立式加工中心移动工作台设计-开题报告

毕业设计（论文）开题报告一、课题的意义目的加工中心是一种在计算机控制下带有自动换刀系统的能完成多工序复合加工的自动化机床，并正向高速高效、高精度、模块化、网络化和复合化方向发展。由于加工中心是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，其生产效率高、柔性好、一机多用和易于加工复杂的曲线、曲面零件等特点，早已成为工业发达国家军民机械工业的主力加工设备。 一个国家的加工中心拥有量、消费量及总体技术水平与这个国家机械工业的加工制造技术水平息息相关。我国的加工中心从70年代开始，已有很大发展，但技术、品种和数量上都还远远不能适应我国的经济、技术发展的需要。进入21世纪以后，中国加工中心的消费量随着军民机械工业的大规模技术改造而迅速增长，如2001年中国加工中心的消费量仅为2662台（其中进口2290台），而同年美国、日本和德国的加工中心消费量分别为11505、6090和5291台。到了2005年，中国加工中心的消费量猛增至约13200台（估计值，加工中心的产量数据未公布），其中进口10343台。2005年加工中心的消费量是2001年的4.96倍，年均增幅达49.2%，一举超过美、日、德诸国，成为世界上消费加工中心最多的国家。 根据机械工人杂志社等单位的调查，从近 600 份重点用户的有效问卷中得出的结果是，加工中心机床的应用已遍及全国 26 个行业，其中汽车、摩托车及其零部件制造业占 24%，航空航天和军工行业占 18%，机床工具业占 11%，模具行业占 8%，轻工机械行业占 4%。在这些企业拥有的加工中心中，虽然普及型的立式和卧式加工中心仍占多数，但多轴联动、高速、大型精密等高档加工中心也占有一定比重，如在所调查的近 600 户用户中，拥有 5 轴联动加工中心的占 24%。说明中国市场消费的加工中心虽然以普及型的中档机为主，但高档机在消费量中所占比重估计已达 15%至 20%。 中国消费的加工中心大部分依靠进口（2005 年进口量占消费量的七成多） ，进口金额 12.97亿美元，居各类机床进口额之首，主要从日本、中国台湾、德国和韩国等地进口。2006 年上半年，中国进口加工中心 5511 台，金额 6.88 亿美元，同比分别增长 20%和11%，仍保持两位数增长，说明中国加工中心市场的规模还有增长空间。二、加工中心的基本组成、分类及结构特点：加工中心是一种功能较全的自动化加工机床。它把切削、铣削、镗削和钻削等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺功能。加工中心自问世至今世界各国出现了各种类型的加工中心，虽然外形各异，但从总体结构来看主要由以下几大部分组成。 （1）基础部件 由床身、立柱、工作台等组成。它们是加工中心的基础结构，它们不仅要承受加工中心的静载荷，还要承受切削加工时产生的切削负载，所以要求加工中心的基础部件必须有足够的刚度。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接而成的钢结构件，它们是加工中心中体积和重量最大的部件。 （2）主轴部件 由主轴伺服电源、主轴电动机、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、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。 （3）数控系统 单台加工中心的数控部分由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电动机等部分组成。CNC装置是一种位置控制系统，其控制过程根据输入的信息进行数据处理、差补运算，获得理想的运动轨迹信息，然后输出到执行部件，加工出所需要的工件。可编程序控制器（PLC）替代一般机床中机床电器柜，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、自动诊断功能、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功能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、驱动机构等部件组成。 （5）自动托盘交换系统 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些别的工件。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。（6）辅助装置 包括润滑、冷却、排泄、防护、液压、气动检测系统等部分。这些装置虽然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着保障作用，因此也是加工中心不可缺少的部分。加工中心的分类：（1） 按工艺用途分为镗铣加工中心、钻削加工中心、车削加工中心、复合加工中心。（2） 按机床形态分为立式加工中心、卧式加工中心、龙门式加工中心、虚轴加工中心。 （3） 按加工精度分为普通加工中心、高精度加工中心。 加工中心的结构特点：（1） 机床的刚度高、抗震性好。 （2） 机床的传动系结构简单，传递精度高、速度快。 （3） 主轴系统结构简单，无齿轮箱变速系统。 （4） 加工中心的导轨采用了耐磨材料和新结构，能长期保持导轨的精度。 （5） 控制系统功能较全，其智能化程度越来越高。 二、设计方案的预期目标 课题的目的是设计一个用于立式加工中心的移动工作台，该工作台可进行 X 和 Y 方向直线运动, 另外工作台上面可固定夹具式回转工作台( Z 向转动)，并满足相关的技术指标要求。三、任务可行性分析立式加工中心是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。它是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的，它综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、气动技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断、刀具和编程技术的高科技产品，将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能并聚集在一台加工设备上，且增设有自动换刀装置和刀库，可在一次安装工件后，数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、内外倒角、环形槽及攻螺纹等加工。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和调整时间，减少工件周转、搬运存放时间，使机床的切削利用率高于通用机床 3 到 4 倍，达 80%以上。所以说，加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。 本次设计是以数控机床立式加工中心为参考，设计加工中心的工作台，这一部件结构上兼有一般机械的基本特点，又采用了滚珠丝杠、滚动直线导轨、无级调速电机等新型机电产品，对提高我们的学习和设计能力很有帮助。 工作台用于安装工件，并带动工件进给，以完成各种切削加工，是任何切削机床必不可少的重要部件。与普通切削机床不同的是，加工中心的工作台是在数控系统的控制下自动完成进给的，能够自动完成各种轮廓和曲面的加工。加工中心直线工作台主要在数控系统控制下完成纵向（X 方向）和横向（Y 方向）进给。为了实现任意角度和在切削过程中转台能够回转，加工中心还要设置数控回转工作台，这样加工中心就多了一个 NC 坐标，能够完成更加复杂的见曲面的加工。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外，还能实现圆周进给运动。 本文设计的可拆卸夹具式数控回转工作台 , 具有两大优点： 第一, 使用时, 工作台如夹具固定在直线进给工作台的 T 形槽内, 不用时, 即可拆下, 工作台是一个独立体, 可以由几台数控机床共用; 第二, 本结构具有适应高温、高速和便于保证装配精度的特点。工作台的进给精度和性能，直接影响加工中心的加工精度和性能。所以，只有有了进给精度高、性能安全可靠的直线工作台和回转工作台，加工中心才能精确完成各种轮廓和曲面的加工，加工出高质量的零件。五、参考文献1、谢红.数控机床机器人机械系统设计指导M.上海：同济大学出版社，2004.2、韩鸿鸾.数控机床的机械结构与维修M.山东：山东科学技术出版社，2005.3、罗学科,等.数控原理与数控机床M.北京：化学工业学出版社，2004.4、周宏甫.数控技术M.广州：华南理工大学出版社，2005.5、陈蔚芳,等.机床数控技术及应用M.北京：科学出版社，2005.6、谢红,等.加工中心的工作台和伺服进给系统设计J.现代机械，2002,(2)：3 5.7、Svoboda.O. Volumetric positioning accuracy of a vertical machining center equippedwith linear motor drives A. Sixth International Conference on Laser Metrology, Machine Tool, CMM an