五轴雕刻机机电结构设计②—结构设计【含CAD图纸+三维SW+文档】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共41页)
编号：31735249
类型：共享资源
大小：97.42MB
格式：ZIP
上传时间：2019-12-16
上传人：机****料
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
河南
IP属地：河南
50
积分
- 关 键 词：
-
含CAD图纸+三维SW+文档
雕刻
机电
结构设计
CAD
图纸
三维
SW
文档
- 资源描述：
-
五轴雕刻机机电结构设计②—结构设计【含CAD图纸+三维SW+文档】,含CAD图纸+三维SW+文档,雕刻,机电,结构设计,CAD,图纸,三维,SW,文档
- 内容简介：
-
54 R60 R33.5 4X4 3X5 200 R2.5 69 90 48 54 60 R45 60 AA 15 剖面 A-A 比例 1 : 2硬质PVC板比例1：2共 张 第 张淮阴工学院摆臂其余 技术要求：1.去除毛刺飞边；2.零件加工表面上，不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷。设计校核审核班级学号赵俊机自10871081101738日期6.3 110 50 230 220 4X4 AA 25 26 +0.0530.020 28 +0.0530.020 剖面 A-A 比例 1 : 2硬质PVC板比例1：2共 张 第 张淮阴工学院支架其余 技术要求：1.去除毛刺飞边；2.零件加工表面上，不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷。设计校核审核班级学号赵俊机自10871081101738日期6.3 15 25 28 39 6 10 +0.0350.013 12 +0.0430.016 18 16 60 1.61.6 4X4 48 设计校核审核班级学号赵俊机自10871081101738日期45比例1.5：1共 张 第 张淮阴工学院法兰盘其余 技术要求1.去除毛刺飞边；2.零件加工表面上，不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷6.3# 机械制造与研究#杜玉湘, 等# 五轴联动数控机床的结构和应用http : M ZZHD. chinajourna. l net . cn E-mai: l ZZHD chainajourna. l net . cn 5机械制造与自动化6作者简介: 杜玉湘 ( 1977) ), 女, 山东临沂人, 工程师, 学士, 主要从事数控技术工作。五轴联动数控机床的结构和应用杜玉湘, 陆启建, 刘 LI U明 M I NG灯 DENG(南京四开电子企业有限公司, 江苏 南京 210007)摘 要: 介绍了五轴联动数控机床的几种结构及其特点和发展趋势; 阐述了几种五轴联动机床加工的加工造型、 编程 (CAD /CAM 系统 )及其优缺点; 详细描述了五轴联动数控机床对数控系统的要求及四开公司五轴联动数控系统的关键参数; 列举了四开公司历年来参展的五轴联动数控机床及现场加工工件的情况。关键词: 五轴联动; 加工中心; 零传动; 数控系统中图分类号: TG659 文献标识码: A 文章编号: 1671-5276( 2008) 03-0014-03Structure andApplication of Five -axis Linkage CNCM achineDU Yu-x iang , LU Q - i jian , LIU M ING-deng( Nanjing Sky E l ectroni c Enterprise Co . , Ltd . , Nanjing 210007, China)Abstract :This paper introduced several structures of fi ve-axis CNC machines and the direction of the deve l opment of fi ve-axis CNCmachines , it introduced several sculpts mach i ning by different five-axis CNC machines and compared their programm ing methods(CAD/CAM system ) and characteristics . The paper parti cularly described the requirements ofCNC system for fi ve-axis CNC ma -chines and the key parameters ofSKY fi ve-axis CNC system.In the end,it introduced SKY fi ve-axis CNC machines exh i bited theseyears and the accessori es processing by the mach i nes .K ey words :five -axis ; MC ;direct drive ; CNC0 前言从 2002年开始, 中国已成为世界机床消费第一大国和机床进口第一大国, 进出口逆差严重, 中高档、 大型、 精密、 高速数控机床以及数控系统的进口依赖程度更加明显。 2005年, 中高档与大型数控机床进口达到了 52亿美元, 2006年则增加到了 64亿美元。目前, 中国进口高档、大型、 精密和高速数控机床的比例达 80% 以上, 中国汽车制造装备 70 % 以上和汽车发动机生产线 90% 以上依赖进口, 而且几乎百分之百的中高档国产数控机床采用的数控系统也都是依赖进口。五轴联动加工中心有高效率、 高精度的特点, 工件一次装夹就可完成五面体的加工。如配置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, 更能够适合越来越复杂的高档、 先进模具的加工以及汽车零部件、 飞机结构件等精密、 复杂零件的加工。众所周知, 发达国家直到现在还在限制五轴联动数控系统和机床对中国的出口, 如果用户使用国外的数控系统, 就必须签署严格的定向使用协定, 并接受检查。1 五轴联动数控加工中心的结构五轴联动加工中心大多是 3+ 2的结构, 即 x, y, z 三个直线运动轴加上分别围绕 x, y, z轴旋转的 a, b , c三个旋转轴中的两个旋转轴组成。这样, 从大的方面分类, 就有x, y, z, a, b ; x, y, z , a, c ; x, y, z, b, c三种形式; 由二个旋转轴的组合形式来分, 大体上有双转台式、 转台加上摆头式和双摆头式三种形式。这三种结构形式由于物理上的原因, 分别决定了机床的规格大小和加工对象的范围。其中, 双转台结构的五轴联动机床由于在加工工件时工件需要在两个旋转方向运动, 所以只适合加工小型零件,如小型整体涡轮、 叶轮、 小型精密模具等, 由于结构最为简单, 所以相对价格较为低廉, 就应用来讲, 这是数量最多的一类五轴联动数控机床 (图 1)。图 1 双转台式五轴联动机床加工 (汽车大灯 )模具转台加上摆头式结构的五轴联动机床由于转台可以是 a轴、 b轴或 c轴, 摆头也是一样, 可以分别是 a轴、 b轴或 c轴, 所以转台加上摆头式结构的五轴联动机床可以有#14# 机械制造与研究#杜玉湘, 等# 五轴联动数控机床的结构和应用M achineBuildingAuto m ation, Jun 2008, 37(3 ): 14 16, 20各种不同的组合, 以适应不同的加工对象, 如加工汽轮发电机的叶片, 需要 a轴加上 b轴, 其中 a轴需要用尾座顶尖配合顶住工件, 如果工件较长同时直径又细, 则需要两头夹住并且拉伸工件来进行加工, 当然这里一个必要条件是两个转台必须严格同步旋转;再如加工如图 2所示零件, 采用 c轴加上 b轴, 由于工件仅在 c轴上旋转运动, 所以工件可以很小, 也可以较大, 直径范围可由几十毫米至数千毫米, c轴转台的直径也可以从 100 200mm至 2 3m, 机床的规格、 质量也从几吨至十几吨甚至数十吨。这也是一类应用十分广泛的五轴联动数控机床, 其价格居中, 随机器规格大小、 精度和性能的不同相差很大。双摆头式结构的五轴联动机床如图 3所示, 由于结构本身的原因: 摆头中间一般有一个带有松拉刀结构的电主轴,所以双摆头自身的尺寸不容易做小, 一般在 400 500 mm 图 2 C轴 + B 轴五轴联动机床加工模具左右, 加上双摆头活动范围的需要, 所以双摆头结构的五轴联动机床的加工范围不宜太小, 而是越大越好, 一般为龙门式或动梁龙门式, 龙门的宽度在 2 000 3 000 mm以上为好。图 3 双摆头式结构的五轴联动机床 早期的双摆头一般采用可调间隙的蜗轮蜗杆结构或者可消除间隙的齿轮结构, 机器的性能 (刚性和精密度 )往往由双摆头传动链的刚性来决定, 即传动齿轮的间隙一定是负值, 传动齿轮在一定弹性变形状态下工作, 其变形量的大小取决于该传动环节的预加载荷。图 3( a)为西班牙式双摆铣头, 采用齿轮传动和鼠牙盘定位结构, 刚性远好于一般的双摆铣头, 特别适合五面体的高效加工。比较新的五轴联动机床旋转轴的结构一般采用所谓/ 零传动0技术的扭矩电机, 如瑞士的米克朗、 德国的德马吉等著名五轴联动加工中心产品品牌。零传动技术在旋转轴中的应用, 也许是解决其传动链刚性和精度的最理想的技术路线, 随着技术的发展, 扭矩电机的制造成本大大下降, 市场价格也随之下降, 这一进程将促使五轴联动机床的制造技术大大地前进一步。图 3( b)为瑞士米克朗采用扭矩电机技术的龙门式五轴联动加工中心。2 五轴联动机床加工的加工造型、编程 ( CAD /CAM 系统 ) 五轴加工一般不可能再用手工编程, 编制加工程序必须采用 CAD /CAM 系统。经过几十年的发展, CAD /CAM技术在五轴联动、 五面体加工等高端的应用也已经相当广泛, 在中国, 引进的有关 CAD /CAM 系统就有 Ci matron,Delca m, M astercam,Unigraphics( UG ),Solidege ,Solid -works , Pro/Engineer和 OPEN M I ND 等, 国内自主品牌的CAD /CAM 系统几乎只有北航海尔的 CAXA 系统。对于五轴加工, 根据不同的加工对象, 这些系统各有所长, 比如说: 在模具制造的五轴加工方面, Delca m的 Power m ill功能模块在特征技术、 后处理、 干涉检查、 加工循环和仿真切削等方面都比较强大, 操作使用方便; OPEN MDM I在五轴联动加工方面也很有特色。针对不同的加工行业和加工对象, 好的 CAM 系统都有相应的软件包, 专业专用, 很难有一种软件可以包打天下。3 五轴联动数控系统由于/ 东芝事件0的深远影响, 日本发那科在最近若干年内五轴联动的数控系统都是不可能卖给中国的。近年来, 中国陆续推出五轴联动机床的厂家 (如沈阳、 大连、北京、 济南、 常州、 桂林和齐齐哈尔等地的机床厂 )越来越多, 各式五轴联动数控机床在北京、 上海等国际机床展上不断亮相。但是, 这些五轴联动机床一个共同特点就是所采用的数控系统基本上都是西门子的 840D 系统, 而且,其中的功能大都是经过适当裁减的。即使 这样, 配上840D数控系统的五轴联动机床的用户也要接受他们的定向使用审查而受其限制。#15# 机械制造与研究#杜玉湘, 等# 五轴联动数控机床的结构和应用http : M ZZHD. chinajourna. l net . cn E-mai: l ZZHD chainajourna. l net . cn 5机械制造与自动化6数控系统是数控机床的大脑, 数控机床的性能和功能除了机床本身的设计和制造品质以外, 还取决于数控系统的性能和功能, 五轴联动数控机床更是如此。所以在中国, 解决高档数控系统 (包含五轴联动数控系统 )的自主知识产权问题尤为重要。笔者认为, 在目前阶段, 高档数控系统起码应该具备以下基本要素: 1)多通道、 多轴联动(五轴以上 ); 2)刀具的空间补偿及优化功能; 3)全闭环或双闭环控制的能力; 4)插补周期 1 000程序段; 6)数据运算与交换的单位 1 nm;有心人应该注意到, 在 2001年北京国际机床展上, 南京四开公司就推出了配有自主知识产权数控系统的五轴联动数控机床, 并在现场连续六天加工深水井泵的整体叶轮 (青铜材料 )。四开公司 SKY 系列高档数控系统的部分主要技术指标如下: 1)轴数: 6轴 (联动 )加上主轴 (可以选择 8轴或 16轴 ); 2)内部运算及交换数据分辩率: 01001Lm(即所谓的纳米插补 ); 3)系统最小指令增量 0 . 1 Lm;4)段处理时间 BPT 0. 1ms ; 5) 5轴加工功能 (三维空间刀具半径和长度补偿 ); 6)斜加工平面、 钻斜孔和斜孔中退刀功能; 7)对倾斜轴的空间机械几何精度自动补偿; 8)双端驱动和重心推动功能; 9)各种误差补偿: 全行程直线补偿、 非线性弯曲补偿、 双向螺距补偿、 间隙补偿、 过象限补偿、 刀具偏置和热膨胀、 静摩擦和动摩擦补偿等; 10)提前预处理 (前瞻控制 ) 5 000程序段 ( FANUC16i数控系统为600程序段 ); 11)粗插补周期 2ms ; 12)细插补周期 0. 1ms ; 13)加工动态轨迹显示功能; 14)进给轴或主轴的功率显示及控制功能; 15)加工时间的显示。四开公司的 SKY 高档数控系统最近获得了 2006年江苏省科技厅成果转化项目 1 000万人民币无偿拨款的支持 (资金已经全部到账 )。4 四开公司连续推出多款五轴联动数控机床 自 2001年以来, 四开公司陆续推出了多款五轴联动数控机床:a) 在 2001年的北京国际机床展览会上, 四开公司展出了两台数控机床, 一台是采用了零传动技术即采用直线电机的数控车床; 另一台是五轴联动的数控镗铣床, 现场加工了一种青铜材料的一个深井泵的整体叶轮, 展会六天, 加工六天。b) 在 2006年 2月份的上海国际机床展览会上, 四开公司展出了型号为 SKY80120的双转台型五轴联动高速数控铣床, 现场加工了一个足球的模型。c) 在 2006年 5月份上海国际工模具展览会上和2006年 6月份的北京国际机床展上, 南京四开公司展出了型号为 SKY5- 70100的双转台型五轴联动高速数控铣床, 在现场加工了一个人头像的模型 (图 4)。其主要参数为: x, y 和 z( 700 mm 1 000 mm 700 mm )行程; b 轴、c轴。d) 在 2007年 4月份的北京国际机床展览会上, 四开公司展出了型号为 SKY12160的双摆头式五轴联动高速图 4 采用 S KY5- 70100型数控铣床的五轴联动现场加工人头像数控铣床, 在现场加工: 一个直径为 400 mm 的红色球体上, 主轴转速为 1. 8万 r/m in , 刀具快速、 精确地沿着球体的法线高速加工中英文字体 (图 5)。图 5 SKY12160的双摆头式五轴联动高速数控铣床在现场加工:在圆球上沿法线高速铣削和雕刻中文及英文字符e) 在 2007年 11月份的上海中国工业博览会上, 四开公司展出了型号为 SKY16175的摆头加上转台式五轴联动加工中心, 该机床采用了四开公司的 SKY - 2006N 高档数控系统 (具有中国自主知识产权 )。在会展上以五轴联动方式加工一个 20世纪 50年代小轿车的汽车模型 (图 6),引起轰动, 上海东方卫视和新闻综合频道的报道给予了很高的评价。该车的大小为 600mm 250mm 200mm, 模型的数据来源于网络, 由四开公司的技术人员加以处理, 形成G代码, 加工程序高达一个 GB( 1GB= 1 000MB即 100万kB), 以五轴联动、 五面体的方式一次加工完成。5 结论五轴联动机床的使用比三轴机床要复杂许多, 使用成本也高出许多, 对编程、 操作人员的要求也要高出许多, 但是为什么在全世界的范围内人们对五轴联动加工越来越趋之若鹜呢?采用五轴联动机床加工的好处首先是可以做到复杂工件的所谓/ 一次装卡, 除了装卡面全部干完0的五面体加工效果, 有效解决因二次装卡带来误差的问题; 其次是可以做到刀具的恒线速切削, 从而得到较高的切削效率和(下转第 20页 )#16# 机械制造与研究#韦亮, 等# 基于逆向工程的牙周膜建模及有限元计算方法http : M ZZHD. chinajourna. l net . cn E-mai: l ZZHD chainajourna. l net . cn 5机械制造与自动化6大的建模功能, 本例中的牙槽骨就是在 PART 模块中建模, 在 ASSEMBLY模块中与牙齿装配, 最后进行布尔运算所得到。在磨牙、 牙周膜和牙槽骨的装配过程中, 在各部分上定义辅助平面和辅助轴线, 通过约束关系使得最后装配结果与实际相符合。该研究的意义在于: 1)提供了一种新的正畸过程有限元计算的方法, 从建立模型方法上看: 与 CT 重构相比,激光扫描在数据的准确性上程度更高, 建立的模型与真实牙齿更加接近; 2)分别发挥了口腔正畸医生和工程设计人员专长, 正畸医生的优势在于对于正畸基础理论的掌握和实际正畸操作的经验, 而工程设计人员可以吸取正畸医生的基础理论和实际经验, 使计算与实际情况更加接近; 3)计算结果对正畸过程具有一定的参考价值, 正畸医生可根据结果对正畸力的大小和施加方向进行调整, 以保证获得最佳正畸效果并控制在病人可以承受的范围内。参考文献: 1 王霄, 刘会霞. CAT I A逆向工程实用教程 M . 北京: 化学工业出版社, 2006. 2 石亦平, 周玉蓉. ABAQU S有限元分析实例详解 M . 北京:机械工业出版社, 2006. 3 Thresher RW.The stress analysis of human teeth J.J B io -mech, 1973, 6( 5): 443 -449. 4 Farah J W. Photo-elastic and finite element stress analysis of a re -stored ax isymmetric first mo lar J.J Biomech,1973,6( 5):551 -520 . 5 M cguinness NJ , W ilson AN,JonesML, et al . A stress analysisof the periodontal ligament under various orthodontic loadings J. Eur JO rthod , 1991, 13( 3): 231-242 . 6 Andersen K, M ortensen H T,Pedersen E H, et al. Deter m ina -tion of stress levels and profiles in the periodontal ligament bymeans of an i mproved three -di mensional finite elementmodel forvarious types of orthodontic and natura l force J. J BiomedEng ,1991, 13 : 293-303 . 7 M cGuinessN JP, W ilsonA N, JonesM L, etal . A stress analy -sisof the periodontal ligament under various orthodontic loadings J. Eur JO rthod , 1991, 13: 231-242.收稿日期: 2007-12 -03(上接第 16页 )图 6 S KY)5L16075五轴联动加工中心现场加工小汽车模型精度, 以及均匀的加工粗糙度; 再就是五轴联动机床可以加工普通三轴机床因刀具 /干涉0而不能够加工的工件,如整体叶轮、 一些高档的模具等。以上几点, 就可以使得五轴联动机床可以高效地加工出三轴机床不可能得到的高品质和高精度的复杂零件。随着技术进步, 五轴联动机床的制造和应用技术越来越成熟: 数控系统的进步、 伺服驱动技术的进步, / 零传动0技术进步对旋转轴技术的巨大影响和推动, 与五轴加工相关的 CAD /CAM 技术的迅速进步以及对相关培训工作的重视等, 使得五轴联动机床的制造和使用成本呈现下降的趋势, 因而在世界范围内五轴联动机床的应用也将越来越广泛。在中国, 随着南京四开公司等一批国内企业在五轴联动相关技术的突破和相关底层知识产权方面的掌握,西方国家 (包括日本 )在该领域对中国的刻意封锁已经是毫无意义了, 在今后的几年内, 中国制造的五轴联动机床等高端数控机床的应用速度将大大加快, 为中国不可逆转地从制造 大国向制造强 国的转变起 着重要作用。参考文献: 1 周延佑, 陈长年. 新理念催生新结构 J. 制造技术与机床,2007( 6): 55 -59 . 2 张伯霖 主编, 杨庆东, 陈长年 副主编. 高速切削技术及应用M . 北京: 机械工业出版社, 2002 . 3 周延年, 陈长年. 工件倒置型机床的新发展 J. 制造技术与机床, 2007( 10): 45.收稿日期: 2007-01 -30#20#2010年 4月第 38卷 第 8期机床与液压MACH I NE TOOL & HYDRAULICSApr?2010Vol?38 No?8DOI :10. 3969 /j? issn?1001- 3881?2010?08?003收稿日期:2009- 04- 28作者简介: 张惠敏 ( 1954? ), 女, 教授, 研究方向为机械工程及自动化。电话: 0532- 88890622,E- mai: lzhanghum i in?qus t163?co m。五轴联动数控机床的设计张惠敏(青岛科技大学机电工程学院, 山东青岛 266061)摘要: 介绍已研制成功的具有自主知识产权与多项专利技术的 XTK138/5五轴联动数控机床的总体设计,A、C 联动回转轴设计, 传动系统设计及数控系统设计。该机床已投入生产, 其运行状况良好, 加工精度和加工效率达到同类进口机床的水平。关键词: 五轴联动数控机床; A、C联动回转轴; 电主轴; 滚珠丝杠; 控制系统中图分类号:TG547? ? 文献标识码:B? ? 文章编号:1001- 3881 (2010)8- 008- 3Design ofFive?axisNCM achine ToolZHANG Hui m in( College of Electrom echanical Engineering,Q ingdaoUniversity ofScience and Technology,Q ingdao Shandong 266061 ,China)Abstract :XTK138/5 five?axisNC machine toolhas self?owned intellectualproperty rights andmany patents.The overall designof thismachine too, lthe design ofAC axis ,the design of the driven and control syste m were introduced.Themachine toolwas usedinmanufacture and the operating condition was good,the machining precision and efficiency reached the machining levelof the i mpor?ted machine too.lK eywords :Five?ax isNCmachine too; l A、C axis ;Electric spindle ;Ball screw;Control system? ? 随着科学技术的快速发展, 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。在 20世纪60年代, 一些发达国家开始研制五轴数控机床。五轴数控机床集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工于一体, 可高效、准确完成复杂曲面的加工, 特别是在加工叶轮、叶片、船用螺旋桨及大型柴油机曲轴等方面具有独特的优势。由于五轴技术难度较大, 国际上通常把五轴联动数控技术作为衡量一个国家生产设备自动化水平的重要标志。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的战略物资控制出口, 发展中国家在研发和引进两方面都碰到了很大的阻力, 因而研究五轴联动数控技术对提高国家的综合国力意义深远。为打破国外的技术封锁,实现 十一五 ! 规划的发展目标, 某公司研制了具有自主知识产权与多项专利技术的 XTK138/5五轴联动数控机床。作者着重介绍该机床的结构特点、加工性能以及使用情况, 为促进我国五轴联动数控机床技术进步和快速发展抛砖引玉。1? 机床总体设计1?1? 整体结构XTK138 /5五轴数控机床主要用于小型高精度复杂零件的加工。该机床为单立柱悬臂式, 整体结构紧凑, 占地面积小, 主要由床身 5、十字滑台 4、滑枕2、立柱 1、AC联动铣头 3、自动供油系统 6、冷却系统 7和数控系统 8等组成。整体结构如图 1所示。安装在床身上面的十字滑台带动工作台沿 X、 Y轴两个方向运动, 安装在立柱上的滑枕带动 A、C轴联动铣头沿 Z轴方向运动, 铣刀绕 X、Z轴摆动和旋转, 从而形成了 3个直线轴和两个回转轴的五轴运动系统。图 1? XTK138/5五轴数控机床总图沿 3个直线轴的运动分别由 3个伺服电机通过滚珠丝杠完成。绕两个回转轴的运动分别由两个伺服电机通过可消隙的蜗轮蜗杆装置完成。X、 Y向导轨采用直线滚动导轨, 刚性好、摩擦系数小、运动灵敏度高;Z向采用矩形贴塑导轨, 承载能力强, 精度高。采用自动供油方式, 定时润滑机床的摩擦面。进给电机均设有过载、过热电器保护功能。三向进给机构设有限位控制装置, 机床工作安全可靠。1?2? 主要技术参数工作台尺寸 (长 宽 ) 为 725mm 485mm; 强力电永磁吸盘尺寸 (长 宽 高 ) 为 680mm 300mm 100 mm; 工作台纵向行程 (X 轴 )600 mm;工作台横向行程( Y 轴 )400 mm; 滑枕垂直行程(Z 轴 )300 mm; 回转轴回转角度(A 轴 )360# ;摆动轴摆动角度(C轴 ) 90# ; 最小摆动半径 150 mm; 电主轴功率 2?2 kW; 电主轴转数 1 000 2 4000 r/m m i 。伺服电机转矩: X 轴 6N%m;Y轴 6N%m;Z轴 11 N%m;A 轴 6 N%m;C轴 6 N%m。工作台最大承重 600 kg ;机床总重 4?5 t ; 机床外形尺寸为 2 008 mm 1 600mm 2 480 mm。2? A、C 联动回转轴设计图 2? AC轴联动铣头五轴数控机床的 3个直线运动轴和两个回转运动轴联动使铣刀始终垂直于工件曲面, 从而实现复杂曲面的高精度加工。五轴数控机床有立式与卧式两种类型。立式数控机床的 5个运动轴为 X、Y、Z 3个直线轴和 A、C两个回转轴。卧式数控机床的 5个运动轴为 X、Y、Z 3个直线轴和 A、B两个回转轴。由于卧式机床的主轴在径向有自重力, 轴承高速运转时径向受力 不均, 因 而主轴转速不 宜过高,一般限 制在2 000 r/min 以下。而立式机床主轴不存在自身重力影响, 最高转速可达到 40 000 r/m in 1。对于模具复杂曲面的加工常用小直径铣刀, 而小直径铣刀必须有很高的转速才能达到高精度要求。因而该机床采用立式结构。立式结构的两个回转轴是 A、C轴。该机床将 A、C 回转轴 设置在 主轴上。铣头 绕 Z 轴 旋转360# , 形成 C轴, 绕 X 轴旋转 90# 形成 A 轴。这样的结构形式工作台上无旋转轴,因此工作台承受力大, 工作台的尺寸也可设计得大些, 更重要的是主轴加工非常灵活, 尤其是用球面铣刀加工曲面时, 可使球面铣刀避开顶点切削, 保证有一定的线速度, 从而提高表面加工质量。具体结构如图 2所示,C轴传动系统安装在基座上面, 通过一穿过基座的传动轴与 A轴摆动头相连,A轴传动系统安装在基座下面。整个装置各传动副和支承零部件安装空间大, A 轴与 C轴传动轴的直径不受其限制, 因此铣头的整体刚度大,工作平稳, 抗冲击性强 2。另外,A、C轴联动铣头的传动环节少, 并且设计了蜗轮蜗杆消隙装置, 有效地消除了回转轴的轴向和径向间隙, 从而保证了回转精度和承载能力, 并可在传动零件出现磨损时调整间隙, 延长传动副使用寿命 3。A、C轴联动铣头的定位精度为 0?003# , 重复定位精度为 0?005# 。蜗轮蜗杆消隙装置结构如图 3所示, 蜗杆由多段蜗杆套组成, 各段蜗杆套之间安装有弹性元件, 弹性元件迫使蜗杆套与蜗轮相互压紧, 使相互啮合的齿侧均无间隙, 从而保证了传动精度。图 3? 蜗轮蜗杆消隙装置3? 传动系统设计3?1? 主传动系统的设计主传动系统是五轴联动数控机床关键件之一。对于五轴联动数控机床常常需要用小直径铣刀加工复杂曲面, 因此主传动系统必须具有很高的转速, 才能完成高精度加工。主电机 ? 皮带转动 ? 齿轮变速的传统传动方式已经远远不能满足五轴高精度、高效率加工的要求。因而 XTK138 /五轴联动数控机床采用了具有高速切削能力的电主轴传动。电主轴是交流伺服电动机直接驱动的集成化结构, 电动机转子与主轴连为一体, 直接驱动主轴旋转, 取消了齿轮变速机构, 简化了主传动结构, 消除了机械传动产生的振动噪声, 最重要的是电主轴具有高效率、高精度的加工功能, 可满足五轴数控机床的要求。电主轴工作转速为 1 000 24 000 r/min。如此高的转速在工作中势必产生大量的热量。这些热量将通过主轴传到轴承上去, 最终影响轴承的寿命, 并且会使主轴产生热伸长, 影响加工精度 4- 5。为了改善电主轴的散热状况, 设计了冷却水循环系统, 冷却水从进水口进入定子水槽, 进行循环冷却后, 从出水口排除。为加强冷却效果, 保持电主轴的温度恒定, 冷却系统设有调温制冷功能。%9%第 8期张惠敏: 五轴联动数控机床的设计? ? ?根据经验, 转速在 1 500 r/m in以下的电主轴轴承,dn 值一般小于 1?0 106mm% r/m in采用脂润滑。dn值在 1?0 106mm% r/min以上的主轴轴承采用油润滑方式。该机床转速较高, 因此采用油润滑方式, 油气润滑是油润滑方式中的一种, 这种润滑方式是用压缩空气把小油滴送进轴承空隙中, 油量大小可达最佳值, 润滑油可回收, 对环境无污染。另外增大空气流量和提高油气压力还可以提高冷却效果 6。因此作者采用了油气润滑方式。3?2? 进给系统的设计数控机床的进给系统用于接受数控系统发出的脉冲指令, 经放大和转换后驱动机床运动执行件, 以实现预期的运动。因此进给系统的性能在一定程度上决定了数控机床的性能, 直接影响了加工工件的精度。为了保证数控机床的加工精度, 进给系统必须具有响应速度快、稳定性好、传动精度高、构件刚度大、低摩擦并能消除传动间隙的特点。考虑到以上因素, 该机床的 X、 Y、Z 3个直线轴方向的进给运动均采用高精度的滚珠丝杠副, 并采取了消隙、螺距误差补偿等措施;3个方向的伺服驱动装置均采用制造成本低、转子惯量小、动态响应好, 质量小、转速高、输出功率大的交流伺服电动机, 从而满足了五轴联动数控机床的定位精度要求。4? 数控系统设计XTK138 /5五轴联动数控机床 配置了国产超小型、超薄型的 HNC?22MD 数控系 统, 具有 高功能、高可靠性的开放式 CNC ,CNC控制部分和液晶显示器( 10?4寸彩色显示器 ) 集成一体。采用了 FSSB、I/OLink超高速串行通信,简化了硬件接线, 具有丰富的网络功能(以太网为标准配置 ), 与因特网连接可实现远程诊断; 系统配有 RISC处理器, 具有 AL纳米级高精度轮廓控制、刀具中心点控制、三维刀具半径补偿、三维圆弧插补等功能。该系统还适用于高功率、高速度的 I系列数字交流伺服驱动, 使机床具有高精度、高效率的加工功能。5? 结束语该机床投入使用后, 已加工多种叶轮和轮胎模具, 机床运行状况稳定, 加工精度和加工效率达到同类进口机床的水平,价格却 仅为同类进口 机床的20% 25%。该机床的研制成功, 满足了叶轮类零件和轮胎模具生产的需求 7。在机床研发过程中, 与市场接轨, 倾听用户意见与用户密切配合, 掌握用户的机床应用经验,不断改进和完善机床结构和软件功能, 走出了一条高档数控机床研发的正确技术路线,为我国机床行业提供了有益的经验。参考文献:&1 蕊阳. 机床工业亟须发展五轴数控技术 J. 机电新产品导报, 2003( 4): 44- 46.&2 宁新华. 一种 AC轴联动铣头: 中国, ZL200720181686. 4P. 2008- 08- 20.&3 宁新华. 精密蜗轮蜗杆传动消隙装置: 中国, ZL200610102244 . 6P. 2008- 10- 15.&4 林余, 田建军. 现代数控机床 M . 北京: 化学工业出版社, 2003 . 9 .&5 黄维曼. 电主轴单元在数控车削中心的应用 J. 机械制造与自动化, 2007, 3(5): 54- 55 .&6 刘怀兴, 夏田. 数控机床系统设计 M . 北京: 化学工业出版社, 2005 . 6 .&7 宁新华. XTK138/5五轴联动加工中心科学技术成果鉴定材料 R. 青岛: 青岛元通机械有限公司, 2008 . 5 .(上接第 30页 )图 8? 后置处理程序清单5? 结束语作者以圆柱直齿轮为实例介绍了 M asterCAM 数控自动编程的关键技术, 应用 M asterCAM 软件自动生成数控加工程序可大大节省编程时间, 提高数控机床的使用效率,减少数控加工程序的错误率,在某公司与某机床厂生产的多功能复合机床上得到了应用。参考文献:&1 何晓东. M asterCAM 设计与应用 M . 北京: 电子工业出版社, 2004 . 6 : 151- 169.&2 王卫兵. M asterCAM 数控编程实用教程 M . 北京: 清华大学出版社, 2000 . 12: 49- 200.&3 廖卫献. 数控车床加工自动编程 M . 北京: 国防工业出版社, 2002. 6 : 166- 168.&4 苏旭武. M asterCAM 后置处理文件的高级编程方法及其应用 J. 制造技术与机床, 2006( 1): 18- 20 .%10%机床与液压第 38卷Equipment Manufactring Technology No.1，2011五轴联动数控技术， 是数控技术难度最大、 适用范围最广的技术，其集计算机控制、高性能伺服驱动和精密技术于一体， 主要应用于加工品质要求很高的自由曲面的高效、 精密、自动加工1， 是目前解决叶轮、 叶片、 螺旋桨等复杂曲面加工的重要手段。 但高精度的机床配合高价出售， 其不菲的价格也是大多加工企业难以承受，也让推广五轴加工技术受到一定程度的阻碍。 本文基于五轴加工原理及 Mach3 软件， 开发一种经济型的五轴雕刻机， 可应用于加工材质较软、 精度要求不高的零件， 如木材、 塑料及铝合金等材质零件。1机床设计所谓五轴加工，这里是指在一台机床上至少有 5 个坐标轴（3 个直线坐标和 2 个旋转坐标） ，而且可在计算机数控（CNC ） 系统的控制下， 同时协调运动进行加工。常见五轴机床的形式有双摆回转台、 双摆头和转台加摆主轴共 3 大类2， 在保证整个系统机械刚性以及经济性的前提下，本设计采用龙门式结构， 运动方式采用龙门架移动、 工作台固定、 AC 双摆回转台运动方式。机床设计图如图 1 所示。图 1 中各部件分别是： 1.Z 轴电机； 2.Z 轴； 3. 高速主轴电机； 4.Y 轴右电机； 5.床身； 6.X 轴电机； 7.X 轴； 8.X 轴斜齿轮齿条副； 9.Y 轴龙门架； 10.Y 轴左电机； 11.A 轴电机； 12.A 轴固定架； 13.C 轴回转工作台； 14.A 轴旋转台； 15.C 轴电机。为了控制机床开发的经济性， 机床结构主要是 XYZ 运动平台 +AC 旋转平台的组合。 此结构下， 五轴加工时由于 A 及 C旋转加工平台较小， 不能进行较大行程的五轴加工， 但 A 及 C旋转加工平台， 可以很容易移开， 即可进行较大行程的 XYZ 三轴加工， 这也是机床开发功能性及经济性的一种表现。此时机床在设计上 XY 方向会有较大行程。 大行程的传动要有精密的传动部件， 本机床没有采用高精度滚珠丝杆， 而用高精度斜齿轮齿条副用于 XY 传动， 价格相对前者较低， 精度也可以达到所需的设计要求。 各轴驱动均使用步进电机。 主轴部分采用可变频高速直流电机链接 ER 型夹头， 夹持刀具直接进行切削。2控制系统设计2.1数控系统设计数控机床由数控加工系统控制，数控系统是数字控制系统的简称， 英文名称为 （Numerical Control System ） ， 简称 NCS，而目前控制方式，多是电脑进行控制，又简称 CNC （ComputerNumerical Control ） 。其功能是根据计算机存储器中存储的控制程序， 执行部分或全部数值控制功能， 并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。通过利用数字、 文字和符号组成的数字指令， 来实现一台或多台机械设备动作控制， 其所控制的通常是位置、 角度、 速度等机械量和开关量。CNC 系统的核心是 CNC装置。由于使用了计算机， 系统具有了软件功能， 又用 PLC 代替了传统的机床电器逻辑控制装置， 使系统更小巧，其灵活性、 通用性、 可靠性更好， 易于实现复杂的数控功能， 使用、 维护也方便， 并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。现在大部分数控机床使用专用的数控系统，常用的有日本法那科 （FANUC ） 数控系统、 日本三菱 （MITSUBISHI ） 数控系统、 德国西门子 （SIEMENS ） 数控系统以及国产的华中数控系统、 广州数控系统等， 其控制原理如图 3 所示。专用数控系统体积小， 操作方便， 但价格贵昂， 很难进行二次开发。 本设计使用 PC 机 + 上位机软件的数控系统， 驱动原理如图 4 所示。采用 PC 机 + 上位机软件控制方式， 可以大大降低开发成本。PC 机要求普通电脑即可， 而上位机软件是一个安装在电基于 Mach3 软件的经济型五轴雕刻机开发李荣泳， 陈勇志， 孙振忠（东莞理工学院， 广东 东莞 523808 ）摘 要： 基于五轴加工原理及 Mach3 软件， 开发了一种经济型的五轴雕刻机， 可应用于加工材质较软、 精度要求不高的零件， 如木材、 塑料及铝合金等材质零件， 完全能够达到预期的效果。关键词： 五轴五联动； Mahc3； 雕刻机中图分类号： TG659文献标识码： A文章编号： 1672- 545X （2011 ） 01- 0076- 02收稿日期： 2010- 10- 12作者简介： 李荣泳 （1983 ） ， 男， 广东省茂名人， 工程师， 从事自动化产品开发及数控加工教学。图 2斜齿轮齿条副图 1机床结构12354678910111213141576装备制造技术 2011 年第 1 期脑上的数控软件。上位机软件可用 VB、 C+ 等语言编写， 但这类软件用于开发数控驱动时编程过于复杂，非一般编程人员可胜任。本设计将使用编程更简单的 Mahc3 软件作为上位机软件。2.2Mahc3 软件开发Mach3 软件是由美国 ArtSoft 公司开发的以 Windows 为平台的数控软件，安装系统版本必须为 WINXP 或 WIN2000。Mach3 使用 PC电脑的 LPT或 USB端口， 作为 CNC设备的输入与输出、输出脉冲与方向信号、控制步进电机或伺服电机驱动器， 从而实现控制数控机床。软件支持所有国际标准 G代码及M代码， 最多控制 6 轴， 能 5 轴联动带线形插补功能， 能实现复杂零件高精度加工， 简单的系统用一个并口就能实现。MACH3广泛应用在开发数控车床、 模具雕刻机、 木工机床、 木工雕刻机、激光打标机、 等离子切割机、 火焰切割机等数控系统。Mach3 软件标准版只有三轴的控制，通过 Mach3 软件的后台编辑软件， 可以简易地改为五轴驱动控制界面， 而不必用VB 或 C 语言编程。数控软件由下列模块组成：（1 ）系统初始化模块；（2 ）NC 代码编辑和人机交互模块；（3 ）NC 代码预读处理模块；（4 ）MDI 和手动方式处理模块；（5 ）NC 程序运行管理模块；（6 ）系统状态动态品示和报警模块；（7 ）运动控制器指令翻译和通讯控制模块；（8 ）NC 轨迹显示、 仿真和图形管理模块；（9 ）多轴联动数控系统参数设置和维护模块。初始界面设置如图 5 所示。 对于电机参数设置， 可从如图6 所示的窗口进行设定。2.3控制电路机床控制电路， 是一块接口控制卡， 卡上由两部分组成，一部分是驱动接口， 另一部分是步进电机驱动电路。 接口控制卡用于把电脑信号按一定要求传送到各轴驱动器，需达到如下技术要求：（1 ）可控制五轴驱动；（2 ）直接支持 MACH3 并口类上位机软件；（3 ）多路原点 / 机械限位信号输入，可外接机械开关、 槽型光耦、 接近开关等；（4 ） 可外接急停按钮， 出现意外时可以紧急停止软件运行；（5 ）所有输出、 输入信号经斯密特触发器整形， 对信号的上升下降沿无限制；（6 ）电荷泵 （CHARGE PUMP ） 安全保护功能， 使整套 CNC系统在电脑未正常输出指令信号期间不致于引起运行混乱（需要软件支持 ） ， 控制卡见图 7。接口控制卡采用标准 COM接口及 RS232 接口， 可以与电脑联接；多路高速光耦开关，驱动芯片采用 5 块日本东芝TB6560 芯片， 并加装散热器。最大十六细分， 最大驱动电流4.25A。2.4机床代码后处理Mach3 进行数控加工时， 识别国际 GM码， 但 Mach3 本身不能进行五轴编程，常用其他 CAM编程软件生成 GM码， 如MasterCAM、 UG、 Powermii 等。 由于不同软件所产生的 GM码有一定差异，输入 Mach3 时可能产生错误加工，些时需要为Mach3 设置机床代码后处理。图 8 就是编写好的部分后处理内容， 并稍加解释。利用这个后置处理程序， Mach3 实现了五轴加工。3结束语开发数控新机床，是个高投入的行业，而基于 Mach3 软件， 不需技术精堪的技术人员， 就可进行简易的开发， 降低开发成本，加速开发进程。开发过程不需配高端的数控系统， 用Mach3 软件与机床连接就能五轴联动。开发经济型五轴雕刻机， 精度虽然比专业五轴机床低， 但对于精度不高的加工， 如木材雕刻、 塑料加工及铝合金加工等应用， 能够达到所需效果。参考文献：1 全 荣. 五坐标联动数控技术M. 长沙： 湖南科学技术出版社， 1995.2 卢胜利， 王睿鹏， 祝 玲. 现代数控系统M. 北京： 机械工业出版社，2006.3 周佩玲， 彭 虎， 傅忠谦. 微机原理与接口技术M. 北京： 机械工业出版社， 2006.4 罗奇亮， 马保吉. 基于 Mach3 软件的经济型三维机械式雕刻机开发J. 机电产品开发与创新， 2009， 22 （6 ） : 184- 187.图 5Mach3 软件五轴界面图 6电机参数设置界面图 7接口控制卡图 3机床控制原理图CNC电机图 4PC+ 个位机软件控制原理图行程开关扩展上位机软件PC驱动卡XYZAC图 8后处理参数define keysblocknumberpreparatory functionaux functionx feedratey feedratez feedratecircle anglex coordinatey coordinatez coordinate=N =G1 =M1 not used not used not used not used =X =Y =Z 定义程序段号定义准备功能指令定义辅助功能指令定义 X进组率指令定义 Y进组率指令定义 Z进组率指令圆周角度定义 X坐标轴定义 Y坐标轴定义 Z坐标轴（下转第 85 页 ）77装备制造技术 2011 年第 1 期各通道口位置， 员工上下班的带着 RFID 智能卡经过即可记录考勤， 实现考勤的自动化。2.3消费管理系统采用专业 RFID 消费 POS 机，各消费机实时联结到消费管理系统工作站。持卡用户通过预充值， 即可实现 RFID 智能卡消费。 可根据要求设置多个消费点， 可安装在食堂、 小卖店、洗衣部等消费场所。2.4巡更管理系统通过在巡更点设置 RFID 阅读器， 即可在持卡巡更人员经过时自动记录巡更人员 ID， 巡更时间， 从而可以自动记录巡更人员的工作状况和巡更轨迹，实现了实时管理保安巡逻人员的巡视情况， 确保保安防范的实效。2.5电梯管理系统通过在电梯中设置 RFID 阅读器， 并联结到电梯管理系统工作站， 实现可到达楼层管理， 人员到达楼层的权限， 根据需要预先设置。 在非工作时间段和节假日， 电梯管理系统就可以自动识别权限， 自动停到持卡人员工作的楼层。 有多层权限的人员， 自己选择按键。 这样即可杜绝外来人员在大厦内各楼层随意走动。2.6停车管理系统通过将 RFID 阅读器与停车场道闸机系统连接， RFID 智能车辆卡卡可采用 91
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号