立式加工中心機床結構設計文獻綜述

1、福州大學本科生畢業(yè)設計（論文）文獻綜述題 目： 立式加工中心機床結構設計 姓 名： 學 號： 21 系 別： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設計制造及自動化 年 級： 08級 指導教師： （簽名） 年 月 日摘要本次畢業(yè)設計的題目是“立式加工中心機床結構設計”。同過網(wǎng)絡資源和相關的書籍材料的查閱對本次畢業(yè)設計內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)、刀庫和機械手等設計內容使學生對加工中心進一步了解，也使學生本人對本專業(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40年代末，美國開始研究數(shù)控機床，1952年，美國麻省理工學院(mit)伺服機構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。這是制造技術發(fā)展過程中的一個重大突破，標志著制造領域中數(shù)控加工時代的開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術的基礎，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的影響

3、。世界上主要工業(yè)發(fā)達國家都十分重視數(shù)控加工技術的研究和發(fā)展。 二十世紀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年開始批量生產配有晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標數(shù)控銑床。經過幾十年的發(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)界得到廣泛應用，在模具制造行業(yè)的應用尤為普及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。其結構形式多為固定立柱，工作臺為長方形，無分度回轉功能，適合加工

5、盤、套、板類零件，它一般具有二個直線運動坐標軸，并可在工作臺上安裝一個沿水平軸旋轉的回轉臺，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，調試程序容易，應用廣泛。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工作臺，它一般具有35個運動坐標，常見的是三個直線運動坐標加一個回轉運動坐標，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，但結構復雜，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構設計主要有主軸箱設計、進給系統(tǒng)設計、刀庫和機械手設計三大部分。設計開始過程中，我們應該第一時間對立式加工中心有比較深刻的整體認識，這有利于我們對于后面的設計內容有一個清晰的設計方向。2.1主軸箱設計部分主軸箱設計過程是整個設計的重點內容，在設計過程中，我們必須嚴格的計算加工時的切削用量，主軸進給量，以及主軸轉速，來選擇什么材料的主軸等零件。在主軸箱裝配圖設計時，箱壁各安裝軸承處可以適當凸緣，加筋條。主軸箱應留有在床身上的安裝定位的基準面。在整體布置時應考慮主軸的懸伸量、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。這個階段內容比較多，設計的范圍也較廣，為了設計的參數(shù)合理，我們必須廣泛的查閱書籍，資料，達到設計的合理和實用性。2.2進給系統(tǒng)設計部分在進給系統(tǒng)設計中，有關滾珠絲杠副的計算選擇非常重要，滾珠絲杠副的選擇關系到進給系統(tǒng)的定位精度對零件的加工的影響很大，所以在設計過程中我們應該嚴格按照數(shù)據(jù)要求去計算去選擇相關配件的型號，盡可能使傳動精度滿足設計要求。反饋裝置可以用脈沖編碼器兼作位置和速度反饋，簡化結構布局。還有絲桿的強度問題，若強度不夠可以通過預拉伸來提高強度5?？傊?，

9、設計過程中要做到有憑有據(jù)，嚴格按照要求不能亂來。2.3刀庫和機械手設計部分 刀庫和機械手的設計在以往的課程設計都沒有接觸過，這對學生來將是一個挑戰(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習。首先決定刀庫采用圓盤形結構，沿刀庫主軸軸向安裝。這種刀庫結構簡單且緊湊，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，這就機械手的設計來完成，在機械手的設計上可以是專用的機械手，其特點是動作少只重復完成換刀的工作，工作對象單一、結構簡單、使用可靠等特點，適用于大批量的自動化生產的自動換刀機械手，符合加工中心的工作要求2。3.總體的設計方案3.1主軸箱設計部分： 由題

10、目數(shù)據(jù)要求主電動機選擇傳動設計（主傳動方案擬定-傳動結構式、結構網(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、帶輪結構設計、離合器的選擇計算）動力設計（主軸剛度撓度等計算）結構設計及說明（草圖，展開圖布置、各軸的設計、齒輪設計等）。3.2進給系統(tǒng)設計部分： 在進給系統(tǒng)設計中，在伺服方式上選擇最廣泛應用的半閉還方式。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刀庫和機械手設計部分：刀庫采用圓盤形結構，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的設計機身機座的機構設計3?？偨Y 通過這段時間查閱了加工中心的相關資料

11、和文獻，對加工中心的認識更進一步加深了，加工中心是非常典型的集高新技術于一體的機械加工設備，它的發(fā)展水平代表了一個國家設計、制造的水平，國內外企業(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)的設計方案等有關畢業(yè)設計的任務內容，為接下來的工作羅列了設計的重點和相關知識的細節(jié)要點。在查閱資料時，對于立式加工中心的整體認識更為完善，特別是在主軸箱、進給系統(tǒng)、刀庫和機械手等設計內容的了解最為清晰，在對課題的各方面的充分了解的基礎上，初步擬定了個系統(tǒng)的設計方案，這為接下來的畢業(yè)設計任務做好了充足的準備工作。參考文獻1 吳祖育，秦鵬飛.數(shù)控機床（第三版）.上海科學技術出版社，2010（08）.2 現(xiàn)代實用機床設計手冊 .現(xiàn)代實用機床設計手冊編委會編. 北京：機械工業(yè)出版社