龙门加工中心铣头自动交换系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 介绍了一种铣头可自动交换的桥式高速龙门五轴加工中心的总体设计方案，对现在国内外存在的功能相似的机床的性能指标一一作出对比，其中，主要描述了机床的机械结构、性能和主要零部件的设计和选择，对三个直线轴驱动的方法、两个摆动轴驱动方法和数控操作系统的的设计选择逐一作出分析和讨论，其中主要展示了强推力直线电机的使用和双摆铣头自动交换技术的使用；为强推力直线电机的使用以及快速龙门机床的设计研究给出了重要的理论依据和实践经验。本发明提供一种大型龙门五轴加工中心，包括工作台、左桥梁、右桥梁以及在左右横梁上 移动的横梁，其 X， Y 向采用直线电机直接驱动，滑板内部放置平衡油缸。 Z 向双电机重心驱动滑枕。自制 摆头，根据加工需求实现 桥梁分置两套刀库，容纳 32 把刀具。头库放置在工作台后面，可方便的实现 A 轴摆头的自动交换。系统悬挂安装在机床前方右桥梁上。本发明使用直线电机驱动，运行平稳，性能稳定，适用于航空，航天，汽车等模具的精密加工 关键词： 龙门五轴加工中心；铣头；自动交换；直线电机；高速加工 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 n is a in is at in as as of in of as as NC of of of of a in , Y to Z to C to to be of to 2 to is on in of is 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘 要 . I . 论 . 铣头自动 交换技术简介 .课题主要工作 . 铣头自动交换原理 .头自动交换高速龙门加工中心简介 . 轴自动交换原理 . 铣头自动交换系统设计 .、液、气快换 .位夹紧及扭矩传递 .锁拉钉的选用 . 拉钉工作原理 . 拉钉自锁条件 . 10 轴编码器选用 . 12 于西 门子 840D 系统编码器类型选择及参数设置 . 12 于海徳汉 统编码器类型选择及参数设置 . 14 换状态监控 . 15 量计简介 . 16 控原理 . 17 4 机床的总体方案设计 . 18 床总体机械结构布局形式 . 18 床设计及分析方法 . 18 5 机床的主要性能指标及对比 . 19 6 关键部件的设计及选择 . 21 线轴进给驱动的设计及选择 . 21 、 Y 轴驱动的设计及选型 . 21 轴驱动的设计及选型 . 21 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 动轴驱动的设计及选择 . 21 结论 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪 论 速龙门的五轴加工中心主要使用于汽车产业的工业中模具生产和航天航空产业的复杂零件生产，是航天、航空、模具制造，机动车制造业等产业先进科学技术领域的重要加工设备。其中研究的数控机床的重点针对生产加工难度相对较大 的航天透明体模具设计的，此机床可以满足对透明体注射成形模具粗加工、精加工的要求，确保加工准确度和加工表面高质量的技术要求。 1 铣头自动交换技术简介 参考论文 “双摆头自动交换技术研究 ”、 “高速精密五轴坐标数控加工中心结构设计及性能研究 ”、 “自动交换主轴铣头的三高数控加工机床 ”、 “国外龙门加工中心的结构特点及先进性能 ”五轴坐标数控加工中心与五面加工中心常常被混淆，但事实上它们却是截然不同的东西，这俩个加工中心都是能在一次装夹后完成除装夹面之外；另外那些面的加工内容，但对于五轴坐标数控加工中心，准确的说应该 称它为五坐标坐标数控加工中心，机床的五个坐标轴能够实现联动，然后就可以满足空间中的曲面和任何轮廓的加工，可以让工件在一次装夹后加工工序大量的完成，确保零件的精确度；此外，加工工艺的快速发展，航空领域的加工工艺要求的特别严谨，如航天航空领域所说的“薄壁掏空”工艺，其中针对五轴坐标数控加工中心提出多轴联动的同时，机床轴的高转速也是要求之一，所以在五轴坐标数控加工中心上还采用了例如高速主轴、高速控制系统、先进刀具技术等，使其成为一种多方面高技术集成的产品。 双摆头为五轴坐标数控加工中心的主要功能部件，此应用能够满 足复杂曲面、复杂型腔及特殊工序的加工，使工件在每一次装卡后，能够完成所以工序或大部分工序，大大地提升了加工效率和准确度，并拥有可自动交换功能的双摆头，从而使从粗到细的加工能够在一台机床上完成，发展了机床的应用范围，提高了机床的效率和提高了机床的使用价值。龙门加工中心铣头自动交换技术存在机电液耦合技术、交换状态监测、铣头夹紧牢靠性低等技术难题。针对这些难题采用电、液、气快插快换结构、液压夹紧自锁机构、液压流量监测诸多的解决方案，实现铣头自动交换的可靠性与安全性。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 图 摆头示意图 课题 主要工作 本课题主要对双摆头自动交换系统的结构进行了设计，包括交换结合处的机电液耦合及快插快换、交换过程中的自锁拉钉选用、交换状态液压流量监控等均进行了相关研究及应用。最终设计了安全可靠的双摆头自动交换系统，并取得了良好的应用效果。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 2 铣头自动交换原理 头自动交换高速龙门加工中心简介 该设备满足于航空和汽车工业中的模具制造、原型制造、大型钢模和铸铁模具的制造以及航空航天工业中的复杂零件加工，是航空、航天、模具和机车等高科技领域的关键加工装备。其主要工作性能指标如下： 1、工作 台面： 5000 2500、 X/Y/Z 行程： 5000 2500 1400A/C 轴转角范围： 110 / 360 3、 A/C 轴双摆铣头：主轴可自动交换 4、主轴转速：高速主轴 24000速主轴 9000、主轴扭矩： 72速）， 303 速） 6、 X/Y/Z 定位精度： A/10” 7、 X/Y/Z 重复定位精度： A/C 轴重复定位精度： 5” 8、 X/Y/Z 快进速度： 50/50/30m/A/C 轴快进速度： 60r/、系统： 40D/床整体结构如图 中第 7部分即为可自动交换 ，第 8部分为供交换过程中用于放置主轴头的头库装置。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 图 床整体结构示意图 序号 说明 1 工作台 2 左桥梁 3 右桥梁 4 横梁 5 滑板 6 滑枕 7 摆头 8 头库 9 左刀库 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 10 右刀库 轴自动交换原理 A /C 轴双摆角铣头是中、大规格五轴联动加工中心的核心功能部件，常用于加工具有复杂曲面的大型精密零部件。为了有效保证待加工工件的加工精度，避免因二次装夹等因素引起的加工误差，通常需要在一台加工中心上完成从粗加工到精加工的全部工序，即现在的机床设计中倡导的 “in 念 ”，这样的加工背景需要 A /C 轴双摆角铣头应当具有 A 轴自动交换功能。如图 示， A /C 轴自动交换接口包括 16 对液压快接插头、 4 对电气快接插头、 4 对拉钉、 2 个定位销以及 1 对齿盘，一共 5 种对接元件。在 A 轴自动交换 时，必须遵循这样一套原理 : C 轴首先将欲换下的 A 轴放到铣头库的相应位置上并松开，然后滑枕带动 C 轴上移并移动到即将换取的 A 轴正上方，此时，必须保证 轴所有的对接元件在对接之前的位置一一对应，不允许有错位的现象发生，否则会损坏对接元件 ;在定位准确之后，滑枕带动 C 轴缓慢下移开始抓取 A 轴，在抓取 A 轴时， C 轴与 A 轴交换接口中对接行程长的元件先对接，对接行程短的元件后对接 ; 当 C 轴完成抓取 A 轴时，所有的对接元件同时完成对接。 C 轴完成抓取 A 轴后，滑枕带动双摆角铣头上移脱离铣头库，此时，完成 了 A 轴自动交换的全部过程。 图 2 轴双摆头自动交换接口 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 3 铣头自动交换系统设计 、液、气快换 一般直驱式双摆头 轴的力矩电机、 主轴、轴承等 。这些全部的各个部 件的水、油、气、电都 要满足 是 能够 通断的。 所以 就 必须考虑 水、油、气、电 等等这些 的快换接头的 应用 和安装问题。 、气的快换接头 ， 可以 满足 滑、密封、夹紧 要求 。 水、油、气的通用必须采用同一系列的快换接头，同时 在快换接头的安装要求上 维持一致 ，利于 整体结构的设计。同时 气压、流量等等各个方面能够满足水、油、气的要求 。设计 开始的时候 应 该思考 到虽然一个快换接头的安装公差 的 要求 不是特别严苛 ，但十多个头一起相结合的时候与 所以要 逐个 严格要求每一个快换接头的公差来 符合 整体的结构要求， 保证在 强、弱电在 必须通过快换接头来断开与接通。 这样的设计能够防止 其他一些液体、杂质污染电快换插头引起事故。要求电的快换接头 拥 有可靠 稳定 的接触、 优秀 的抗震动性能、低插拔力、高插拔次数，同时 拥 有不同规格型号满 足强电弱电的不同要求。 现在市场 上 摆头的结构设计并没有专门的电快换接头 ，此 安装存在 相对的 问题。 此 次设计采 应 欧度的重载连接器作为电快换接头并设计如图 1的结构来解决安装问题。按照电快换接头本身结构上有一个法兰面，设计 应 用螺钉来拧紧两个两板焊件夹住快换接头，固定轴向位置，同时利用开槽平端紧定螺钉来固定快换接头的转动。在两钣焊件之间放置尼龙软性材料调整快换接头高度和防止安装调试时拧紧螺钉力量过大损坏快换接头。 轴放置的时候有可能被污染，所以在 轴结合的同时最好有气体来清洁结合面。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 图 1- 钣金件 2345位夹紧及扭矩传递 定位夹紧技术，扭矩传递需要几个部件来共同完成这一过程，这包括粗定位销、拉钉、端齿盘等。 在 换 过程 中 来粗定位 满足 水、油、气、电的快换接头 可以 结合 是粗定位销的作用 。 采用 粗定位销的配合确保这一过程 ，但是 此 粗定位销的配合 尺寸公差 需 高于水、油、气、电快换接头结合的公差要求。 然后 需要拉钉的拉 紧 ，拉抓不但要提供足够的拉力而且拉紧后还 需要 自锁， 确保 断电等意外情况发生时 会意外掉落 。在拉钉拉紧时端齿盘开始 相 结合。由于端齿盘的自动定心作用和高重复 准确度 的特点，在使得 轴同心 在拉钉拉紧时得到确保 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 图 轴部分结构 123轴上部 4轴下部 图 轴部分上部结构 12、气快换接头 34锁拉钉的选用 在交换过程中选用 有一定的 可靠 性的自锁特点 ,在拉紧铣头时由于拉钉自锁 可以拥有非常高 的安全性 , 而且 铣头的 松紧进行自买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 动化控制能有依靠控制压力油进行，已经冲破 了传统的铣头手动交换过程中的动作繁琐、重复定位精度差以及效率低下的缺点。 图 钉工作原理 拉钉包括 2种工作状态：松开状态与拉紧状态。当拉钉呈松开状态时 ,表示机床滑枕已经松开下方的铣头。此时，可以在铣头库中自动交换新的铣头。当拉钉呈拉紧状态时，表示机床滑枕已经交换完成新的铣头，可以立刻进行下一步的工件切削工序。 图 1、松开状态 压力油从拉钉 底部 松开进油口进 入 后，油 腔内的 油 推动活塞 进行 向左 的 运动，当活塞的 根部的凹槽与拉钉 的 顶部以及活塞的顶部与拉钉的中心孔 的 底部同 一 时 间 接触后，推动拉钉、自锁块 共 同向左运动，当整体向左运动到自锁块与拉钉壳体的斜面紧密贴合后，整个机构向左自锁，该动作称为松开状态正行程。由于活塞可以向右运动，因此，松开状态反行程不自锁。在松开状态正行程动作过程中，拉爪在拉钉摩擦力的带动下会向左滑动，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 为防止拉爪从拉钉上脱落， 在拉钉壳体内壁上安装有挡圈，可以通过挡住拉爪根部的法兰从而限制拉爪向左的移动。 2、拉紧状态 当油从拉钉拉紧进油口进 入 后， 活塞 在油的力的作用 下 向右运动 ， 自锁块与拉钉 通过活塞带动着的斜面 一同向右运动，向右运动一段 路程， 拉钉左侧凸起 部位 推动拉爪 共 同向右运动，当拉爪勾住左侧的拉钉端盖后 ， 整个机构 停止向右运动 。该动作称为拉紧状态正行程 ， 正行程不 发生 自锁 现象 。正行程结束后 ， 机床滑枕完成了自动交换铣头的拉紧动作。在拉紧状态反行程过程中，只有一个移动副，而自锁块处于拉钉端盖与活塞两个斜面之间， 两两互相贴合，紧密相连， 向左完全自锁。 所以 ，整个拉钉机构在拉紧状态反行程自锁，自锁的 特殊性很大程度上增加 了铣头自动拉紧的安全性。 钉自锁条件 拉钉松开状态 正行程与拉紧状态反行程均自锁。下面通过机构的机械效率理论来分别求解松开状态正行程与拉紧状态反行程的自锁条件。 松开状态正行程自锁条件 如图所示，在松开状态正行程时，自锁块的驱动力 就是油压的推力。 同时 ， 自锁块受拉钉壳 体的反作用力以及 拉钉的反作用力，自锁块 在力的 作用下呈自锁状态。 图 态 局部受力图 如图所示， 可推出 ： 561 2 7 6 5 6 2 7 6s i n ( ) s i n ( )2 其中油压的推力 F 与 拉钉壳体对自锁块的反作用力56F；拉钉对自锁块的反作用力76F；56为拉钉壳体与自锁块之间的摩擦角56；自锁块与拉钉之间的摩擦角76；1为拉钉壳体斜面与水平线之间的夹角1；拉钉斜面与水平线之间的夹角2。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 可进一步得： 5 6 1 2 7 6 5 62 7 6* s i n ( )s i n ( )2 当不计 算 自锁块与拉钉、拉钉壳体之间的摩擦力时， 5 6 1 202* s i n ( ) 此时，松开状态正行程的机械效率为： 0 1 2 2 7 62 1 2 7 6 5 6s i n ( ) * c o s ( )c o s * s i n ( ) 若松开状态正行程自锁 , 即 0 ，则松开状态正行程的自锁条件为： 1 2 2 7 62 1 2 7 6 5 6s i n ( ) * c o s ( ) 0c o s * s i n ( ) 拉紧状态反行程自锁条件 此图显示，当 拉紧状态反行程时，自锁块的驱动力 为铣头的拉力 ， 此 时，自锁块分别受到拉钉与拉钉壳体对其的反作用力，自锁块在 每个 方向力的作用下 显示 自锁状态。 图 此图显示 ，同样 用 自锁块 作为 研究 的 对象， 此时可由 正弦定理 推出 可得拉紧状态反行程的机械效率为： 0 1 3 3 7 63 1 3 7 6 5 6s i n ( ) * c o s ( )c o s * s i n ( ) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 式中铣头的拉力 F 为，拉钉斜面与水平线之间的夹角3为。 若拉紧状态 反行程自锁 , 即 0 ，则拉紧状态反才了程的自锁条件为 1 3 3 7 63 1 3 7 6 5 6s i n ( ) * c o s ( ) 0c o s * s i n ( ) 通过对 研究拉钉工作原理 ， 研究 了拉钉松开状态正行程 和 反行程与拉紧状态正行程 和反行程的工作过程。 分别 计算松开状态正行程 和 拉紧状态反行程机械效率， 最后 求出松开状态正行程 和 拉紧状态反行程自锁条件。 因为 在自动交换双摆铣头时，需要同时更换摆头中相应轴 (如本文范例机床中的主轴与 A 轴 )的电机与编码器， 在 对 数控系统的类型不同的情况下 ，同时 互 换编码器与 电机时，对编码器类型的 采用 是有 严谨 的技术要求的， 数控系统的类型不同 对于 编码器的类型也不相同 ，有 一 些组合是 能够 实现自动交换双摆铣头， 但是有一 些组合是 没有办法 实现自动交换的。 于西门子 840D 系统编码器类型选择及参数设置 第一 ， 应该 注意的问题是，在自动交换双摆铣头的过程中， 要同一时间交换编码器和交换电器 ，对于电机 来说的话 ， 相同类型的电机间能行进交换 ， 就是 同步电机与同步电机之间互相交换，异步电机与异步电机互相交换，同步电机与异步电机是无法进行交换的。 其次，对于实现自动交换双摆铣头， 必须重新激活并应用 “新更换机床轴 ”相应的参数设置，为了达到此目的，西门子系统准备了 4 组电机参数，分别对应的存储在 1000，2000， 3000， 4000 系列范围的参数中， 过改变 “驱动控制字 ”中的电机位( 发出准备交换电机的请求，并同时选择并激活了对应的上述 4 组电机参数。 在参数设置方面，有一个重要的参数 该参数是控制电机交换使能及电机交换类型的，当参数 时，系统电机交换功能关闭，当参数 时，系统可最多可交换 4组电机与编码器，并且每组电机都拥有自己的相应参数设置。 下面 用 交换双摆铣头的电主轴 和 A 轴为例，介绍西门子 840D 系统选择编码器的技术原则及原因，交换过程中需要 通过 以下步骤与状态 (摆头 1 是 当前激活并工作 的 ，现将摆头1 交换为摆头 2)： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 图 换双摆铣头示意图 1、 把 双摆头 准确 定位到摆头 1 库中的还摆头位置，准备 把 摆头 1 还回库中，此时A=0,C=0,如上图 1 所示： 2、 过改变 “驱动控制字 ”中的电机位，发出准备交换电机的请求 (3、驱动控制器将 “驱动状态字 ”设置成 “交换激活 ”的状态，并取消主轴 1 及 A 轴的 “脉冲使能 ” 4、驱动控制器通过 “的 “脉冲使能位 ”来通知 轴 1 及 A 轴的 “脉冲使能 ”已经取消 (5、控制器来开启主轴 2及 6、控制器通过电机位来通知 轴及 7、 过 840D 申请 “生效 8、 840D 通过 “驱动控制字 ”申请 “生效 9、驱动控制器通过 “驱动状态字 ”通知 已经生效 ($3 : “生效 ) 10、 掉主轴连接， 候 自动交换双摆铣头 执行命令 过程，如图 示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 图 11、 接主轴 2 及 A 轴的电压供给及编码器等，如图 示： 图 12、 过 840D 终止 “ 13、 840D 通过 “驱动控制字 ”终止 “ 14、驱动控制器通过 “驱动状态字 ”通知 已经终止 ($ 15、 过 “(知驱动控制器 “电机交换完成 ” 16、驱动控制器将 “驱动状态字 ”中的 “交换激活 ”状态删除，并激活主轴 2 及 A 轴的 “脉冲使能 ” 17、驱动控制器通过 “的 “脉冲使能位 ”来通知 轴 2 及 A 轴的“脉冲使能 ”已经激活 (于海徳汉 统编码器类型选择及参数设置 采用 海徳汉 统进行自动交换双摆铣头，其 中 交换的物理过程 和 上 面所说的的西门子 840D 系统 类似 ， 不在重复叙述 ， 以下重点 介绍在自动交换铣头的过程中系统软件的处理过程和特点， 和 产生对编码器类型选择的影响。 如图 示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 图 换状态监控 机床上液压卡紧松开辅助动作很多，如：主轴松卡刀，伺服轴抱闸松卡，交换托盘时拖盘的松卡， 交换双摆头时双摆头的松卡等。而执行卡紧松开动作的油缸多植入在各功能部件内部，由于机械结构紧凑，很难在内部直接安装接近开关或位移传感器以获取位置进行到位信号。有些功能部件在结构允许的情况下，将活塞位移动作传递到功能部件外部再进行检测，如主轴松卡刀、转台松卡等。但旋转轴环形抱闸、托盘卡紧拉钉、双摆头交换拉钉等，使用时需将卡紧机构插装在机械体内部，由于结构所限就无法直接测得位移信号。通常做法是采用压力信号来代替位移信号，即松卡压力达到设定值不变标志着活塞运动停止，从而间接判断松卡动作已完成，原理图如图 2 所示。但如 果由于某些原因导致油缸在中间位置卡死时，就会发出错误信号，造成机床误动作，导致安全事故的发生。 高速龙门五轴加工中心的研制中，双摆头交换是由 4 个自锁拉钉实现双摆头松卡。为了解决上述问题，在液压松卡回路中设置了流量计，作为卡紧松开到位检测元件。流量计可以通过检测通过的油量，真实地检测到油缸卡紧松开是否到位。由于流量计设置在回路上，不受机械结构尺寸所限制，成功地解决了双摆头松卡到位检测的问题。其原理图如图3 所示。 图 力开关检测松 /夹到位原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 图 量计检测松 /夹到位原理图 量计简介 流量计种类较多，功能原理大不相同，应用领域也有所不同。齿轮流量计是根据齿轮马达原理，两圆柱齿轮在测量腔内由液流驱动无接触运行；齿轮的运动由位于盖板内的两个无接触的传感器检测，在传感器室和计量环室之间，装有一非磁性抗压隔板；当计量机构转动一个齿时，传感器发出一脉冲信号，对应一个齿的油量 过流量计，通过前置放大器，把信号转换为一方波信号；两通道检测，可有更高的分辨率，并确认流量方向。齿轮流量计，精度较高，黏温特性好，工作压力高，价格相对较低，适合在机床液压系统中应用。其结构如图 1 所示。 图 轮流量计结构示意图 控原理 设每个拉钉卡紧所需油量0 10V 卡紧动作所需总油量为04 40V 选取德国司 号齿轮流量计，齿轮几何容积 ，即每发出一个脉冲信号齿轮流量计通过 量，则完成卡紧动作所需脉冲数为： 04 4 * 1 0 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 拉钉松开时，流量计测量同一油腔的油量，脉冲数与卡紧动作 相同，但方向相反。因而，执行拉钉松卡动作后，通过检测流量计接收的脉冲数是否达到相应数值 (检测脉冲数与拉钉状态对应关系见表 1)，来判断该动作是否正确完成，双通道脉冲信号可以检测出流量计转动方向，从而判断是松开还是卡紧动作。 表 最大检测时间内的脉冲数 拉钉状态 0 保持松开或缩紧状态 1 3 流量计与拉钉之间管路有泄漏 163 松开或卡紧到位 163 管路爆裂 通过合理使用流量计，保证了铣头在自动交换过程中松开和加紧的可靠性。 参考 “可交换式双摆头设计过 程中编码器类型的选择 ”、 “、 “齿轮流量计在机床液压系统中的应用 ”、 “直驱式双摆头交换 A 轴相关结构的研究 ”、 “端齿盘的参数设计与应用 ” 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 1 1 4 机床的总体方案设计 床总体机械结构布局形式 如 图 1 所示 。 工中心采用龙门框架结构 ， 工作 台和左右桥梁固定 ， 横梁 、滑板和滑枕在直线电机的驱动下在 两 桥梁上前后移动 做 X 向运动，滑板 和滑枕通过直线电机驱动在 横梁上左右移动 做 Y 向运动，滑枕 通过滚珠丝 杠副驱动在滑板 中上下移动 做 Z 向运动 ； A/C 轴双 摆铣头 绕 Z 轴转 动 （ 360） 为 C 轴 ， A/C 轴双摆铣头 绕 X 轴摆 动 （ 110） 作为 A 轴 ； A/C 轴双 摆 铣头采购的 是某公司的可换铣头形式的产品 ， C 轴部分固定在滑 枕内 ， 可以通过头库 来 选择两个不同 的 A 轴铣头 ， 以便满足粗加 工和精加工的要求 ， 整个交换过程自动 化 。 X 轴 的 4 条重载导轨分两组 分别布置在左右桥梁上，直线 电机初级 与横梁相连接 ，次级布在每组导轨的中间位置 ， 如 图 2 所 示。 Z 轴 采 用滚珠丝杠副双驱结构 ， 提高机床可靠性及精 度稳 定性。各轴采用光栅尺全闭环控制 ， 确保机 床的定位精度及精度 的稳定 。 A、C 轴 与 X、 Y、 Z 3 个直线轴五轴联动就可加工出复杂的 空间曲面 。 该机床的结构布局适合大型航空透明体模具高速加工 中的需要 ， 更适合于大型飞机复杂结构件高速加工中的需 要 。 图 高速龙门五轴加工中心结构示意图 床设计及分析方 法 机床采用先进的动态设计方法进行设计，考虑到产品的系列化 ， 主要部件均采用模块化设计理念，用 软件进行三维 设计，用 件对机床（尤其是 A/C 轴双摆头）进行运动模拟计算，用 件对机床整体和关键基础大件进行买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 有限元分析和优化设计，使整台机床刚性高、振动小、运动部件质量小，从而可以改善动态性能和快移速度；整机设计重视工作区域的优 化设计符合人体工程学。 直线导 轨 直线电机初 级 移动部 件 图 4. 2 X/Y 轴直线电机的布置示意图 通过对关键基础结构设计机械加工整机装配精度工艺保证方法的研究，整机刚度特性测试与分析，以及动力学特性对加工精度性能的影响规律的研究和机床智能化技术的研究，包 括热变形及温度补偿技术，自适应加工技术，五轴变换功能中 转刀具中心编程）自动补偿技术的研究，保证机床的精度。 5 机床的主要性能指标及对比 头可自动交换的高速龙门五轴加工中心产品与德国 38 和法国 H 系列高速龙门五 轴加工中心进行主要技术指标及性能参数对比，如表 5所示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 表 5主要技术指标及性能参数对比 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 6 关键部件的设计及选择 线轴进给驱动的设计及选 择 Y 轴驱动的设计及选型 X、 Y 轴采用西门子直线电机驱动，由于 机床 X/Y 轴的移动质量非常大，所以均选用推力最大的 1 号的直线电机。 1机是永磁同步直线电机，特点是功率大，超负载能 力强，具有模块冷却功能，此电机是以内装式电机构件的形式提 供的，如图 4 所示 1。它由初级部构芯和次级部构芯构成，根据精 密度要求的不同，电机可以配精密冷却器或次级部构芯冷却器， 初级部构芯有固定尺寸；而次级部构芯包含了各种不同的构芯半 体，这些构芯半 体可以被组合起来产生一个所需要的移动轨道。 通过几个电机并联工作，驱动力可以扩展的远远超出标准范围。机床的 X 轴是横梁加上滑板滑枕框架移动，整个框架重达 18t，项目选用瑞士某公司的 号重载滚柱导轨和 号的滑块，滚动导轨副的摩擦系数小，非常适合龙门框架移动的动静刚度要求。导轨的滑块选用加长加宽型，每个滑块的额定静态承载量 C 可达到 295000N，额定动态承载量 达到 530000N2。考虑到安全系数，每根导轨安装 4 个滑块。 Y 轴是滑板 和滑枕组合体移动，重量达到 8t，同样选用瑞士某公司的 号重载滚柱导轨和 号的滑块，每根导轨安装 3 个滑 块。每根导轨上均安装