開題報告-搖籃式五軸聯(lián)動加工中心結(jié)構(gòu)設(shè)計

2021屆機(jī)械設(shè)計制造及其自動化畢業(yè)設(shè)計論文（開題報告）一、畢業(yè)設(shè)計(論文)課題來源、類型本文對目前五軸聯(lián)動加工中心的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了充分調(diào)研分析，以搖籃式五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)作為設(shè)計方向，開展畢業(yè)設(shè)計。該結(jié)構(gòu)機(jī)床采用床身立柱一體化結(jié)構(gòu)，通過橫梁、滑枕和搖籃的合理搭配，實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工，不僅機(jī)床整體剛度好，而且移動部件重量，采用高靈活性的搖籃結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)箱體類零件和葉片類復(fù)雜零件的自由加工，對探索和開發(fā)國產(chǎn)化高端數(shù)控機(jī)床具有重要參考意義。類型：結(jié)構(gòu)設(shè)計二、選題的目的及意義機(jī)械制造業(yè)是一個國家的工業(yè)基石，不僅為新技術(shù)和新產(chǎn)品的開發(fā)提供了設(shè)備，也為當(dāng)下機(jī)械制造提供了關(guān)鍵工藝與方法，是不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。對于發(fā)展中的工業(yè)化國家來說，重視制造業(yè)是其必然選擇。數(shù)控機(jī)床是一個國家制造業(yè)水平的象征，業(yè)內(nèi)代表制造業(yè)水平最高的是五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床，從某種意義來講，這也反映了一個國家制造狀況與制造能力。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)飛快進(jìn)步和國防強(qiáng)化的要求，對自主研發(fā)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床迫切需求越來越高。長久以來，以美國為首的發(fā)達(dá)國家，總是把五軸數(shù)控機(jī)床當(dāng)成重要的戰(zhàn)略物資，進(jìn)行了出口許可證管理，尤其高級型的數(shù)控機(jī)床長期對我國實行禁運(yùn)，嚴(yán)重影響了我國經(jīng)濟(jì)、國防、軍工的發(fā)展，對國家安全構(gòu)成威脅。因此研發(fā)國產(chǎn)化的高端數(shù)五軸聯(lián)動控機(jī)床一直是我國機(jī)床行業(yè)的重點任務(wù)，對打破發(fā)達(dá)國家的技術(shù)封鎖、實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興具有重要意義。三、本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢我國對于數(shù)控機(jī)床研究和應(yīng)用起步較晚，與發(fā)達(dá)國家相比技術(shù)上存在較大差距;隨著我國航空航天、汽車、軍工、電力設(shè)備制造等重要行業(yè)的高速發(fā)展，目前急需進(jìn)行制造設(shè)備的更新?lián)Q代，以提高我國的綜合制造能力。圖1-1臥式五軸數(shù)控鏜銑機(jī)床隨著國內(nèi)對加工中心的需求量的增加，機(jī)床企業(yè)在加工中心的設(shè)計中，引入先進(jìn)的C圖1-1臥式五軸數(shù)控鏜銑機(jī)床目前五軸聯(lián)動加工中心主要有三種構(gòu)型：（1）回轉(zhuǎn)運(yùn)動全部在工件側(cè)，即采用搖籃式工作臺方案。圖1-1為日本牧野公司的臥式五軸聯(lián)動加工中心，該加工中心具有搖籃結(jié)構(gòu)的工作臺，機(jī)床主軸側(cè)具有主軸垂直移動和前后立柱移動兩個運(yùn)動自由度，工件側(cè)具有一個直線運(yùn)動和兩個回轉(zhuǎn)運(yùn)動自由度，由于工件側(cè)的運(yùn)動自由較多，更適合于復(fù)雜小件的加工。（2）在工件側(cè)和刀具側(cè)各設(shè)置一個回轉(zhuǎn)運(yùn)動。圖1圖1-2立式五軸數(shù)控鏜銑機(jī)床（3）在刀具側(cè)設(shè)置兩個回轉(zhuǎn)運(yùn)動，通常采用萬能銑頭實現(xiàn)刀具姿態(tài)調(diào)整。圖1-3為某橫梁移動五軸聯(lián)動加工中心結(jié)構(gòu)，該加工中心采用橫梁移動與垂直滑枕配合，應(yīng)用叉式萬能銑頭（圖1-4）解決復(fù)雜曲面加工，工件側(cè)沒有運(yùn)動自由度，因此可以加工各種大型兩件零件，是航空航天中大型復(fù)雜零件加工的典型代表。圖1圖1-4叉式萬能銑頭圖圖1-3橫梁移動五軸數(shù)控鏜銑機(jī)床如圖1-5為意大利PROMAC浦珞瑪喀機(jī)床，采用單側(cè)懸掛式萬能銑頭，在龍門式機(jī)床結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多。五軸加工中心是機(jī)床制造業(yè)重要基礎(chǔ)裝備，因此它的發(fā)展一直備受人們關(guān)注。近年來我國機(jī)床制造業(yè)既面臨著制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到市場競爭的壓力。從技術(shù)層面上來講，加速推進(jìn)五軸加工中心將是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。目前，世界先進(jìn)圖1圖1-5意大利PROMAC浦珞瑪喀機(jī)床當(dāng)今五軸加工中心正在朝著以下幾個方向發(fā)展：（1）可靠性最大化；由于五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床主要用于復(fù)雜表面的加工，一般對機(jī)床的無故障時間有較高的要求，所以要盡量提高驅(qū)動裝置的可靠性。（2）數(shù)控編程自動化；提高數(shù)控編程的自動化是提高加工效率的重要手段。（3）智能化；隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)也得到了大力的發(fā)展，自適應(yīng)技術(shù)、故障診斷技術(shù)、遠(yuǎn)程控制等在機(jī)床設(shè)計中得到了充分應(yīng)用。（4）控制系統(tǒng)小型化；使用小型化的控制系統(tǒng)將有利于提高加工精度。（5）多功能化；與以往單純追求高速主軸和進(jìn)給機(jī)構(gòu)不同，當(dāng)今市場對于個性化的要求日益強(qiáng)烈，交貨日期也在不斷縮短，因此五軸數(shù)控加工中心更趨向于小規(guī)模，甚至是單件生產(chǎn)。為了滿足這一要求，就要開發(fā)出復(fù)合程度更高的復(fù)合機(jī)床。（6）高速度、高精度化；因為CAM水平的發(fā)展，機(jī)床的制造水平得到了很大的增加，保證機(jī)床的質(zhì)量，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，這也就是高精度的體現(xiàn)。四、本課題主要研究內(nèi)容結(jié)合目前五軸加工中心的發(fā)展，本次必要設(shè)計內(nèi)容為設(shè)計一款搖籃式五軸數(shù)控加工中心機(jī)床結(jié)構(gòu)，該加工采用立柱和床身一體化結(jié)構(gòu)，通過橫梁移動實現(xiàn)運(yùn)動部件的輕量化，采用搖籃式工作臺實現(xiàn)兩個回轉(zhuǎn)運(yùn)動自由度，總體結(jié)構(gòu)具有高剛性特點。本課題的主要內(nèi)容為對床身及橫梁的筋板及隔板的設(shè)計與布置，使機(jī)床的機(jī)構(gòu)具有較大的剛度并保證機(jī)床的輕量化設(shè)計。五、完成論文的條件和擬采用的研究手段（途徑）（1）機(jī)床總體方案設(shè)計。包括對搖籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行作業(yè)空間分析，確定出各移動軸的行程大小；確定機(jī)床結(jié)構(gòu)布局方案及驅(qū)動方式，設(shè)計機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案。（2）機(jī)床結(jié)構(gòu)中的通用件和標(biāo)準(zhǔn)件選型計算。確定典型加工條件，計算典型切削力，并作為通用件和標(biāo)準(zhǔn)件選型計算的依據(jù)；按照樣本資料的計算步驟，對導(dǎo)軌、滾珠絲杠、聯(lián)軸器、伺服電機(jī)和主電機(jī)（電主軸）等進(jìn)行選型計算，確定出各通用件和標(biāo)準(zhǔn)件的型號。（3）基于solidworks建立機(jī)床結(jié)構(gòu)的三維數(shù)字化模型和二維工程圖，確定機(jī)床支承部件的筋板布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。（4）基于有限元分析軟件建立該機(jī)床大件結(jié)構(gòu)的有限元分析模型，仿真分析各大件內(nèi)部筋板布局的合理性。六、本課題進(jìn)度安排、各階段預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)：（1）搜集與課題相關(guān)的背景文獻(xiàn)，了解課題的基本內(nèi)容（第1~2周）；（2）完成開題答辯（第3周）;（3）制定搖籃式五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的傳動、驅(qū)動方案和工作空間，確定行程及結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系，對搖籃進(jìn)行初步選擇；（第4~5周）;（4）設(shè)計一款搖籃式五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括床身、滑枕、橫梁、滑板、主軸頭結(jié)構(gòu)等以及導(dǎo)軌、絲杠、伺服電機(jī)和力矩電機(jī)選型等（第6~10周）;（5）搖籃式五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)應(yīng)用研究,包括該機(jī)床的配合設(shè)計，與橫梁、床身的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計，給出多個應(yīng)用結(jié)構(gòu)示例。繪制相關(guān)三維結(jié)構(gòu)圖和工程圖（第11~14周）;（6）基于有限元軟件分析搖籃式五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的動靜動態(tài)特性（第15~18周）;（7）撰寫畢業(yè)設(shè)計論文，包括所有的方案設(shè)計、尺寸確定、元件選型計算、仿真分析等（第19~20周）。七、指導(dǎo)教師意見(對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計或論文結(jié)果的預(yù)測)指導(dǎo)教師：企業(yè)導(dǎo)師：八、所在專業(yè)審查意見