五轴联动毕业论文

摘要

五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点。若配以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，更能够适应像汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。

本文设计了一台五轴联动机床主轴模型，在XY工作台的基础上叠加两层托板，步进电动机带动轴使其做旋转运动，构成类似陀螺仪的结构。分别实现工作台绕XY轴的转动和移动，再沿Z轴装配一根丝杠完成工作台沿Z轴的上下运动最终实现刀具向各个面进行加工。

主要完成了：模型整体结构设计，各个轴的结构设计及计算、滚珠丝杠、轴承和直线滚动导轨的选择及其强度分析；步进电机的选择及分析。

关键词  

Abstract

Five-axis machining center with high efficiency and precision characteristics. If accompanied by high-end CNC five-axis system, can also carry out complex curved surface precision machining, more able to adapt as automotive components, aircraft structural parts and other modern mold processing.

This paper designed a five-axis machine tool spindle model, based on the XY table overlay two pallets, stepper motor drive shaft rotation to do so constitutes a similar gyro structure. Were achieved around the XY axis rotating table and move along the Z axis and then complete the table assembly of a screw up and down movement along the Z axis to the ultimate realization of the various surface processing tool.

Main completed: overall structural design model, each shaft structure design and calculation, ball screws, bearings and linear motion guide the choice and strength analysis; stepper motor selection and analysis.

Keywords five-axis  gyro   screw drive

目录

摘要1

Abstract2

第一章  绪论5

第二章  总体方案的设计6

2.1设计任务6

2.2设计方案的论证6

2.2.1传动方式的确定6

2.2.2 陀螺仪机构的设计6

2.3 总体方案的设计及结构组成6

第三章   XY工作台及绕XY旋转工作台的设计8

3.1 XY工作台的设计8

3.1.1主要设计参数及依据8

3.1.2 XY工作台部件进给系统受力分析8

3.1.3初步确定XY工作台尺寸及估算重8

3.2绕XY旋转工作台的设计8

3.2.1主要设计参数及依据8

3.2.2绕XY旋转工作台受力分析9

3.2.3初步选定绕XY旋转工作台的尺寸及重量估计9

3.3 沿Z向移动工作部分设计9

第四章  滚珠丝杠副的选型与计算10

4.1滚珠丝杠的选型10

4.2 滚珠丝杠副导程的确定13

4.3 滚珠丝杠副的传动效率14

第五章  直线滚动导轨的选型15

5.1定位精度高15

5.2降低机床造价并大幅度节约电力15

5.3可提高机床的运动速度15

5.4可长期维持机床的高精度15

5.5直线滚动导轨副的计算与选型16

5.5.1滑块承受工作载荷F 的计算及导轨型号的选取16

5.5.2距离额定寿命L的计算16

第六章 步进电机的参数与选型17

6.1步进电动机的特点17

6.2 步进电动机的分类17

6.2.1反应式步进电动机17

6.2.2永磁式步进电动机17

6.2.3混合式步进电动机17

6.3步进电动机的参数及其选择18

6.3.1步距角的选择18

6.4电动机的转速与功率19

6.5各参素的确定19

6.6初选步进电动机型号20

6.6.1脉冲当量的选择20

6.6.2等效负载转矩的计算20

6.6.3等效转动惯量计算20

6.6.4步进电动机型号选择的计算21

第七章  轴、轴承及联轴器的选用26

7.1轴的材料26

7.1.1轴的分类26

7.1.2轴的材料及选择26

7.2  轴的结构设计26

7.2.1轴头、轴颈和轴身26

7.2.2轴上零件的轴向固定和定位27

7.2.3轴的周向固定：27

7.2.4减少应力集中的措施27

7.3轴承的选用28

7.4联轴器的选用28

第八章  连接部分32

8.1 螺纹紧固件的联接画法32

致谢34

参考文献35

第一章  绪论

五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。五轴联动数控机床是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。国际上把五轴联动数控技术作为一个国家工业化水平的标志。

国外五轴联动数控机床是为适应多面体和曲零件加工而出现的。随着机床复合化技术的新发展，在数控车床的基础上，又很快生产出了能进行铣削加工的车铣中心。五轴联动数控机床的应用，其加工效率相当于两台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资，大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。市场的需求推动了我国五轴联动数控机床的发展，CIMT99展会上，国产五轴联动数控机床登上机床市场的舞台。自江苏多棱数控机床股份有限公司展出第一台五轴联动龙门加工中心以后，北京机电研究院、北京第一机床厂、桂林机床股份有限公司、济南二机床集团有限公司等企业，相继开发了五轴联动数控机床。

当前，国产五轴联动数控机床在品种上，已经拥有立式、卧式、龙门式和落地式的加工中心，适应大小不同尺寸的复杂零件加工，还有五轴联动铣床和大型镗铣床以及车铣中心等，基本涵盖了国内市场的需求。精度上，北京机床研究所的高精度加工中心、宁江机械集团股份有限公司的NJ-5HMC40卧式加工中心和交大昆机科技股份有限公司的TH61160卧式镗铣加工中心都具有较高的精度，可与发达国家的产品相媲美。在产品市场销售上，江苏多棱、济南二机床、北京机电研究院、宁江机床、桂林机床、北京一机床等企业的产品，已获得国内市场的认同。

   五轴联动机床通常价格很高，在学校利用毕业设计的机会制作一个五轴联动机构的模型不但对我们所学知识起到很好的巩固作用，同时如果将其完善可以做成实物作为教学之用，具有很好的现实意义。