進給系統(tǒng)設(shè)計部分： 在進給系統(tǒng)設(shè)計中，在伺服方式上選擇最廣泛應(yīng)用的半閉還方式。采用螺旋傳動，計算滾珠絲杠副尺寸規(guī)格，接著進行絲桿的校核并進行精度等驗算，根據(jù)計算的扭矩選擇電機。3.3刀庫和機械手設(shè)計部分：刀庫采用圓盤形結(jié)構(gòu)，沿刀庫主軸軸向安裝。確定是專用于換刀的機械手抓取機構(gòu)的設(shè)計機身機座的機構(gòu)設(shè)計3?？偨Y(jié) 通過這段時間查閱了加工中心的相關(guān)資料

11、和文獻，對加工中心的認(rèn)識更進一步加深了，加工中心是非常典型的集高新技術(shù)于一體的機械加工設(shè)備，它的發(fā)展水平代表了一個國家設(shè)計、制造的水平，國內(nèi)外企業(yè)都對其非常重視。文獻綜述了加工中心的歷史發(fā)展概況、現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及其部分系統(tǒng)的設(shè)計方案等有關(guān)畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)內(nèi)容，為接下來的工作羅列了設(shè)計的重點和相關(guān)知識的細(xì)節(jié)要點。在查閱資料時，對于立式加工中心的整體認(rèn)識更為完善，特別是在主軸箱、進給系統(tǒng)、刀庫和機械手等設(shè)計內(nèi)容的了解最為清晰，在對課題的各方面的充分了解的基礎(chǔ)上，初步擬定了個系統(tǒng)的設(shè)計方案，這為接下來的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)做好了充足的準(zhǔn)備工作。參考文獻1 吳祖育，秦鵬飛.數(shù)控機床（第三版）.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2010（08）.2 現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊 .現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊編委會編. 北京：機械工業(yè)出版社