机械制造专业_毕业设计_小型龙门加工中心主轴系统模块化设计(ANSYS模态分析PROE建模).doc

小型龙门加工中心主轴系统模块化设计1第一章概述随着全球化经济竞争的愈演愈烈，产品小批量、客户化、快速交货要求的不断加强，迫切要求企业具有快速响应市场能力。企业对市场响应速度的快慢、产品开发一次成功率的高低，不仅决定了企业在市场上所占份额的大小，而且决定了企业能否立足市场的命运。如何在短期内设计出符合客户的个性化要求、质量可靠、性能优良、成本低廉的优质产品，是企业在市场竞争中占据有利地位的关键。目前，国内大部分制造业企业的设计、制造手段比较落后，与发达国家的差距较大。随着市场竞争日益激烈，如何使企业的产品快速响应市场，在较短时间内以较高性能价格比的产品占领市场，是企业得以生存和发展的关键。模块化、并行设计等快速设计技术的发展和应用，大大缩短了机床新产品开发的周期；有限元分析、仿真技术、虚拟样机技术等新技术不断地运用到新产品的开发过程中，极大地提高了新产品的性能，并降低了开发的费用。结构的动态特性分析理论经过科学工作者多年努力，发展到一定程度，随着有限元方法的应用，为数控机床结构设计理论建模提供了必要的数据和结构修改依据，使基于理论模型的新产品性能预测和优化设计变得可能。1.1模块化设计研究现状模块化设计是在对一定范围内的产品或系统进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能独立、结构独立的基本单元模块，并使模块系列化、标准化，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品或系统，以满足不同的需求的设计方法。模块化设计方法已经在机械、电工电子、船舶、建筑、电力、武器装备等行业中得到广泛应用，并取得了显著的效益。因此，模块化设计理论研究也得到学术界和工业界的广泛关注。1.1.1模块化设计与制造的意义模块化设计是快速响应设计的核心，它用功能模块组成产品，模块的可互换性和可组合性是实现产品快速设计的基础。根据模块化思想，产品将由传统产品一部件一零件的构成模式转变为以模块和模块单元组成产品的模式。模块化制造是用模块化的概念构造整个生产系统圈，即以模块化装备构造模块化生产系统(MPS)，以产品模块组织生产和管理，形成企业的经营模式。从产品设计、制造系统设计，制造过程的实施和管理，均采用模块化技术，按这一原则组成的制造系统称为模块化制造系统网。模块化设计与制造具有以下优点:(1)缩短产品的设计与制造周期。据统计，在设计过程中利用模块化设计能节约时间50%。在新产品开发时，由于系统中存在大量通用模块，产品设计时间可大为缩短；进行新产品开发时，只要增加少量专用模块就可组成满足用户所需的特定产品品种。(2)有利于提高新产品的开发质量。因为模块为独立单元，可根据科技发展的情况和可能，将新技术用于模块的设计，并进行实验考核，待结构可靠、性能稳定后，取代老的模块结构，以加速产品更新换代。小型龙门加工中心主轴系统模块化设计2(3)有利于降低成本，增强产品的竞争能力。由于按模块组织生产，使得大多数的零部件由单件、小批量生产转变为批量化生产，于是便于采用先进工艺和专用设备组织专业化生产。在提高产品质量的同时，有助于提高劳动生产率，降低制造成本和减小废品率。(4)适于产品的大规模定制和满足产品客户化的需求。大规模定制是企业采用各种技术和管理手段在大规模生产模式下实现产品对顾客的个性化定制，并要满足预定的成本和时间目标。采用模块化设计，建立合理的产品族结构，用大批量生产的成本实现产品的多品种、小批量个性化生产。因此模块化设计是实现大规模定制的前提和条件。基于模块化方法的机床设计有着重要的技术经济意义，主要体现在:1、节约设计时间，缩短供货周期:采用模块化设计方法，企业产品系列中已有很多通用模块，在用户提出要求后，可用己有模块或设计制造少量专用模块便可组成用户所要求的产品。如德国SCHIESS公司，其机床产品采用模块化设计后，从订货到供货一般只需四个月时间。2、便于产品更新换代，发展变型产品:根据用户需要，设计新的功能模块，组合成具有新功能的模块系统.用新技术设计性能好的模块，取代原有功能模块，发展性能好的变型产品。3、提高产品质量，降低生产成本:模块精心设计，批量加工，有利于组织专业化生产，既提高质量又降低成本。模块化不仅是设计方法的改革，而且是推动整个工厂技术、生产、管理及组织体制的改革。4、便于维修:由于产品由相对独立的模块组成，因此，很便于维修，必要时可更换模块，而不致影响生产。5、便于实现标准化功能模块:传统的标准化建立在零件级基础上，而模块化则是根据产品的不同建立在模块级上的标准化，是一种趋向于宏观的标准化。它具有两个特点:一是面向功能，而不是具体的形状、结构和制造上的标准化；二是注重结合面的标准化，从而把标准化管理部分地从细节中解脱出来，分层次、有侧重。1.2课题的提出及论文的结构体系现代加工技术日益向着高速、大切削量的方向发展，这就要求所设计的机床具有高速、高刚度、高精度的优良胜能。为了适应生产线的快速可重组性，现代数控机床对地基的要求越来越弱，或者根本就不需要特殊的地基，数控机床加工中的振动不仅产生噪音，还将严重影响零件加上表面的质量。由于我国数控机床结构设计技术和手段落后，因此有进行数控机床结构研究的必要性。本课题研究的目的在于采用先进、科学的CAD手段，根据“模块化设计”阶段提出的方案设计，对加工中心的三种主轴系统进行结构设计，关键部位的计算。直至零部件和整机的各项性能指针都能满足现在的高效率、高精度的要求，使机床在工作过程中实现低速、准高速、高速三种主轴系统之间的快速调换，以增强机床的生产效率和竞争力。本课题的研究成功，可以为加工中心主轴系统部分提出有普遍意义的结构设计方案，必将有助于缩短新产品开发周期、保证新产品特性、降低设计费用。为推动机床工业的发展起到一定的促进作用。1.2.1论文研究的主要内容论文主要的章节和内容：1.第一章综述了龙门加工中心主轴系统模块化设计的发展状况，阐述课题提出的目的和意义，小型龙门加工中心主轴系统模块化设计3明确了本文研究的主要内容。2.第二章对小型龙门加工中心的总体进行研究，进行总体布局设计。3.第三章对加工中心的三种主轴系统进行整体的设计，进行关键部件的设计与计算。4.第四章对加工中心主轴系统进行总体的装配，完善各个主轴系统的整体设计。5.第五章对三种主轴系统进行三维设计建模。6.第六章结束语。小型龙门加工中心主轴系统模块化设计4第二章龙门加工中心总体设计机床设计从常用的功能设计进一步发展为机床结构的刚度设计、精度设计、高速化设计、误差补偿技术、寿命设计和可靠性设计等现代先进机床设计技术。为了实现精密机床设计要求，在机床设计中要对各方面进行综合考虑。数控机床造型设计强调功能与造型的统一,造型以功能为基础并体现外观美。过分强调功能而忽视外观美的创造,或者在不体现功能的条件下追求外观美,都会影响产品的功能。数控机床是一种具有强烈的时代感和技术特征的产品,造型应充分体现加工中心高技术、高效率、多功能、高精度、高可靠性、高自动化等特点,也就是通过理性、严谨、整体的造型语言表达产品品质优异、工艺技术精湛,以及高效率的内在品质。具体到产品设计上就是处理好形体线型、形体之间的过渡、表面肌理和装饰、色彩搭配等,并把握好产品造型的视觉情感。图2-1龙门加工中心整体布局2.1、机床支承大件的功能要求机床大件通常指床身、立柱、工作台、横梁、箱体、底座等部件，它们是其他零、部件赖以连接、固定和运动的基础。机床的整体功能，在很大程度上取决于其支撑大件的结构功能。一般机床支撑大件的功能要求如下表2-1：支承大件功能技术经济要求1尺寸容量支承大件的形体尺寸，如镗床、车床等机床，应能容纳加工零件的最大轮廓尺寸；但如龙门刨床、平面磨床等机床，不仅要包容工件