卧式加工中心回转工作台设计【通过答辩论文设计及图纸】
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机电工程学院毕业设计（论文）课题 申请表 课题名称 卧 式加工中心机床 回转工作台设计 专业 机械设计制造及其自动化 课题来源 江苏多棱数控设备股份有限公 司 毕业设计地点 常工院 申报人 职称 课题简介： （课题来源、课题技术背景、课题工作内容的详细描述） 本课题来源于 江苏多棱数控设备股份有限公司 ， 设计一台 卧 式加工中心机床，要求 保证加工精度高，生产质量稳定，加工适应性强 。 本课题设计回转工作台，以 实现加工中心 Z 轴 方向的转动自由 度。 课题评价 指标所占分数及评分标准 评 定分数 评 价 指 标 课题是否符合本专业的培养目标及教学大纲基本要求。 课题符合机械设计制造及其自动化专业的培养目标及教学大纲基本要求 15 好 较好 一般 差 课题与社会需求、生产实践、科研工作和实验室建设任务的结合程度 ，是否具有经济价值 该课题 直接来源于生产实际，具有一定的经济价值 10 好 较好 一般 差 课题在学生综合运用所学的理论知识与技能方面 的作用 。 本课题对学生综合应用所学基础理论知识与专业技能方面的提高具有较大的作用，并要求学生必须具备扎实的机械设计基础，具有全面的机械方向的专业知识，熟悉 数控 机床设计原理。 10 好 较好 一般 差 课题 的创新性 具有一定的创新性 5 大 一般 无 课题 实施的软硬件条件及解决方案 有工厂工程师定期指导，由学校提供机房 10 具备 尚可 欠缺 评 价 指 标 课题的难度，深度、广度方面 本课题必须具备扎实的机械设计基础，具有全面的机械专业知识，并且必须熟悉 数控 机床设计原理。 10 好 较好 一般 差 10 8 6 4 预计该课题的工作量方面（ 外文摘要及论文（报告）的字数，图纸、软硬件的数量及技术指标等） 本课题的方案设计和主要部件设计需要 纸8 张和 纸两张。 30 饱满 较饱满 一般 差 30 24 18 12 该课题与已往 三年内所带毕业设计课题的 类同情况 不同 10 完全 不同 相似 相同 10 4 0 毕业课题工作安排：（较详细计划） 课题评定总分 评定人对课题评价： 注： 如果课题为在教师指导下学生自选的题目，请在本表课题来源栏目中说明（学生班级、姓名、学号） 2008 届 毕业设计 任务书 二级学院（直属学部）： 机电工程 学院 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 04 机 一 学生姓名 指导教师 职称 课题名称 转工作台 设计 课 题 工 作 内 容 加工中心是典型的集高技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计制造的水平。目前，加工中心已成为现代机床发展的主流方向，广泛应用于机械制造中。与普通数控机床相比，加工中心配有刀库，能自动换刀，从而实现工序集中；正是工序集中，一次装夹即可加工出 工件上的大部分表面，在保证高的尺寸精度的同时，保证各表面间的位置精度；也大大提高了劳动生产率，降低了劳动成本，改善了工人的工作环境 ，降低了工人的劳动强度。 本课题来源于江苏多棱数控设备股份有限公司， 完成带回转工作台的三轴联动 式加工中心的 回转工作台 设计，确定加工中心 回转工作台的结构 ， 确定其分度、转位和定位方式，完成其分度、定位、转位机构的设计， 工作台尺寸满足： 630 630， 工作台承重： 800回转台 定位精度达到 ： 5 ；回转台 重复定位精度 ： 2 等精度要求。 该项目包括： 1、 式加工中心 回转工作台结构 总图 2、 式加工中心 回转工作台分度机构总图 3、部分零件图 4、毕业设计说明书一份 （中文摘要不少于 300 字，英文摘要不少于 1200 个印刷符号）。 5、翻译 与 本专业 相关的 15000 个印刷符号的 科技英语文章 标（目标）要求 一、 技术指标 1、 工作台尺寸满足： 630 630， 工作台承重： 800 2、 回转台 定位精度达到 ： 5 ； 回转台 重复定位精度 ： 2 ； 二、质量指标 1、回转工作台回转精度高，定位准确、可靠； 2、回转工作台转位机构结构简单，转位可靠 ； 3、回转工作台分度机构结构简单，分度精度高； 4、工人操作简单，安全可靠 进 程 安 排 进程安排： 3 周到 4 周 明确设计任务，收集资料、调查研究 ,完成毕业设计开题报告 。 5 周到 7 周 方案论证、确定课题总体方案。 8 周到 10 周 完成总体设计草图。 11 周到 15 周 完成装配总图、部件图及部分零件图。 16 周到 18 周 编写毕业设计说明书以及答辩准备 。 主 要 参 考 文 献 1 任嘉卉 公差与配合手册 M. 机械工业出版社 1990 2 张孝恩 加工中心交换工作台定位机构的改进 J17 3 张孝恩 保证加工中心交换工作台定位精度的方法 J 机械制造 3 4 徐锦康 机械设计 M 机械工业出版社 2001 5 周建方 材料力学 M 机械工业出版社 2002 6 沈世德 机械原理 M 机械工业出版社 2001 7 代晓明、杨庆东 高架桥式龙门高速加工中心直线进给系统的设计机械制造J:128 范真 加工中心 M 化学工业 出版社 2004 9 沙杰 加工中心结构、调试与维护 M 机械工业出版社 2003 10 韩鸿鸾、荣维芝 数控机床的结构与维修 M 机械工业出版社 2004 11 罗敏 用分度数控轴实现加工中心工作台分度功能的设计方法 J 512 南京市机械研究所 金属切削机床夹具图 M 机械工业出版社 1990 13 戴曙 金属切削机床设计 M 机械工业出版社 1981 地 点 常州工学院 起止 日期 20082008主任： 指导教师： 年 月 日 2008 年 2 月 28 日 说明：毕业设计任务书由指导教师根据课题的具体情况填写，经系部审核签字后生效。此任务书在毕业设计工作开始前一周内填写并发给学生。 毕业设计（论文）进展情况记录 （ 2007 /2008 学年 第 2 学期） 二级学院 机电工程学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 班 级 04 机一 课题名称 学生姓名 指导教师 填 写 说 明 1. 学生在正式接受毕业设计（论文）任务书后填写本表格。 2. 本表格由学生按照毕业设计进行的周次填写，每周填写一张，并交指导教师签署意见。 3. 在毕业设计（论文）工作的中期，学生应填写“毕业设计（论文）工作中期小结”，指导教师签署意见。 4. 本表格由学生保存，在毕业设计（论文）结束后和其他设计（论文）资料一起上交。 5. 建议学生每周使用电子文档提交本表格，以方便远程联系和保存。 第 3 周进展 情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周工作进展 经过一周的忙碌，翻阅了好多有关工作台方面的书，也到网上看了好多文章，自己对加工中心有了很深刻的认识和了解。最后也顺利的完成了开题报告，也算为毕业设计开了个好头吧。 存在的问题： 在写开题报告的过程中，遇到了很多问题：首先便是无从下手，不知道自己该干 什么 ，对着一个课题自己要从头设计到结束，自己以前是一点经验都没有，一点方向没有，大概需要做哪些工作也不是很清楚，最后通过老师的精心讲解，对自己要做的课题有了一定的把握，也知道自己 需要完成哪些目标，总之有一定的进步。 下一步的打算： 在确定了自己的设计方案后，便需要着手进行设计工作了。下个星期我会去多借一些关于回转工作台的书回来参考研究，以便自己更细致的确定和完善设计方案。学生签名： 2008 年 3 月 8 日 指导教师意见与下周进度要求 本周要求学生在明确设计任务的基础上，进行调查研究和收集资料。该同学的学习主动尚好，能在理解毕业设计内容的基础上，积极收集资料，为熟悉设计任务，初步完成开题报告，但仍存在一些问题，应及时改进，希望再接再厉为自己的大学生 活画上圆满的句号。 该生应确保每周的毕业设计时间，希望抓紧一切时间，早日交出一份满意的答卷。 指导教师签名： 2008 年 3 月 9 日 第 4 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周工作进展 这周主要工作是在网上查阅数控机床的工作台有哪些类型 ，对收集的资料进行整理和研究分析 ，通过对资料的熟悉进一步完善了开题报告。 通过对设计要求的进一步熟悉， 也 确定了自己设计的工作台的类型。 存在的问题： 资料很 多 ，还没有很有条理的整理出来 ， 设计路线有待于进一步完善 。 下一步的打算： 整理资料， 下周将对电机进行计算及选择。 学生签名： 2008 年 3 月 15 日 指导教师意见与下周进度要求 虽然作为机械设计及其自动化专业的学生，但专业知识仍显匮乏， 对设计过程和设计思路还没有底，缺乏相应的专业知识作为支撑。 在收集及阅读大量资料的基础上，对本课题有了初步认识，对设计过程有了一定了解，在消化资料的基础上完成开题报告 ， 对课题的意义有了一定的认识 ， 并着手进行初步的方案设计。 指导教师签名： 2008 年 3 月 16 日 第 5 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周工作进展 这周主要工作是在网上查阅了 大量数控加工中心回转工作台的类型，在方案论证的基础上，初步确定了回转工作台的定位、夹紧、转位功能实现的结构方案。 下一步的打算： 确定电机型号。 学生签名： 2008 年 3 月 21 日 指导教师意见与下周进度要求 本周查阅了大量 资料的基础上 ，初步确定了回转工作台的定位、夹紧、转位功能实现的结构方案。 鉴于加工中心的设计要求，采用经济型的数控分度回转工作台，用定位精度高的鼠牙盘定位。 下周进行电机型号的确定。 指导教师签名： 2008 年 3 月 22 日 第 6 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周工作进展 这周主要工作是在网上查阅了如何选择电机，并通过老师的讲解，了解到本课题所设计 要求 需要的电机大概类型。并通过一些手册确定了所选电机型号。 下一步的打算： 下周将 对 对鼠牙盘进行计算及确定。 学生签名： 2008 年 3 月 28 日 指导教师意见与下周进度要求 本周在类比各类电机性能的基础上，经过初步设计计算，确定了电机型号。 下周对回转工作台的 定位机构鼠牙盘进行设计计算。 指导教师签名： 2008 年 3 月 29 日 第 7 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周工作进展 这周的工作主要是对鼠牙盘进行学习研究，了解其结构及其工作原理。翻阅各种资料最后确定本课题设计的 鼠牙盘类型。然后根据 设计 手册进行相关计算，算出鼠牙盘的相关参数。 确定其材料及热处理。 下一步的打算： 下周的将对液压系统进行计算。 学生签名： 2008 年 4 月 5 日 指导教师意见与下周进度要求 前期工作一直未引起重视，开始具体计算才知道原来设计过程远非想象的那么简单， 可充分利用网络资源和相关设计手册，静下心来，踏踏实实地计算。 下周根据主轴最大进给抗力，计算夹紧油缸的夹紧力，对液压系统进行设计。 指导教师签名： 2008 年 4 月 6 日 第 8 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周工作进展 这周主要工作是分析 液压 夹紧机构的工作原理，计算并 设计 液压缸，并通过老师的讲解，了解到本课题所设计内容需要的液压缸大概类型。并通过 设计要求确定了所选液压缸 的尺寸 ， 同时 编写设计说明书。 下一步的打算： 下周将对 液压系统 进行 进一步的 计算。 学生签名： 2008 年 4 月 13 日 指导教师意见与下周进度要求 伺服电机驱动数控回转台回转 、 分度， 油缸控制台面抬起 、 夹紧 ， 并有编码器检测位置；用两只接近开关分别检测台面抬起与夹紧，用一只开关使转台回零。 液压回路的控制由行程开关控制。下周进一步计算。 指导教师签名： 2008 年 4 月 13 日 第 9 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周工作进展 本周的主要工作为进一步的对液压系统进行设计计算。通过上周对液压系统的工作原理的分析进行进油腔压力油的压力进行计算。然后把活塞的基本尺寸进行确定。 下一步的打算： 下周将会对齿轮的初步计算。 学生签名： 2008 年 4 月 20 日 指导教师意见与下周进度要求 本周完成了液压系统的设计计算， 应注意进油回路、回油回路、润滑油路的区别，活塞尺寸还受到工作台尺寸的限制。 根据所选伺服电机的转速和分度时回转工作台的转速，确定工作台回转时传动系传动比，然后进行传动系设计。 指导教师签名： 2008 年 4 月 23 日 第 10 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的 主要问题及下一步打算 本周工作进展 本周我查阅了很多资料对齿轮设计所需要的知识进行了一些复习，了解了齿轮传动设计的一些基础知识。然后进行初步计算，根据 鼠牙盘工作时的扭矩进行传动比确定，确定齿轮的一些基本参数。 下一步的打算： 下周将会对齿轮进行细致的计算。 学生签名： 2008 年 4 月 25 日 指导教师意见与下周进度要求 应先根据所选伺服电机的转速和分度时回转工作台的转速，确定工作台回转时传动系传动比，然后根据结构设计方案，分别 确定带传动、锥齿轮传动和圆柱齿轮传动的传动比，再进一步进行各传动机构设计。 不然齿轮传动的传动比怎么来的？ 指导教师签名： 2008 年 4 月 26 日 第 11 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周工作进展 这周 根据老师的提示，完成了传动比的分配。 通过上周对齿轮设计基本知识的复习， 再结合上周对齿轮的一些基本参数的确定，进行详细的设计计算。 下一步的打算： 下周的工作仍然是对齿轮的设计（锥齿轮）。 学生签名： 2008 年 5 月 4 日 指导教师意见与下周进度要求 下周应尽快完成齿轮的设计和校核，然后进一步完成其支承、润滑等结构。同时外文翻译应着手准备，马上要期中检查，做好前期的总结工作。 指导教师签名： 2008 年 5 月 4 日 毕业设计（论文）工作中期小结 学生毕业设计（论文）工作中期小结 通过近九周的时间，我的毕业设计工作进行了很多，从最初接到课题时的一无所知、茫然无绪，不知道从何下手，到现在对课题的全面了解，毕业设计工作也 井井有条地 进行。这期间收获很大，让我对一个系统的设计有了一定设计思路，也让我对以前所学的的一些专业基础知识有了很多的温习，让这些基础知识 重新回到我的脑中。对以前的知识进行回顾，再运用到当前的设计中，个人能力自然得到很大的提高。我个人进行的毕业设计工作在学期进行到一半的时候，工作也完成得有一半多。对此非常感谢老师的帮助，每周指导老师都会抽一天时间给我们进行集中辅导，让我们把设计中的遇到的疑难问题拿出来共同讨论，一起解决。在这种讨论中，我解决了很多问题，这使得我的毕业设计工作得以顺利进行。 过了毕业设计中期答 辩，我课题的设计计算过程大概差不多就要结束，最后把设计成果绘成图形，把设计过程编写成设计说明书，并对设计内容进行相关的修改 ，最后我相信会顺利的完成所有的毕业设计工作。 学生签名： 2008 年 5 月 4 日 指导教师对学生到目前为止毕业设计（论文）工作的评价和意见 该生 在毕业设计阶段，学习有较高的主动性，能自觉地查阅各类资料，有较好的求知欲，能 按预期目标完成了相关的设计任务 。 希望 在设计后半段，调整 到最 好心态 ，圆满的完成毕业设计，为自己的大学生活画上一个圆满的句号。 指导教师签名： 2008 年 5 月 4 日 第 12 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周工作进展 通过一周的努力，现在已经完成锥齿轮的全部设计 。 其中包括和大圆锥齿轮配合的轴的设计。 下一步的打算： 下周的工作 是对前面设计齿轮时与齿轮轴配合的轴承进行寿命校核 。 然后对同步带进行选择，对带轮进行参数计算。 学生签名： 2008 年 5 月 11 日 指导教师意见与下周进度要求 通过中期答辩 ， 应及时 总结前期工作中的不足， 进度仍然稍慢，故应抓紧时间及时把损失的时间补回来。 尽快完成回转工作台传动系统设计计算，开始装配草图绘制和英文翻译。 指导教师签名： 2008 年 5 月 12 日 第 13 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周工作进展 这周 我完成了之前设计时所选轴承的寿命校核 。 并完成同步带的选择及带轮的相关计算。 下一步的打算： 下周的工作 是对其他一些辅助元件的选择并确定润滑和密封方案 。 学生签名： 2008 年 5 月 18 日 指导教师意见与下周进度要求 同步带的设计和选用因没有学过相关课程有一定的困难，应学习机床设计手册中的相关知识和查阅手册确定参数，应尽快将图纸先画出来，以校核设计尺寸的合理性。 指导教师签名： 2008 年 5 月 19 日 第 14 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周工作进展 经过一周的工作，我完成了其他辅助元件的选择 。 然后通过查阅资料，首先了解了一些常规润 滑和密封方法，最后经过工程师的指导确定了本设计的密封润滑方案 ，开始装配草图的设计 。 下一步的打算： 下周 将完成英语科技文的翻译 和设计说明书的整理 。 学生签名： 2008 年 5 月 25 日 指导教师意见与下周进度要求 该生本周加快进度，完成了装配草图。在完成草图的过程中，锻炼了 决问题的能力。 下周着重完成毕业设计说明书。 指导教师签名： 2008 年 5 月 25 日 第 15 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周工作进展 经过一周的紧张工作，我完成了 2 张图纸的绘制。熟练掌握了 成回转工作台外观图和活塞零件图的绘制。 学生签名： 2008 年 5 月 30 日 指导教师意见与下周进度要求 绘图过程充分反映了该生机械制图和 握的程度，绘图过程不太熟练，表明平时训练过少，通过本次设计可以有一个提高。 本周该生开始拆绘零件图，充分反映了该生在尺寸标准时出现 的基础知识的欠缺，缺乏实践经验，部分尺寸标准不够合理，应加强该方面知识的学习，在制图中不断补充公差和尺寸标注方面的知识。 指导教师签名： 2008 年 5 月 31 日 第 16 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周工作进展 通过一周的资料查阅选择了一篇英语科技文，然后通过英语词典的帮助完成了英语科技文的翻译工作 。 设计说明书也按照要求进行整理，将以前所设计的东西进行格式排版， 初步 完成完整的设计说明书的编写。 下一步的打算： 完成 毕业设计说明书的最后定稿，准备答辩 。 学生签名：王伟 2008 年 6 月 7 日 指导教师意见与下周进度要求 该生本周完成了外文翻译的初稿，总的来说行文流畅， 由此看出有较好 的外语基础 ，但格式应按设计说明书的要求修改 。 本周该生完成了设计说明书的总体框架结构，以及摘要、关键词、引言及部分正文的撰写，结构和行文稍欠合理，有待改进，应抓紧时间完成最后的收尾工作。 下周完成毕业设计说明书的最后收尾工作，打印图纸、说明书打印装订，为毕业设计送审做准备 指导教师签 名： 2008 年 6 月 8 日 第 17 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 一：本周毕业设计进展 整理所以资料和思路，准备答辩 二： 存在的问题 无 三：下一步打算 准备 答辩 学生签名： 2008 年 6 月 10 日 指导教师意见与下周进度要求 整理所有毕业设计资料，为毕业设计答辩做最后的准备。 准备答辩。 指导教师签名： 2008 年 6 月 12 日 业 设 计 说 明 书 题目 ： 二级学院（直属学部）： 机电工程学院 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师姓名： 职称： 评阅教师姓名： 职称： 2008 年 6 月 州工学院机电工程学院毕业论文 1 摘 要 本文主要论述了 式加工中心的回转工作台的设计过程。工作台是加工中心的重要部分。加工中心机床除了沿 X、 Y 和 Z 三个坐标轴直线进给运动外，往往还带有绕 X、 Y 和 Z 轴的圆周进给运动。一般圆周进给运 动由回转工作台来实现。 工作台 分度转位动作包括：工作台抬起，齿盘脱离啮合，完成分度前的准备工作；回转分度；工作台下降，齿盘重新啮合，完成定位夹紧共三个步骤。 正 文 部分 着重讲述了电机、同步带和主要轴承的选择及鼠牙盘、同步带轮、液压系统和传动齿轮的设计计算。设计过程中使用 术进行设计。 关键词 ： 工作台 分度 转位 齿盘 常州工学院机电工程学院毕业论文 2 of of is an of In to , Y of to , Y to to of is at of in of at of of a of on of of of AD 州工学院机电工程学院毕业论文 3 目 录 前言 第一 章 绪论 . 1 . 1 . 2 . 3 . 6 第二章 工中心回转工作台设计方案的拟订 . 7 工 中心常用回转工作台简介 . 7 . 7 . 8 . 9 第三章 回转工作台设计 . 10 作台 的主要设计内容 . 10 . 10 . 11 . 12 轮 的设计计算 . 12 . 15 . 19 . 23 . 24 . 26 . 27 转 工作台总图和零件图 . 27 结论 . 28 谢辞 . 29 参考 文献 . 30 前 言 机械工业担负着国民经济各部门，包括工业、农业、和社会生活各个方面提供各种性能先进、价格低廉、使用安全可靠的技术装备的任务，所以在现代化建设中是举足轻重的。市场竞争的生命力在于产品的水平。任何科技成果要转变为竞争力的商品，设计起着关键性的作用。机械设计是机械产品研制的第一道工序，设计工作的质量和水平，直接关系到产品质量、性能、研制周期和技术经济效益。工业发达的国家都十分重视产品设计：美国认为，设计是一本万利的事，对产品设计 投资 1美元，带来的利润却是 1500美元；英国认为：产品设计是英国工业的命脉，英国工业革新必须以设计为中心，始终应把产品设计多为企业的头等大事，应时常探索研究使产品设尽善尽美；法国认为：设计是工业的生命，要培养超一流设计大师，要大胆启用有才华和有实践工作经验的设计人员。 随着科学技术的进步与发展，数控机床及加工中心的应用已日趋普及，现代数控加工技术使得制造过程发生了巨大的变化，对技术人员的要求也越来越高。因此，我们要充分了解和熟悉现代数控机床的基本知识，使企业尽可能投入少，见效快，让资源合理化运用、让投资更加 合适已成为众多企业所不可忽视的一项重要任务。 课题的设计对于我们综合运用所学的理论知识和技能方面有很大的帮助，并要求我们必须具备扎实的机械设计基础，具有全方面的机械专业知识，熟悉组合机床等相关部件的设计原理，并且在设计过程中遇到的问题要及时反馈和查阅相关资料，对于那些计算的设计过程，更是要保证计算数据的准确，同时也要考虑设计的情况能否符合实际生产加工中的要求。 常州工学院机电工程学院毕业论文 1 第一 章 绪 论 工中心的功能 加工中心是一种功能较全的数控加工机床。它把铣削、镗销、 钻削和切削螺纹等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺功能。加工中心设置有刀库，刀库中存放着不同数量的各种刀具或量具，在加工过程中由程序自动选用和更换。这是它与数控铣床、数控镗床的主要区别。加工中心与同类数控机床相比机构较复杂，控制系统功能较多。加工中心最少有三个运动坐标系，多的达十几个。其控制功能最少可实现两轴联动控制，实现刀具直线插补和圆弧插补。多的可实现五轴联动、六轴联动，从而保证刀具进行复杂加工。加工中心还具有不同的辅助功能；如：各种加工固定循环，刀具半径自动补偿，刀具长度自动补偿，刀具破损报警，刀 具寿命管理，过载超程自动保护，丝杠螺距误差补偿，丝杠间隙补偿，故障自动诊断，工件与加工过程图形显示，人机对话，工件在线检测和加工自动补偿、离线编程等，这些攻能提高了数控机床的加工效率，保证了产品的加工精度和质量，是普通加工设备无法相比的 8 。 工中心的特点 加工中心是典型的集高新技术于一体的机械加 工 设备，它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，因此在国内外企业界都受到高度重视。加工中心综合加工能力较强，工件一次装夹后能完成较多的加工步骤，加工精度较高，对于中等加工难度的批量工件，其效率是普通设备的 5 10 倍。加工中心对形状较复杂，精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为适合。特别是对于必须采用工装和专机设备来保证产品质量和效率的工件，采用加工中心加工，可以省去工装和专机。这为新产品的研制和改型换代节省大量的时间和费用，从而使企业具有较强的竞争能力。因此它也是判断企业技术能力和工艺水平标志的一个方面。如今，加工中心已成为现代机床发展的主流方向，广泛用于机械制造中。与普通数控机床相比，它有以下几个突出特点 9 。 (1) 工序集中 加工中心备有刀库，能自动换刀，并能对工件进行多工序加工。现代加工中心可使工件在一次装夹后实现多表面、多工位的连续、高效、 高 精度加工，即工序集中。这是加工中心最突出的特点。 (2) 加工精度高 加工中心同其他数控机床一样具有加工精度高的特点，而加工中心可一次装夹工件，实现多工序集中加工，减少了多次装夹带来的误差。故加工精度更高，加工质量更加稳定。 (3) 适应性强 加工中心对加工对象的适应性强。加工中心改变加工零件时，只需重新编制 (更 换 )程序，输入新的程序就能实现对新的零件的加工，这对结构复杂零件的单件、小批量生产及新产品试制带来极大的方便。同时，它还能自动加工普通机床很难加工或无法加工的精密复杂零件。 (4) 生产效率高 加工中心带有刀库，在一台机床上能集中完成多种工序因而可减少工件装夹、测量和机床的调整时间，减少工件半成品的周转、搬运和存放时间，机床常州工学院机电工程学院毕业论文 2 的切削利用率 (切削时间和开动时间之比 )高。 (5) 经济效益好 加工中心加工零件时，虽分摊在每个零件上的设备费用较昂贵，但到单件、小批量生产的情况下，可节省许多其它方面的 费用。由于是数控加工，加工中心不必准备钻模等工艺装备，加工之前节省了划线工时，零件安装到机床上之后可以减少调整、加工和检验时间。另外，由于加工中心的加工稳定，减少了废料率，使生产成本进一步下降。 (6) 自动化程度高，劳动强度低 加工中心的加工零件是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作键盘、装卸零件、进行关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度可大为减轻。 (7) 有利于生产的现代化管理 用加工中心加工零件，能够准确地计算零件的加工工时，并有效地简化检验和工 夹具、半成品的管理工作。这些特点有利于于使生产管理现代化。当前有许多大型 成软件已经开发了生产管理模块，实现了计算机辅助生产管理。加工中心使用数字信息与标准代码输入，最适宜计算机联网及管理。 加工中心是计算机控制下的自动化机床，其总体结构主要由以下几部分组成 10 。 （ 1） 基础部件 由床身、立柱和工作台等大件组成。它们是加工中心的基础结构，这些大件可以是铸铁件也可以是焊接的钢结构件，它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削 负载，因此必须是刚度很高的部件，也是加工中心中质量和体积最大的部件。 （ 2） 主轴部件 由主轴伺服电源、主轴电机、主轴箱、主轴、主轴轴承和传动轴等零件组成。主轴的启动、停止和变速等均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。主轴是加工中心的关键部件，其结构的好坏对加工中心的性能有很大的影响，它决定着加工中心的切削性能、动态刚度、加工精度等。主轴内部刀具自动夹紧机构是自动刀具交换装置的组成部分。 （ 3） 数控系统 单台加工中心的数控部分由 置、可编程序控制器、伺服驱动装置 以及电机等部分组成。 置根据它的包含功能、可控轴数、主运算器的性能等分成各种供配置加工中心用的系统，它采用微处理机、存储器、接口芯片等，通过软件实现数控机床要求的各种功能。可编程序控制器替代一般机床中机床电气柜，执行数控系统指令，控制机床执行动作。数控系统主要功能有：控制功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具功能和第二辅助功能、补偿功能、字符图形显示功能、自诊断功能、通信功能、人机对话程序编制功能等。数控系统是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。 （ 4） 自动换刀系统 该系统是加工中心区 别于其他数控机床的典型装置，它解决工件一次装夹后多工序常州工学院机电工程学院毕业论文 3 连续加工中，工序与工序间的刀具自动储存、选择、搬运和交换任务。它由刀库、机械手等部件组成。刀库是存放加工过程所要使用的全部刀具的装置；当需要换刀时，根据数控系统的指令，由机械手 (或通过别的方式 )将刀具从刀库取出装人主轴孔中。刀库有盘式，鼓式和链式等多种形式，容量从几把到几百把。机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置及结构的不同也有多种形式。如单臂式，双臂式，回转式和轨道式等等。有的加工中心不用机械手而利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀的。 （ 5） 回转工作台 加工中心机床除了沿 X、 Y 和 Z 三个坐标轴直线进给运动外，往往还带有绕 X、 轴的圆周进给运动。一般圆周进给运动由回转工作台来实现。加工中心常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台，它们的功用各不相同。分度工作台的功用只是将工件转位换面，和自动换刀装置配合使用，实现工件一次安装能完成几个面的加工。而数控回转工作台除了分度和转位的功能之外，还有实现圆周运动进给运动。 （ 6） 工作台交换系统 有的加工中心为了实现进一步的无人化运行或进一步缩短非切削时间，采用多个自动交换工作台方式储备工件。一个工件安装在工作台上 加工的同时，另外一个或几个可交换的工作台面上还可以装卸别的工件。当完成一个托盘上工件的加工后，便自动交换托盘，进行新零件的加工，这样可以减少辅助时间，提高加工效率。 （ 7） 辅助系统 包括润滑、冷却、排屑、防护、液压和随机检测系统等部分。辅助系统虽不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率，加工精度和可靠性起到保障作用，因此也是加工中心中不可缺少的部分。 速 高效 、高精度、高可靠性 （ 1） 高速、高效 提高生产率是机床技术追求的基本目标之一。 加工中心 高速化可充分发挥现代刀 具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量好精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。 新一代加工中心通过高速化大幅度缩短切削工时，进一步提高其生产率。超高速加工特别是超高速铣削与新一代高速加工中心的开发应用紧密相关。 20 世纪 90 年代以来，欧、美、日各国争相开发新一代高速数控车床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元（电主轴，转速 15000100000r/高速且高加 /减速度的进给运动部件（快移速度60120 r/削 进给速度高达 60m/高性能数控和伺服系统以及数控 工 具系统都出现了新的突破，达到 了 下新的技术水平。依靠快速、准确的数字量传递技术对 高 性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理，由于采用了新型刀具，车削和铣削的切削 速度 已达到 5000上：主轴转数在 30000r/作台的移动速度 (进给速度 )，在分辨率为 1 m 时，达到 100m/的到 200m/以上，在常州工学院机电工程学院毕业论文 4 分辨率为 m 时，达到 24m/ 上； 加工中心换刀时间从 5少到小于 1s，工作台交换时间也由 1小 到 内。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料，大功率高 速电 主轴、高加 /减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，还将出现新一代高 速加工中心 13 。 （ 2） 高精度 从精密加工发展到超精密加工 (特高精度加工 )是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级，其应用范围日趋 广泛。精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要，近 10 多年来，普通级数控机床的加工精度已由 10 m 提高到 5 m，精密级加工中心的加工精度则从 3m，提高到 (1 m。 （ 3） 高 可靠性 数控机床的可靠性一直是用户关心的指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动 运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，当发生超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。 块化、智能化、柔性 化 （ 1） 模块化、专门化 为了适应加工中心多品种、小批量的特点，机床结构 模块化 ， 数控功能专门化， 机床性能价格比显著提高 并 加快优化。 （ 2） 智能化 随着人工智能在计算机领域的不断渗透与发展，为适应制造业 生产柔性 化、 自动化发展需要，智能化正成为数控设备研究及发展的热点，它不仅贯穿在 生产 加工的全过程(如智能编程、智能数据库、智能监控 )，还贯穿在产品的售后服务和维修中，目前采取的主要技术措施包括以下几个方面。 为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成。自适应控制可根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳 I 作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率，达到改进系统运行状态的目的。如通过监控切削过程中的刀具磨损、破损 、切屑形态、切削力及零件的加工质量等，向制造系统反馈信息，通过将过程控制、过程监控、过程优化结合在一起，实现自适应调节。 为提高 9S 动性能及使用连接方便方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型等。 简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机 界面常州工学院机电工程学院毕业论文 5 等。 智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。在整个工 做状态中，系 统随时对 统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检 查。一旦出现故障时，立即采用停机等措施，进行故障报警，提示发生故 障的部 位、原因等，并 利用“冗余”技术，自动使故障模块脱机，而接通备用模 ，以确保无 人化工作环境的要求。 （ 3） 柔性化 柔 性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是 各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统 的可靠 性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开 拓、完善 ； 机向高精度、高速度和高柔性方向发展。数控加工中心在提 高单机 柔性化的同时，朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展。如数控多轴加工 中心、 换刀换箱式加工中心等。 合化 复 合化包含工序复合化和功能复合化。数控机床的发展已模糊了粗精加工工序 的 概念。加工中心的出现，又把车、铣、镗等工序集中到一台机床来完成，打破了传统的工序界限和分开加工的工艺规程，可最大限度地提高设备 利用率 ，为 了进一步提高工效，现代加工中心又采用了多主轴、多面体切削。另外， 数控系统的控制轴数也在不断增加，有的多达 15 轴，其同时联动的数轴已达 6 轴。 放性体系结构 为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，需设置开放性体系结构，设计生产开放式的数控系统。计算机技术的 飞速发展推动数控机床技术更快地更新换代，世界上许多数控系统生产厂家开发了开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进技术，如多媒体技术，实现声控自动编程、图形扫描自动编程等。其新一代数控系统的硬件、软件和总线规范都是对外开放的，由于有充足的软、硬件资源可供利用，不仅使数控系统制造商和用户进行系统集成得到有力的支持，而且也为用户的二次开发带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用。既可通过升挡或剪裁构成各种档次的数控系统，又可通过扩展构成不同类型数控加工中心的数控系 统，开发生产周期大大缩短。这种数控系统可随 级而升级，结构上不必变动。使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向发展。 络化 网络化数控装备是近年来的一个新亮点。加工中心的网 络化将极大的满足生 产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制 制 造、虚拟企业、全球制造的基础单元。先进的 统为用户提供了强大的联网能力，除有 接口外，还带有远程缓冲功能的 口，可以实现几台数控机床、加工中心之间的数据通信和 直接对机床进行 控 制。现代数控机床为了适应自动化技术的进一步发展和工厂自动化规模越来越大的要求，满足不同厂家不同类型数控机床联网的需要，已配备与工业局域网 (讯的功能以及 口，为现代数控机床进入 造了条件，促进了系统集成化和信息综合化，使远程操作和监控、遥控常州工学院机电工程学院毕业论文 6 及远程故障诊断成为可能。不仅利于数控系统生产厂对其产品的监控和维修，也适于大规模现代化生产的无人化车间，实行网络管理，还适于在操作人员不宜到现场的环境 (如对环境要求很高的超精密加工和对人体有害的环境 )中工作。 的和主要研究内容 本课题来源于江苏多棱数控设备股份有限公司，完成带回转工作台的三轴联动式加工中心的回转工作台设计，确定加工中心回转工作台的结构，确定其分度、转位和定位方式，完成其分度、定位、转位机构的设计，工作台尺寸满足： 630630，工作台承重： 800转台定位精度达到： 5；回转台重复定位精度： 2等精度要求。 常州工学院机电工程学院毕业论文 7 第二章 工中心回转工作台设计方案的拟订 工 中心常用回转工作台简介 加工中心机床除了 沿 X、 三个坐标轴直线进给运动外，往往还带有绕 X、 的圆周进给运动。一般圆周进给运动由回转工作台来实现。加工中心常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台，它们的功用各不相同。分度工作台的功用只是将工件转位换面，和自动换刀装置配合使用，实现工件一次安装能完成几个面的加工。而数控回转工作台除了分度和转位的功能之外，还有实现圆周运动进给运动。 （ 1） 分度工作台 分度工作台的作用完成分度运动。分度工作台的分度、转位和定位工作是按照控制系统的指令自动进行的，每次转位回转一定的角度（如 90、 60和 45等）。为满足分度精度的要求，需要使用专门的定位元件。常用的定位元件方式有插销定位、齿盘定位和钢球定位等几种。 （ 2） 数控回转工作台 为了适应某些零件加工的需要，加工中心的进给运动常常还增加了绕 X、 Y 和 Z 三个坐标轴的圆周进给运动，分别称 A、 B、 C 轴。圆周进给运动一般由数控回转工作台来实现，它除了可以完成圆周进给运动外，还可以完成分度运动。 数控回转工作台和分度工作台没多大区别，但在结构上则具有一系列的特点。由于数控回转工作台能实现自动进给，所以它在结构上和数控机床的进给驱动机构有很多共同之处。不同之点在 于数控机床的进给驱动机构实现的是直线进给运动，而数控回转工作台实现的是圆周进给运动，数控回转工作台可分为开环数控回转工作台和闭环数控回转工作台两种 3 。 数控回转工作台的分度定位和分度工作台不同，它是按控制系统所指定的脉冲数来决定转位角度，没有其他的定位元件（如齿盘、定位销等），故分度定位精度高。 本课题为设计 式加工中心的回转工作台，所以下面对本课题设计方案进行简要地介绍： 由于设计任务不需要使回转工作台有圆周进给运动。 故 对 式加工中心我决定采用分度回转工作台的设计方案。分度工作台的作用完成分度运动。 由于设计要求中 分度 回转 工作台的 定位精度和重复定位精度较高， 为满足分度精度的要求， 我 对设计的 式加工中心的回转工作台采用齿盘定位方式。 齿盘 分度工作台的分度精度主要由齿盘尺寸精度及坐标精度决定，最高可达正负 5。对于工作台的夹紧机构我会采用液压 系统 进行压力夹紧。 工作台工作原理示意图： 常州工学院机电工程学院毕业论文 8 下图为 度转位动作包 括：工作台抬起，齿盘脱离啮合，完成分度前的准备工作；回转分度；工作台下降，齿盘重新啮合，完成定位夹紧共三个步骤 2 。 图 转台分度装置图 123456789 10111213具体工作原理为： 需要分度时，控制系统发出分度指令，压力油通过管道进入分度工作台中央的升降液压缸的下腔，于是活塞 8 向上移动，通过推力球轴承 11 的作 用带常州工学院机电工程学院毕业论文 9 动工作台也向上 抬起 ，使鼠牙盘 7的上、下齿盘脱离，液压缸上腔的油则经管道排出，完成分度前的准备工作。 工作台向上抬起时，通过接触开关发出信号使电机转动。经过带轮1和齿轮副 3、 13和齿轮副 5、 6的传动带动工作台进行分度回转运动。工作台分度回转角度的大小由指令给出。当工作台的回转角度达到所要求的角度时，电机停止转动，工作台完成准厅动作。 作台完成准停动作的同时，压力油从管道进入升降液压缸上腔，推动活塞 8 带动工作台下降，于是上下齿盘又重新啮合，完成定位夹紧。 首先通过分析确定采用分度回转工作台的设计方案。设计其外形结构，确定其外形尺寸。然后进行其内部系统设计，设计出转台和转台分度装置，最后联系已设计出的转台和转台分度装置，进行定位和夹紧装置的设计。最终装配成完整的分度回转工作台。 常州工学院机电工程学院毕业论文 10 第三章 回转工作台设计 作台 的 主要 设计内容 对于本课题所设计的回转工作台，我的设计 内容主要 为进行电机的选择、完成传动比的分配、对同步带、主要轴承的选择和同步带轮、传动齿轮以及鼠牙盘、液压系统的设计 计算 。 机的选择 选择电动机类型 按工作要求和条件，选用 交流伺服 电动机。 选择电动机的容量 电动机所需工作功率按式（ 1）为 p 式 P =9550W M 为负载转矩； n 为负载转速 。 计算负载转矩 M ： M = 0 式中 0F 为负载正压力， f 为摩擦系数， r 为力矩力臂 工作台承重为 800作台自重粗略计算： 直径 D=630度 h=26516积 V= 2 hD则重量 m= v 的重量 280+800=1080 0F= m1 g=1080 0584N 查表得 f =略估计力矩力臂 r =110 = 0 = 8 4 0 设计目标鼠牙盘预期转速在 3050r/初选 n =35 r/算功率得： P =9550 0 电动机至运输带的传动总效率为 a= 23421 常州工学院机电工程学院毕业论文 11 式中： 1 、 2 、3分别为带传动、轴承、齿轮传动的传动效率。 取 1 =2 =0。 98，3=0。 97 则 a= e=p = 选择西门子 1 型电机，电机基本参数见下表： 表 3机参数表 型号 额定功率载时 额定电流 额定转距 最大转矩 重量 转速 r/流（ 380A 1 000 11 传动比的分配及传动效率的计算 电机型号为 1，满载转速 3000nr/选鼠牙盘的转速 1n =35 r/ （ 1） 总传动比 总 圆整一下取总i=90 故 1n =3000/90=33.3 r/ 2） 分配传动装置传动比 总i=321 式中 1i 、 2i 、3锥齿轮传动和圆柱齿轮传动的传动比。 同步带的传动比： 初选 1i =柱齿轮的传动比：查表可知圆柱齿轮传动比一般为 840。取3i=12 圆锥齿轮的传动比： 2i =21 = 0 大带轮传递的功率 P 圆锥齿轮轴传递的功率 2 P 圆锥齿轮轴传递的功率 3 州工学院机电工程学院毕业论文 12 步带的选择及同步带轮的设计计算 同步带是工作面为齿形的环形传动带，靠与带轮啮合 传动。它具有传动比准确、轴压力小、结构紧凑、传动比范围大，可采用较小的带轮直径和较小的轴间距，以及可在低速下传递动力等
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