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卧式双面十轴组合钻床右主轴箱及中间底座设计【5张CAD图纸+毕业答辩论文】

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全套设计-卧式双面十轴组合钻床右主轴箱及中间底座设计
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卧式 双面 10 组合 钻床 主轴 中间 底座 设计 全套 cad 图纸 毕业 答辩 论文
资源描述:

摘要

组合机床是根据工件加工需要,以大量通用部件为基础,配以少量专用部件组成的工序集中的一种高效专用机床。而且其生产效率高,加工精度稳定,自动化程度高,使工人劳动强度降低。

本次设计的是一台加工“汽车制动室支架”的组合钻床,主要用来一次性加工完成汽车制动室支架的二个零件,共计10个孔,一次安装两个工件,左主轴箱钻4孔,右主轴箱钻6孔,我负责设计的是右主轴箱和中间底座的设计。

根据所加工孔的位置及速度要求,算出切削速度和主轴转速,确定右主轴箱轮廓尺寸、主轴的型式和直径。再根据驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求,合理布置传动轴的位置,把驱动轴和各主轴连接起来,使各主轴获得所需转速和转向,完成钻孔。

中间底座的结构、尺寸则需要根据工件的大小、形状以及组合钻床的配置形式等来确定。

由于组合钻床能够进行多工位加工,提高自动化程度,缩短加工时间和辅助时间。而且组合钻床大部分都是由通用部件组成,研制周期较短,便于设计、制造和使用维护,成本低。而且机床易于改造,产品和工艺变化时,通用部件还能重复利用,经济性较好。所以组合机床在大批量生产中的应用十分广泛。


关键词:组合钻床;主轴箱;中间底座


Abstract

Combination machine is based on the workpiece processing needs,take a large number of general part as the foundation, with a few of dedicated part which composes the focus on process of a efficient special machine.Moreover its production efficiency is high,machining accuracy is stable, degree of automation is high,cause the workers labor intensity to reduce.

This design is a combination drilling machine of processing "automobile brake room stent" , mainly uses for complete two parts of automobile brake room stent which processing a one-time, the total 10 holes, one-time installs two workpieces, the left spindle box drills 4 , the right spindle box drills 6 , what I am responsible to the design of the right spindle box and the middle base .

According to processes the hole the position and the speed request, calculated to cutting speed and the spindle speed ,determines the right spindle box outline of size, the spindle type and the diameter.Then according to drive shaft position and speed, various spindle position and rotational speed request, reasonable arrangement transmission shaft location, connects the drive shaft and various spindle ,causes various spindle to obtains needs the rotational speed and change direction , completes the drill hole.

The middle base’s structure , size has to be based on the workpiece size, the shape as well as the combination drilling machine configuration form and so on to determined.

Due to the combination drilling machine carries on the multi-location processing, improves the degree of automation, reduces processing time and auxiliary time. Moreover the combination drilling machine majority is composed of general part, the development cycle is short,and is advantageous for the design, the manufacture and use maintenance, the cost is low. Moreover the machine easy to transform, when product and process changes, the general part can also the reuse,the efficiency be good.So combination of machine tools is very widespread in production in enormous quantities application.


Keywords: combination drilling machine   spindle box   middle base



目       录

1 组合机床概述1

1.1 引言1

1.2 组合机床组成及特点1

1.3 组合机床的工艺范围及配置形式2

1.3.1 组合机床的工艺范围2

1.3.2 组合机床的配置形式3

1.4 组合机床的设计步骤5

1.4.1 调查研究5

1.4.2 总体方案设计5

1.4.3 技术设计6

1.4.4 工作设计6

2 组合钻床设计7

2.1 零件分析7

2.2 组合钻床设计的组成及设计任务7

2.2.1 组合钻床设计的组成7

2.2.2 本课题主要任务7

2.3 工艺方案及基准的选择8

2.3.1 确定组合钻床工艺方案的机本原则8

2.3.2 组合钻床工艺方案的一般步骤9

2.3.3确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度10

2.4 组合钻床主轴箱概况10

2.4.1 组成10

2.4.2主轴箱的通用零件10

2.5 工序与计算11

2.5.1 加工条件11

2.5.2计算切削速度、主轴转速11

3多轴箱的设计13

3.1 多轴箱的基本结构和表达方法13

3.1.1 多轴箱的简介13

3.1.2多轴箱的组成13

3.1.3多轴箱总图绘制方法13

3.2 多轴箱通用零件13

3.2.1 通用箱体类零件14

3.2.2 通用主轴14

3.2.3 通用传动轴14

3.2.4 通用齿轮和套14

3.3通用多轴箱的设计分析15

3.3.1 绘制多轴箱设计原始依据图15

3.3.2 确定多轴箱轮廓尺寸16

3.3.3 主轴型式和直径的确定16

3.3.4主轴箱所需进给力计算18

3.3.5 主轴箱所需功率计算18

3.3.6 动力部件19

3.3.7多轴箱传动设计19

3.3.8  计算传动轴的坐标23

3.3.9  润滑油泵和手柄轴的安置24

4 中间底座的设计26

4.1 引言26

4.2 中间底座的作用及基本要求26

4.2.1 中间底座的作用26

4.2.2 对于中间底座的基本要求26

4.3 中间底座的设计原则27

4.3.1 合理选择截面形状和尺寸27

4.3.2 合理布置加强筋27

4.4 中间底座壁厚、加强筋厚度的选择27

4.5 如何提高连接处的局部刚度和接触刚度28

4.6 中间底座结构工艺性28

结论29

参考文献30

致谢31

附录32

1 组合机床概述


1.1 引言

随着生产部门生产批量的增加,如何提高生产效率和加工精度,便成了工厂急待解决的问题。于是,组合机床便应运而生。组合机床是由大量通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床,它能对一种(或几种)零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。不仅生产效率高,而且加工精度稳定.现在大批量生产企业,组合机床已被广泛应用。


内容简介:
徐州 工程学院 毕业设计 (论文) 任务书 机电工程学院 学院 机械设计制造及其自动化 专业 设计 (论文) 题目 卧式双面十轴组合钻床右主轴箱及 中间 底座设计 学 生 姓 名 倪佳丽 班 级 04 机本( 4) 起 止 日 期 2008.2.25 2008.6.2 指 导 教 师 韩翔 教研室主任 发任务书日期 2008 年 2 月 25 日 nts1.毕业设计的 背景 : 在实际生产活动中,加工效率是否高, 加工质量是否稳定是两个重要的指标。组 合机床的出现在一定程度上同时满足了这两个要求。 组合 钻 床 是指以系列化、标准化的通用部件为基础,再配以少量专用部件而组成 的专用机床。这种机床既具有一般专用机床结构简单,生产率及自 动化程度高,易保 证 加工精度的特点,又能适应工件的变化,具有一定的重新调整、重新组合的能力。 组 和钻床可以对工件采用多刀、多面及多工位加工 。它特别适于在大批、大量生产中 对 一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。 它具有设计制造周期短、成本 低、加工效率高、加工质量稳定、可减轻工人的劳动强度等优点。在机械制造中,装 备新企业或者对老企业进行技术改造,采用组合机床及其自动线,是发展生产、提高 质量的有效途径之一。 近年来,组合机床的产量迅速增长,质量不断提高,新产品不断涌现。组合机床 在 制造工业中正获得越来越广泛的应用。 2.毕业设计 (论文 )的内容和要求: 根据工作量及设计时间要求,本设计的主要工作内容为:组合钻床的 右主轴箱及中间底座。该组合钻床用于加工“汽车制动室支架”。 要求: 1.查询相关文献,收集资料。 2.右主轴箱设计并绘图。 3.中间底座的设计。 4.撰写毕业设计说明书。 5.翻译约 5000 单词量的相关英文文献 3.主要参考文献: 1.组合机床设计简明手册 2.组合机床图册 3.组 合机床及其调整与使用 nts4. 新编 机械设计手册 4.毕业设计 (论文 )进度计划 (以周为单位 ): 起 止 日 期 工 作 内 容 备 注 第 1、 2 周 第 3、 4 周 第 5、 6 周 第 7、 8 周 第 9、 10 周 第 11、 12 周 第 13、 14 周 第 15、 16 周 收集资料, 查阅 相关文献,写任务书,开题报告。 分析被加工零件,并画零件图。 对右主轴箱进行分析、计算,确定主 轴箱相关尺寸。 右主轴箱传动设计,确定各主轴的相关数据。 右主轴箱总体图的绘制。 对中间底座进行分析,中间底座零件图的绘制。 撰写毕业设计说明书 。 翻译约 5000 单词量的相关英文文献,完善所有图和说明书,并仔细检查及时改正。 教研室审查意见: 室主任 年 月 日 学院 审查意见: 教学院长 年 月 日 nts 徐州 工程学院 毕业设计 (论文) 开题报告 课 题 名 称: 卧式双面十轴组合钻床右主轴箱及 中间底座设计 学 生 姓 名: 倪佳丽 学号: 20040601404 指 导 教 师: 韩翔 职称: 讲师 所 在 学 院 : 机电工程学院 专 业 名 称: 机械设计制造及其自动化 徐州 工程学院 2008 年 3 月 4 日 nts说 明 1根据 徐州 工程学院 毕业设计 (论文 )管理规定 ,学生必须撰写 毕业设计(论文)开题报告 ,由指导教师签署意见、教研室审查, 学 院 教学 院长 批准后实施。 2 开题报告是毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计(论文)工作前期内完成,开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计开题报告各项内容要实事求是,逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨,语言通顺,外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词, 须注出全称。 4本报告中,由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述,没有经过整理归纳,缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5. 课题类型填:工程设计类;理论研究类;应用(实验)研究类;软件设计类;其它。 6、课题来源填:教师科研;社会生产实践;教学;其它 nts课题 名称 卧式双面十轴组合钻床右主轴箱及中间底座设计 课题来源 工程实际 课题类型 设计制造 类 选题的背景及 意义 在实际生产活动中,加工效率是否高,加工质量是否稳定是两个重要的指标。组合机床的出现在一定程 度上同时满足了这两个要求。 组合 钻 床 是指以系列化、标准化的通用部件为基础,再配以少量专用部件而组成的专用机床。这种机床既具有一般专用机床结构简单,生产率及自动化程度高,易保证加工精度的特点,又能适应工件的变化,具有一定的重新调整、重新组合的能力。组和钻床可以对工件采用多刀、多面及多工位加工。它特别适于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。它具有设计制造周期短、成本低、加工效率高、加工质量稳定、可减轻工人的劳动强度等优点。在机械制造中,装备新企业或者对老企 业进行技术改造,采用组合机床及其自动线,是发展生产、提高质量的有效途径之一。 近年来,组合机床的产量迅速增长,质量不断提高,新产品不断涌现。组合机床在制造工业中正获得越来越广泛的应用。 研究 内容拟解决的主要问题 根据工件量及设计时间的要求,对组合钻床的右主轴箱及中间底座进行设计。该组合钻床用于加工“汽车制动室支架”。 课题的主要内容如下: 1.任务书、开题报告; 2.正确设计被加工零件的零件图,右主轴箱装配图,补充加工图,中间底座零件图等; 3.编写说明书; 4.翻译约 5000 单词量的相关外文文献。 nts研 究方法技术路线 一、 对被加工零件进行分析,画零件图。 二、右主 轴箱的设计 1.绘制多轴箱设计原始依据图。 2.确定主轴结构,齿轮模数。 3.拟定传动路线。 4.计算主轴,传动轴坐标。 5.绘制右主 轴箱总图,零件图及编制组件明细表。 三、对中间底座进行分析,画中间底座零件图。 研究的总体安排和进度计划 在老师的指导和安排下,这次设计工作计划及阶段进度如下: 第 1、 2 周 收集资料,查阅相关文献,写任务书,开题报告。 第 3、 4 周 分析 被加工零件,并画零件图。 第 5、 6 周 对右主轴箱进行分析、计算,确定主轴箱相关尺寸。 第 7、 8 周 右主轴箱传动设计,确定各主轴的相关数据。 第 9、 10 周 右主轴箱总体图的绘制。 第 11、 12 周 对中间底座进行分析,中间底座零件图的绘制。 第 13、 14 周 撰写毕业设计说明书。 第 15、 16 周 翻译约 5000 单词量的相关英文文献,完善所有图和 说明书,并仔细检查及时改正。 nts主要参考 文献 1.组合机床设计简明手册 2.组合机床图册 3 新 编机械设计手册 4.组合机床及其调整与使用 指导教师 意 见 指导教师签名: 年 月 日 教研室意见 学院 意见 教研室 主任签名: 年 月 日 教学 院 长 签名: 年 月 日 nts徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 摘要 组合机床是根据工件加工需要,以大量通用部件为基础,配以少量专用部件组成的工序集中的一种高效专用机床。而且其生产效率高,加工精度稳定,自动化程度高,使工人劳动强度降低。 本次设计的是一台加工“汽车制动室支架”的组合钻床,主要用来一次性加工完成汽车制动室支架的二个零件 ,共计 10 个孔,一次安装两个工件,左主轴箱钻 4 孔,右主轴箱钻 6 孔,我负责设计的是右主轴箱和中间底座的设计。 根据所加工孔的位置及速度要求,算出切削速度和主轴转速,确定右主轴箱轮廓尺寸、主轴的型式和直径。再根据驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转 速要求,合理布置传动轴的位置,把驱动轴和各主轴连接起来,使各主轴获得所需转速和转向,完成钻孔。 中间底座的结构、尺寸则需要根据工件的大小、形状以及组合钻床的配置形式等来确定。 由于组合钻床能够进行多工位加工,提高自动化程度,缩短加工时间和辅助时间。而且组合钻床大部分都是由通用部件组成,研制周期较短,便于设计、制造和使用维护,成本低。而且机床易于改造,产品和工艺变化时,通用部件还能重复利用,经济性较好。所以组合机床在大批量生产中的应用十分广泛。 关键词 :组合钻床;主轴箱;中间底座 nts徐州工程学院毕业设计 (论文 ) II Abstract Combination machine is based on the workpiece processing needs,take a large number of general part as the foundation, with a few of dedicated part which composes the focus on process of a efficient special machine.Moreover its production efficiency is high,machining accuracy is stable, degree of automation is high,cause the workers labor intensity to reduce. This design is a combination drilling machine of processing automobile brake room stent , mainly uses for complete two parts of automobile brake room stent which processing a one-time, the total 10 holes, one-time installs two workpieces, the left spindle box drills 4 , the right spindle box drills 6 , what I am responsible to the design of the right spindle box and the middle base . According to processes the hole the position and the speed request, calculated to cutting speed and the spindle speed ,determines the right spindle box outline of size, the spindle type and the diameter.Then according to drive shaft position and speed, various spindle position and rotational speed request, reasonable arrangement transmission shaft location, connects the drive shaft and various spindle ,causes various spindle to obtains needs the rotational speed and change direction , completes the drill hole. The middle bases structure , size has to be based on the workpiece size, the shape as well as the combination drilling machine configuration form and so on to determined. Due to the combination drilling machine carries on the multi-location processing, improves the degree of automation, reduces processing time and auxiliary time. Moreover the combination drilling machine majority is composed of general part, the development cycle is short,and is advantageous for the design, the manufacture and use maintenance, the cost is low. Moreover the machine easy to transform, when product and process changes, the general part can also the reuse,the efficiency be good.So combination of machine tools is very widespread in production in enormous quantities application. Keywords: combination drilling machine spindle box middle base nts徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 目 录 1 组合机床概述 . 错误 !未定义书签。 1.1 引言 . 错误 !未定义书签。 1.2 组合机床组成及特点 . 错误 !未定义书签。 1.3 组合机床的工艺范围及配置形式 . 错误 !未定义书签。 1.3.1 组合机床的工艺范围 . 错误 !未定义书签。 1.3.2 组合机床的配置形式 . 错误 !未定义书签。 1.4 组合机床的设计步骤 . 错误 !未定义书签。 1.4.1 调查研究 . 错误 !未定义书签。 1.4.2 总体方案设计 . 错误 !未定义书签。 1.4.3 技术设计 . 错误 !未定义书签。 1.4.4 工作设计 . 错误 !未定义书签。 2 组合钻床设计 . 错误 !未定义书签。 2.1 零件分析 . 错误 !未定义书签。 2.2 组合钻床设计的组成及设计任务 . 错误 !未定义书签。 2.2.1 组合钻床设计的组成 . 错误 !未定义书签。 2.2.2 本课题主要任务 . 错误 !未定义书签。 2.3 工艺方案及基准的选择 . 错误 !未定义书签。 2.3.1 确定组合钻床工艺方案的机本原则 . 错误 !未定义书签。 2.3.2 组合钻床工艺方案的一般步骤 . 错误 !未定义书签。 2.3.3 确定切削力 、切削转矩、切削功率及刀具耐用度 . 错误 !未定义书签。 2.4 组合钻床主轴箱概况 . 错误 !未定义书签。 2.4.1 组成 . 错误 !未定义书签。 2.4.2 主轴箱的通用零件 . 错误 !未定义书签。 2.5 工序与计算 . 错误 !未定义书签。 2.5.1 加工条件 . 错误 !未定义书签。 2.5.2 计算切削速度、主轴转速 . 错误 !未定义书签。 3 多轴箱的设计 . 错误 !未定义书签。 3.1 多轴箱的基本结构和表达方法 . 错误 !未定义书签。 3.1.1 多轴箱的简介 . 错误 !未定义书签。 3.1.2 多轴箱的组成 . 错误 !未定义书签。 3.1.3 多轴箱总图绘制方法 . 错误 !未定义书签。 3.2 多轴箱通用零件 . 错误 !未定义书签。 3.2.1 通用箱体类零件 . 错误 !未定义书签。 nts徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 3.2.2 通用主轴 . 错误 !未定义书签。 3.2.3 通用传动轴 . 错误 !未定义书签。 3.2.4 通用齿轮和套 . 错误 !未定义书签。 3.3 通用多轴箱的设计分析 . 错误 !未定义书签。 3.3.1 绘制多轴箱设计原始依据图 . 错误 !未定义书签。 3.3.2 确定多轴箱轮廓尺寸 . 错误 !未定义书签。 3.3.3 主轴型式和直径的确定 . 错误 !未定义书签。 3.3.4 主轴箱所需进给力计算 . 错误 !未定义书签。 3.3.5 主轴箱所需功率计算 . 错误 !未定义书签。 3.3.6 动力部件 . 错误 !未定义书签。 3.3.7 多轴箱传动设计 . 错误 !未定义书签。 3.3.8 计算传动轴的坐标 . 错误 !未定义书签。 3.3.9 润滑油泵和手柄轴的安置 . 错误 !未定义书签。 4 中间底座的设计 . 错误 !未定义书签。 4.1 引言 . 错误 !未定义书签。 4.2 中间底座的作用及基本要求 . 错误 !未定义书签。 4.2.1 中间底座 的作用 . 错误 !未定义书签。 4.2.2 对于中间底座的基本要求 . 错误 !未定义书签。 4.3 中间底座的设计原则 . 错误 !未定义书签。 4.3.1 合理选择截面形状和尺寸 . 错误 !未定义书签。 4.3.2 合理布置加强筋 . 错误 !未定义书签。 4.4 中间底座壁厚、加强筋厚度的选择 . 错误 !未定义书 签。 4.5 如何提高连接处的局部刚度和接触刚度 . 错误 !未定义书签。 4.6 中间底座结构工艺性 . 错误 !未定义书签。 结论 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 错误 !未定义书签。 nts徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 附录 英文原文 A GENERIC KINEMATIC ERROR MODEL FOR MACHINE TOOLS Yizhen Lin, Yin-Lin Shen Department of Mechanical and Aerospace Engineering The George Washington University, Washington, DC 20052 ABSTRACT: A generic kinematic error model is proposed to characterize the geometric error of machine tools. Firstly, modeling was made on a moving bridge gantry machine, a moving table machine and a horizontal spindle machine respectively by means of the conventional homogeneous coordinate transformation. Then these models were generalized to derive the generic error model which is able to accommodate the different configurations and axis definitions in various kinds of 3-axis machine tools. Finally, the generic kinematic model is implemented in a virtual CNC computer program, which has rigorous procedures to interpret machine tool metrology data into 21 parametric errors. The effectiveness of the generic error model is tested by using the measurement data from a horizontal spindle machining center. The result of the diagonal displacement test is presented and compared with the model prediction. It is shown that the generic kinematic model is efficient and easy to implement, which can substantially reduce the modeling and implementation efforts. INTRODUCTION Global competition has imposed more and more stringent requirements on the levels of accuracy and productivity in the manufacturing industry.1 Since the accuracy of the manufactured workpieces is closely related to the accuracy of machine tools,2 a lot of research work has been carried out to enhance the machine tool accuracy and reduce the operational cost. Machine tools performance evaluation and real-time error compensation have provided an effective way to build up a highly precise manufacturing system.3-8 Currently, extensive research has been conducted to model the geometric and thermal errors of machine tools.3 11 These research works have proposed effective approaches in modeling the nts徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 volumetric error of machine tools. However, these models are mostly developed for specific machines instead of generic machine tools They could not provide a universal and ready-to-implement model for various kinds of different machine tools. Here, the main challenge is how to develop a generic machine error model12 which could accommodate different machine configurations and axis definitions in the shop floor. For example, homogeneous coordinate transformation,13 the most extensively used technique in modeling the geometric error of machine tools, only provides a general approach and proves to be less efficient for each new machine configuration and axis definition, people have to go through the same modeling procedures. To this aim, we developed a generic error model for machine tools which can be used to characterize various kinds of 3-axis machine tools quickly and efficiently. The generic error model has been implemented in a virtual CNC computer program. The test results show that the generic model can predict the geometric error of machine tools well. MACHINE ERRORS Among the errors attributed to machine tools in the manufacturing systems, quasistatic errors, including geometric and thermal errors, are the major contributors to the positioning inaccuracies of machine tools. These errors, estimated to account for 70 percent of the errors of machines, have been observed to be as high as 70 to 120 m for production class machine.11 For these errors, a variety of machine tool performance test systems have been developed.14 Among them, the parametric representation describes the machine error characteristics in a kinematic model that provides the position and orientation errors of the cutting tool in terms of the axis position, tool length, and machine axis characteristics (positioning accuracy, straightness, axis rotations and squareness). It is the most convenient format for characterizing the machine tool errors and has been shown to be very flexible and robust in the performance evaluation.15 The parametric errors are errors in the relative position and orientation between two successive axes in the kinematic chain from the workpiece to the tool. It has been well known that 21 parametric errors are enough to represent all the geometric error sources of a generic 3-axis machine. They are named as xTy, zRx, Sxy, etc., where R means rotation, T means translation and S means squareness.The left subscript means the moving slide and the right subscript means the error direction.15 The kinematic model relates errors in relative position and orientation of the tool to 21 parametric errors. In deriving the kinematic error model, we make the assumptions of rigid body kinematics and small error motions. Donmez9 developed a general methodology to derive nts徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 the kinematic error model by using the homogeneous coordinate transformation, which represent the error motion as9, 13 1110 0 0 1z y xz x yy x zR R TR R TT r a m sR R T(1) KINEMATIC MODELS By means of the homogeneous coordinate transformation, we can derive kinematic error models for several specific machine types. Figure 1 shows a bridge type moving gantry machine which can be classified as FXYZ system, where F means the machine fixed base, X axis is the first slide stacked on the fixed base, Y axis is stacked on X axis and Z axis stacked on Y axis. From Equation (1), we have 1 ( )( ) 1( ) 10 0 0 1x R z S x y x R y S x z X x T xx R z S x y x R x x T yHxx R y S x z x R x x T z (2) 11 ( )10 0 0 1y R z y R y y T xy R z y R x S y z Y y T yHyy R y y R x S y z y T z (3) 1110 0 0 1z R z z R z z T xz R z z R x z T yHzz R y z R x Z z T z(4) Here Hx, Hy and Hz are the transformation matrices for each axis. xRx, xTx, xRy, Sxz are the 21 parametric errors. The squareness error is interpreted as an angular error in the derivation.15 The positive direction of the squareness error is defined by the corresponding angular errors. nts徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 4 Figure 1.Bridge type moving gantry machine Also we have the tool link offset vector: 1 TT X p Y p Z p (5) According to the machine kinematic chain, H s y s t e m H x H y H z T g g g (6) Apply Equations (2)-(5) to Equation (6), we have the kinematic equations for the FXYZ machine: ( ) ( ) ( ) ( )t r u eX X X p x T x y T x z T x x R z S x y Y Y p x R y S x z Z Z p gg ()y R y Z Z p y R z Y p z R y Z p z R z Y p g g g g (7) ( ) ( )t r u eY Y Y p x T y y T y z T y x R x Z Z p x R z S x y X p gg ( ) ( )y R x S y z Z Z p y R z X p z R x Z p z R z X p g g g g (8) ( ) ( ) ( )t r u eZ Z Z p x T z y T z z T z x R x Y Y p x R y S x y X p y R x S y z Y p g g g y R y X p z R x Y p z R y X p g g g (9) We further derive the model for machines with a moving table. A typical machine with a moving table (X axis) is shown in Figure 2. It can be classified into the XFYZ group. For XFYZ machine type, 1H s y s t e m H x H y H z T g g g (10) The homogenous coordinate transformation also holds true for each axis so that Equations (2)-(5) are still valid here. Apply them to Equation (10), we have ( ) ( ) ( ) ( )t r u eX X X p x T x y T x z T x x R z S x y Y Y p x R y S x z Z Z p gg ()y R y Z Z p y R z Y p z R y Z p z R z Y p g g g g (11) nts徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 5 Figure 2.Machine with a moving table-X axis Figure 3.Machine with moving tables(X,Y) ( ) ( ) ( )t r u eY Y Y p x T y y T y z T y x R x Z Z p x R z S x y X p X gg ( ) ( )y R x S y z Z Z p y R z X p z R x Z p z R z X p g g g g (12) ( ) ( ) ( )t r u eZ Z Z p x T z y T z z T z x R x Y Y p x R y S x z X p X ()y R x S y z Y p y R y X p z R x Y p z R y X p g g g g (13) For the machines with two moving tables (X, Y axis), they can be classified into the XYFZ group,as shown in Figure 3. For XYFZ machine type, H y H x H s y s t e m H z Tg g g Therefore, we have 11H s y s t e m H x H y H z T g g g (14) Apply Equations (2)-(5) to Equation (14), we have ( ) ( ) ( ) ( )t r u eX X X p x T x y T x z T x x R z S x y Y p Y x R y S x z Z Z p gg ( ) ( )y R y Z Z p y R z Y p Y z R y Z p z R z Y p g g g g (15) ( ) ( ) ( )t r u eY Y Y p x T y y T y z T y x R x Z Z p x R z S x y X p X gg ( ) ( )y R x S y z Z Z p y R z X p z R x Z p z R z X p g g g g (16) ( ) ( ) ( )t r u eZ Z Z p x T z y T z z T z x R x Y p Y x R y S x z X p X g ( ) ( )y R x S y z Y p Y y R y X p z R x Y p z R y X p g g g (17) We have discussed the kinematic models of FXYZ, XFYZ and XYFZ machines. All of them are vertical spindle machines. It is therefore of interest to study the case of the horizontal spindle machine. By convention, the spindle is defined as the Z axis.16 Figure 4 shows the kinematic chain of a FXZY-type horizontal spindle machine. Because Z axis, the spindle, is stacked on X slide now,Equations (3)-(4) will become 1110 0 0 1y R z y R y y T xy R z y R x Y y T yHyy R y y R x y T y(18) nts徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 6 Figrue 4.Machine with horizontal spindle 11(10 0 0 1z R z z R y z T xz R z z R x S y z z T yHzz R y z R x S y z Z z T z (19) Also, by the kinematic chain, H s y s t e m H x H y H z T g g g (20) Applying Equations (2), (18) and (19) to Equation (20), we have ( ) ( ) ( ) ( )t r u eX X X p x T x y T x z T x x R z S x y Y Y p x R y S x z Z Z p gg ()z R y Z p z R z Y p Y y R z Y p y R y Z p g g g g (21) ( ) ( )t r u eY Y Y p x T y y T y z T y x R x Z Z p x R z S x y X p gg ()z R x S y z Z p z R z X p y R z X p y R x Z p g g g g (22) ( ) ( ) ( ) ( )t r u eZ Z Z p x T z y T z z T z x R x Y Y p x R y S x y X p z R x S y z Y p Y g g g z R y X p y R x Y p y R y X p g g g (23) GENERIC KINEMATIC ERROR MODEL Although the kinematic equations we have derived for different machines are different in mathematical forms, they hold the same structure in formulation because they have the similar physical kinematic chains. Therefore it is possible for us to generalize these specific models to develop a generic error model for 3-axis machine tools. In general, we have the following model: 1 1 2 1 3 1 1 3 1 2 1 2 1 3 ( ) ( ) ( ) ( )t r u eI I I p T T T R S I I I I p R S I I I I I I p gg2 2 2 3 3 2 3 3 1 2 3( ) R I I I I I I p R I I p R I I I p R I I p g g g g g(24) nts徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 7 2 2 3 2 1 1 1 3 1 2 ( ) ( )t r u eI I I I I I p T T R I I I I I I p R S I p gg2 1 2 3 2 3 3 1 3 3 1 2 3( ) ( ) R S I I I I I I p R I p R I I I p R I p g g g g g(25) 1 3 2 3 3 3 1 1 1 2 1 3 ( ) ( )t r u eI I I I I I p I I I T T T R I I I I p R S I p gg2 1 2 3 2 2 3 1 3 2 1 2 3( ) R S I I p R I p R I I p R I p g g g g g(26) I, II and III are the first, second and third physical axis of machine. I is the first axis directly related to the workpiece. III is the axis directly related to the tool link. II is the axis in between. 123 is a multiplier,which will have:(1). 123=1,when I, II, III form a right hand coordinate system; (2). 123= -1, when I, II, III cannot form a right hand coordinate system. By simply assigning I, II, III to X, Y, Z and setting xyz=1 because XYZ form a right hand coordinate system in Figure 1, Equations (24)-(26) will change to Equations (7)-(9). Assigning I,II, III to X, Z,Y and setting xzy = -1 because XZY form a left hand coordinate system in Figure 4, Equations (24)-(26) will change to Equations (21)-(23). For the other different axis naming conventions in the shop floor, by assigning the generic axes I, II, III to their respectively named axes, such as Y, X, Z, the specific error model can be obtained easily. It can be seen that the generic error model can handle different axis definitions well. After assigning the axes to the generic model, we need to make the relevant change for moving table machines. As shown in Equations (27)-(29), we decompose the structure of the formulation in Equations (24)-(26) into three parts zone-I, zone-II and zone-III respectively. Equations (27)-(29) are the model for machines without a moving table. For machines with one moving table (such as XFYZ, YFXZ, etc.), the following changes will be made: (1-1). zone-II and zone-III stay the same. (1-2). All the terms in zone-I change signs. (1-3). If Ip (excluding the one inside (Ip+I), where rule 1-4 applies) appears in zone-I, Ip should be changed to Ip-I. (1-4). If (Ip+I) appears in zone-I, (Ip+I) should be changed to (Ip-I). trueI Ip1 1 1 3 1 2 1 2 1 3 1 2 3 ( ) ( ) ( ) ( ) I T R S I I I I p R S I I I I I I p g g gzone 2 1 2 2 2 3 1 2 3 ( ) T R I I I I I I p R I I p g g gzone (27) 3 1 3 2 3 3 1 2 3T R I I I p R I I p g g gzone trueII IIp1 2 1 1 1 3 1 2 1 2 3 ( ) ( ) T R I I I I I I p R S I p g g gzone 2 2 2 1 2 3 2 3 1 2 3 ( ) ( ) I I T R S I I I I I I p R I p g g gzone (28) 3 2 3 1 3 3 1 2 3T R I I I p R I p g g gzone trueIII IIIp1 3 1 1 1 2 1 3 1 2 3 ( ) ( ) T R I I I I p R S I p g g gzone nts徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 8 2 3 2 1 2 3 2 2 1 2 3 ( ) T R S I I p R I p g g gzone (29) 3 3 3 1 3 2 1 2 3I I I T R I I p R I p g g gzone On basis of this, if one further considers machines with two moving tables (XYFZ or YXFZ etc.),the rules will be (2-1). zone-III remains the same. (2-2). All terms in zone-II change signs. (2-3). For any IIp (excluding the one inside (II+IIp), where rule 2-4 applies) appears in zone-I or zone-II, IIp should be changed to IIp-II. (2-4). For any (II+IIp) appears in zone-I or zone-II, (II+IIp) should be changed to (IIp-II). These rules can be easily verified by comparing Equations (7)-(9) (FXYZ machine) with Equations (11)-(13) (XFYZ machine), then with Equations (15)-(17) (XYFZ machine). It can be seen that the generic error model also handles the moving table(s) machine well. IMPLEMENTATION OF GENERIC ERROR MODEL A virtual CNC computer program is developed to implement the generic error model. The program is capable of predicting the effects of machine error motions in the machine gauge point for the given XYZ nominal commanded movement of machines. Figure 5 shows the inputs/outputs and functionality of the virtual CNC computer program. The program inputs include: (1). Machine type and axis assignment; (2). Machine tool metrology data, which consist of laser measurement data of machine axes, including positioning error, straightness errors, roll, pitch, yaw and the squareness measurement; (3). The commanded XYZ motion of the gauge point and moving directions of axes (to account for backlash). The program outputs will predict the actual XYZ position of the machine gauge point and IJK orientation of the cutting tool. In the virtual CNC program, we use the machine tool metrology data to generate a lookup table for each of the 18 translation and angular errors for the 3-axis machine. The program also keeps three squareness numbers. The procedures to decode 21 parametric errors from the laser system measurement data are as follows:15 nts徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 9 Figrue 5.Virtual CNC computer program implementing generic error model (1). Construct an error lookup table of 6 parametric errors (linear displacement, 2 straightness,roll, pitch and yaw) for each axis. Initialize all the entries in the lookup table to zero. (2). Read in the measurement data. (3).Compensate the thermal expansion for the positioning error. If the metrology data have been compensated, advance to STEP 4. (4). Shift the coordinates from the measurement coordinate system to the machine coordinate system. (5). Extrapolate the measurement data to cover the whole range of axis in the machine working zone. (6). Abbe Offset compensation for translation errors. Abbe Offset is the instantaneous value of the perpendicular distance between the displacement measuring system of a machine(scales) and the measurement line where displacement in that coordinate is being measured.14 Because of the Abbe Offset translation errors are often compounded by the effects of angular errors. (7). For straightness data, ca
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本文标题:卧式双面十轴组合钻床右主轴箱及中间底座设计【5张CAD图纸+毕业答辩论文】
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