五轴联动数控铣床的设计.zip

五轴联动数控铣床的设计五轴联动数控铣床的设计 学 院： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 年 月 摘 要 I 摘摘要要 现在，普通的三轴数控机床已满足不了人们对加工零件的更高要求。随着 技术的发展，越来越多的国家已经开始重点研究并使用五轴数控机床。五轴联 动数控机床是数控机床制造技术的标志性产品，是数控技术中难度最大、应用 范围最广的技术。五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点。若配以五轴联 动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更能够适应像 汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。国际上把五轴联动加工技术作为 一个国家工业化水平的标志。因此，研究五轴联动的技术是十分必要的。 本文设计了一台五轴联动机床主轴模型，在 XY 工作台的基础上叠加两层托 板，步进电动机带动轴使其做旋转运动，构成类似陀螺仪的结构。分别实现工 作台绕 XY 轴的转动和移动，再沿 Z 轴装配一根丝杠完成工作台沿 Z 轴的上下运 动最终实现刀具向各个面进行加工。 主要完成了：模型整体结构设计，各个轴的结构设计及计算、滚珠丝杠、 轴承和直线滚动导轨的选择及其强度分析；步进电机的选择及分析。 关键词关键词 ：数控；五轴联动；丝杠传动 Abstract II Abstract Now, the ordinary three axis NC machine tool can not meet the higher requirements of the processing parts. With the development of technology, more and more countries have begun to focus on research and use of five axis CNC machine tools. Five axis linkage CNC machine tool is a manufacturing technology of CNC machine tools, and is the most difficult and the most widely used technology in the numerical control technology. Five axis machining center with high efficiency, high precision features. If the five axis linkage of high-end CNC system, but also to the complex space surface for high precision machining, more able to adapt to such as automotive parts, aircraft structural parts and other modern mold processing. International five axis linkage processing technology as a symbol of the level of industrialization of the country. Therefore, it is very necessary to study the technology of five axis linkage. The manipulator designed in this paper using cylindrical coordinates, can finish feeding, turning and other functions. Mainly by the manipulator hand, wrist, arm and body parts, with rotating wrists, arms stretching, arm movements and arm rotation of 4 degrees of freedom, can meet the general requirements of the industry. The manipulator is a hydraulic drive, 4 degrees of freedom and the clamping gripper driven by the hydraulic system, the design and implementation of various provisions of manipulator motion control, to simplify the circuit, save cost, improve work efficiency, improve productivity, at the same time in the circuit layout and planning combined with machinery manufacturing base, with asphalt manufacturing the feasibility of constantly making and circuit layout into a spatial structure, the structure of the manipulator is more concise and compact. This paper designed a five-axis machine tool spindle model, based on the XY table overlay two pallets, stepper motor drive shaft rotation to do so constitutes a similar gyro structure. Were achieved around the XY axis rotating table and move along the Z axis and then complete the table assembly of a screw up and down movement along the Z axis to the ultimate realization of the various surface processing tool. Main completed: overall structural design model, each shaft structure design and Abstract III calculation, ball screws, bearings and linear motion guide the choice and strength analysis; stepper motor selection and analysis. Key Words：NC; five-axis linkage; screw drive 目 录 IV 目录 摘要.I Abstract.II 摘 要.I 第一章 绪论.1 1.1 课题研究背景与意义.1 1.2 国内外发展现状.1 1.2.1 国外发展状况.1 1.2.1 国内发展状况.2 1.3 五轴联动数控机床的结构类型.3 1.4 本文的研究目的及主要工作.5 第二章总体设计.6 2.1 设计要求.6 2.2 主要技术参数.6 2.3 总体方案设计.6 2.4 本章小结.7 第三章 进给传动系统的设计.8 3.1 滚珠丝杠传动系统工作原理.8 3.2 垂直方向传动系统设计.10 3.2.1Z 方向滚珠丝杠的选择和校核 .10 3.2.2Z 方向导轨的选择 .11 3.2.3Z 方向装配图 .13 3.3X、Y 方向传动系统的设计.14 3.3.1 滚珠丝杠的选型.14 3.3.2 直线导轨设计.15 3.3.3 联轴器的选型.16 3.3.4 装配模型.17 3.4 本章小结.17 第四章 电机的选型.18 4.1 步进电机介绍.18 4.2 参数计算.18 目 录 V 4.2.1 转速与功率.18 4.2.2 相关参数的确定.19 4.3 型号的确定.19 4.3.1 脉冲当量的选择.19 4.3.2 等效负载转矩的计算.19 4.3.3 等效转动惯量的计算.20 4.3.4 步进电动机型号选择的计算.20 4.4 本章小结.23 第五章 其他关键部件的设计.24 5.1 床身（底座）的设计.24 5.2 立柱设计.24 5.3 工作台的设计.25 5.3.1 尺寸确定及估算.25 5.3.2 绕轴旋转的设计.25 5.4 装配总图.26 5.5 本章小结.26 结论.27 参考文献.28 致谢.30 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题研究背景与意义课题研究背景与意义 自 2002 年以来，中国已成为世界机床消费第一大进口国，出口逆差严重， 高档，大型，精密，高速数控机床和数控系统进口依赖是比较明显的。同时， 随着科学技术的飞速发展，普通的三轴数控机床不能满足人工们加工零件工作， 人们提出零件加工的更高要求。目前，中国进口高档，大型，精密和高速数控 机床的 73以上，中国汽车制造装备的 83以上，汽车发动机生产线的比例 85以上依赖进口，并在高档数控机床采用的数控系统几乎是百分之百依赖进 口。 长期以来，西方发达国家一直把五轴联动数控技术作为重要战略物资控制 起来出口，发展中国家在五轴联动机床的开发和推出两个方面遇到了很大的阻 力，因此研究五轴联动技术，对提高国家的综合国力影响深远。 1.2 国内外发展现状国内外发展现状 1.2.1 国外发展状况国外发展状况 目前五轴数控机床的主要出口国为欧洲，美国，日本，这些国家的数控机 床代表代表了当今五轴数控机床发展的最高水平。 根据近年来对展示机产品的中国国际机床展览会，该展会展品的特点是： 突出的智能功能，提倡低碳和绿色制造方法，灵活，柔性，五轴联动，高精度 高速依然是数控机床发展主流，自动化程度高，机床的发展以安全，友好的人 机体验为深入发展的主流。 GF 阿奇夏米尔 MIKRON HPM 450U 高性能五轴加工中心是适合质量，数 量和复杂度的部分有很高的要求，加工中心的结构稳定性和直接驱动旋转/摆动 轴它可以在任何过程中完成重载粗加工到精确的抛光工艺。在 450U 高性能加 工中心的旋转摆动工作台可以保证无限制五轴加工。 MIKRON HEM500U 高效 轴立式五轴加工中心是专为阿奇夏米尔在单件或小批量生产精密件而设计设计 的高效五轴立式加工中心。加工中心利用落地床身滑枕结构，两个线性轴由刀 具移动实现，以确保高的动态性能和精度实现的。 MIKRON HEM500U 具有 12000 转的主轴转速，加 T 可提供效率和精度平衡而新设计的旋转/旋转台，以 第一章 绪论 2 满足 5 面体零件的所有要求。 德国 DMG 公司的 DMU40evo 高端五轴加工中心，其突出特点是 X 轴和 Y 轴为新的龙门式结构。导轨距离非常短，并且因此整个工作区域保持非常高的 刚性和硬度不变。与传统的龙门式结构相比，龙门式构架优化从侧面接近性能 显著改善。即使加工中心配备自动化系统，也能够保证接近加工区的性能。新 的设计允许机器以减少所需的空间，同时也增加了加工区。保留了经验成熟的 摆动回转工作台，现在允许装载 300kg。还有为铣削车削复合加工技术提供扭 矩电机驱动的工作台。 DMU 40 EVO 配置标准滚珠丝杆，快速移动 60m/min， 与 X 轴 Y 轴的高动态性能版陪了 90m/min 的快速进给直线电机。主轴速度从 15000 到 25000RPM。 1.2.2 国内发展状况国内发展状况 中国的五轴机床比其他国家