加工中心用侧铣削动力头设计
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加工中心侧洗头结构设计论文.doc
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加工中心侧铣头结构设计
摘要 本设计主要是根据设计要求，依据机械设计和机械制图的基本原理对一台重型数控龙门铣床的侧铣头进行结构设计，该侧铣头能够在X 方向和Z方向两个方向上进行铣削运动。本设计主要分四部分：
第一部分是根据设计要求对侧铣头的结构进行总体方案的设计，主要包括伺服进给运动和主运动方式的确定。
第二部分是利用机械设计基本原理对设计中伺服进给运动和主运动系统的机械部分的设计计算，主要包括进给电动机、主轴电动机、滚珠丝杠副的选则、计算和校核以及对同步带和带轮进行设计。
第三部分是根据所选择设计的主要零件，先进行大体结构设计，之后在此基础之上，利用机械制图的基本原理，应用CAXA电子图版对侧铣头的结构进行二维设计，并生成三张二维装配图纸和一张二维零件图纸。
最后一部分是依据所设计的二维图，利用SOLIDWORKS软件对侧铣头结构中零件进行三维建模，并将所有建模零件进行装配，生成三维装配体；在此基础上，利用该软件做一个三维动画，显示装配体内部结构及运动方式。
关键字： 重型数控龙门铣床 侧铣头 结构设计 总体方案设计
二维设计 三维建模 三维动画
Structural Design of the Profile Cutter Head of
a Machining Centre
Abstract: The design is mainly to design the profile cutter head structural of a heavy numerically controlled plan miller according as the rationale of mechanism design and theory of machines on the bases of design specification. The design is mainly divided into four parts:
The first part is a content of total project design of the profile cutter head Structure according as design specification, including confirming the manner of servo feed motion and the main motion.
The second part is design of calculations of machine parts of servo feed motion system and the main motion system according as the rationale of mechanism design. Its mainly including chooses the type, the calculation and the verification of the feed electromotor, the principal axis electromotor and the ball screw, and the design of hold-in range and synchronous pulley.
The third part is to design the mainly structure firstly on the bases of main parts choosed and designed in the second part, then to design two dimensional drawings, and create three assembly drawings and one detail drawings using CAXA software according to the rationale of theory of machines.
The finally part is to model the parts of the profile cutter head, and create three dimensional drawings using SOLIDWORKS software according to two dimensional drawings designed in the third part；The following is to create a three-dimensional animation to show the inside structure of the three-dimensional assembly drawing and the motion manner using the software on the bases of the three-dimensional assembly drawing.
Keywords: Heavy numerically controlled plan miller, The profile cutter head, Structural design, total project design, two dimensional design, three dimensional modeling，three-dimensional animation。
目 录
摘 要………………………………………………………………………………………I
ABSTRACT……………………………………………………………………………П
第一章 绪 论…………………………………………………………………………1
1.1 国内外数控机床的发展状况……………………………………………………1
1.2 数控技术的发展趋势……………………………………………………………2
1.3 设计目的和意义……………………………………………………………………3
第二章 总体方案设计……………………………………………………………5
2.1设计基本要求………………………………………………………………………5
2.2总体设计方案………………………………………………………………………6
第三章 伺服系统机械部分设计计算………………………………………8
3.1滚珠丝杠副的选择计算…………………………………………………………8
3.1.1 已知参数…………………………………………………………………………8
3.1.2 切削力的确定…………………………………………………………………8
3.1.3 滚珠丝扛螺母副的设计、计算………………………………………………8
3.2 进给伺服系统传动计算…………………………………………………………11
3.2.1 电动机选择……………………………………………………………………11
3.2.2 同步带的设计计算……………………………………………………………17
3.3 机床主轴部分设计计算…………………………………………………………18
3.3.1 主轴电机及其减速器的选择计算…………………………………………18
3.3.2 同步带的设计计算……………………………………………………………19
第四章 二维设计 …………………………………………………………………21
4.1 大体结构设计………………………………………………………………………21
4.2 利用 CAXA 电子图版进行二维设计…………………………………………22
第五章 三维设计…………………………………………………………………27
5.1 Solidworks2005软件介绍……………………………………………………27
5.2 三维建模……………………………………………………………………………28
5.3 三维动画…………………………………………………………………………34
经济技术性与环保分析……………………………………………………………35
结 论………………………………………………………………………………………36
致 谢………………………………………………………………………………………37
参考文献…………………………………………………………………………………38
第一章 绪论
1.1 国内外数控机床的发展状况
２０世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从１９５２年美国第１台数控铣床问世至今已经历了５０个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有１０～２０万台，产值上百亿美元。尤其是以美国和德国为代表的数控技术最为先进。只就数控铣床来说，已经出现了各式各样适应于不同加工形式的数控铣床，而只就数控龙门铣床来说，自从西班牙尼古拉斯克雷亚集团公司(Nicolas Correa，下称NC公司)80年代中期开发出第一台龙门式数控铣床，在这短短的几十年里，数控龙门铣床技术的不断发展，先后出现了各种形式的龙门铣床，到目前为止数控龙门铣床技术的发展已经相当完善。
从整体上看，现在在机械行业中使用的数控龙门铣床大部分只带有立式铣头，也就是说只能对工件上表面进行Y向和X向铣削或是带有侧铣头但该侧铣头只能进行Z向进给运动。也就是说带有能够做两个方向进给运动的侧铣头还是少见的。特别是对于重型龙门铣床来说，加工工件一般都是很大很重的，移动工件时很不合理的，所以这时采用能够做两个方向进给运动的侧铣头是必要的。
我国数控机床制造业在８０年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型，但数控龙门铣床并没有得到很大发展。从１９９５年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在１９９９年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣，数控龙门铣床也得到了很大发展。但从2013年4月北京国际机床展览会和2014年4月份的上海数控机床展览会上，也看到了一些问题：
(1)低技术水平的产品竞争激烈，相互之间靠压价促销；
(2)高技术水平、全功能产品主要靠进口；
(3)配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口；
(4)应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用；
(5)自行开发能力较差，相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。
当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近３００万台），但我们的机床数控化率仅达到１．９％左右，这与西方工业国家一般能达到２０％的差距太大。日本不到８０万台的机床却有近１０倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国２１世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床３０００～４０００台，日本１年产５万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口７０００～９０００台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。因此，国家计委、经贸委从“八五”、“九五”就提出数控化改造的方针，在“九五”期间，我协会也曾做过调研。当时提出数控化改造的设备可达８～１０万台，需投入８０～１００亿资金，但得到的经济效益将是投入的５～１０倍以上。因此，这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司加入。“十五”刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入６．８亿元，用于对１．２～１．８万台机床的数控化改造。
有专家指出专家说，从整体上提高我国机床水平刻不容缓。但当前需要特别注意的是，必须快速提高数控机床产品的自主开发、制造能力。为此，要建立有效的数控技术开发中心，加强对重点工艺的研究、试验，形成成套开发能力；同时，通过国际合作生产、合资经营，实现主流产品生产的高起点、成批量、专业化。
1.2 数控技术的发展趋势
从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面：
（1） 高速、高精加工技术及装备的新趋势
效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。
在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳经济技术性与环保分析
如今的工业生产非常注重工作效率和经济效益，因此对产品设计做出适当的经济和技术分析是非常重要的。
在经济性这方面，本设计完全符合这方面特点。在整体结构的设计上，我们在满足强度要求和技术要求的基础上，设计了最小的结构尺寸，使用了最少的原材料，这是经济性表现最为突出的一方面；除此之外，在整体结构的设计中，大部分结构都是比较简单的结构形式，这样也减少了加工过程中的工作量；同时在设计中，认真分析计算，从而得出比较准确的数据，这样在各个部件的选择上就有了很大的优势，避免了不必要的资金浪费。例如对滚珠丝杠的选择，选择了传动精度很高，而且价格适中的BNFN5020-2.5；以及对两个电动机选择也是经过认真分析计算，从而选择即满足传动的动力要求，又没有出现“大马拉小车”的现象，这无疑也节省了一部分资金。
在技术性方面，本设计最突出的一个特点就是，在实现横向移动时，另加了一个直线光栅尺进行位置检测，这样构成一个闭环系统，这样的结构在定位精度上更具有优势。
现代的产品设计都会注意环保问题，因为环境的可持续性发展成为一个战略性的问题已经摆在人们面前，在产品的设计中一定要考虑到对于环境的影响，并应把对环境的损害降到最低点，特别是在机械产品设计中更应注意这个问题，因在机械产品中，都要对其进行润滑，这样势必会对环境有一定影响，这就要求在设计中充分考虑润滑油等循环问题。在本设计中，充分考虑了这一要求，在各个需要润滑的表面都加工了油路，并注意了油路的配合，避免了润滑油的渗透。
结 论
本次毕业设计的任务是对一台重型数控龙门铣床的侧铣头结构进行设计，具有一定的现实意义。在本设计中，为实现两个方向上的运动，将侧铣头主要分为垂直导轨和水平滑枕两部分，导轨采用贴塑滑动式矩形导轨；在伺服进给系统中，使用西门子公司生产的交流同步伺服电机通过同步带连接滚珠丝杠螺母副带动水平滑轨运动实现X向进给。在主运动系统使用西门子交流感应电动机通过同步带带动高精密主轴转动实现主运动。同步带传动都是采用1：1传动。
但是本设计中只进行了结构设计，没有考虑侧铣头的控制部分和润滑油的循环机构，希望以后能设计一个与之配合的电器控制部分和油路循环机构。
通过这次毕业设计，不仅对机械的基础知识和机械结构有了更深的理解，而且也实现了自己对自考三年所学到的知识的一个系统的复习。在设计过程当中，逐步了解了机械产品的一般设计过程以及在设计过程中应该注意的问题和应考虑的因素，并且对CAXA电子图版和SOLIDWORKS软件更加熟悉。
毕业设计虽然结束了，自考四年的学习生活也即将结束，但这只是人生的一个新的开始。我的知识，特别是在机械专业方面的知识还刚刚是打下了一个良好的基础，学无止境，还有很多问题需要我去研究，去探索。因此，在以后的工作和学习生活中，我将继续努力学习积累更宝贵的专业知识，争取做到最好。
致 谢
本次毕业设计历时三个半月，在此过程中，我特别要感谢的是指导我毕业设计的田芳老师。在设计过程中，从开始设计计算一直到提交毕业论文，都得到了田老师悉心的指导。在这几个月的时间里，田老师严谨的治学态度、一丝不苟的工作作风和谦和的待人态度都对我产生了深深的影响，这些将激励我在以后的学习工作中更加努力。在田老师悉心的指导下，我圆满地完成了此次毕业设计。值此毕业设计即将结束之际，学生在此谨向导师表示由衷的感谢、崇高的敬意和真心的祝
参考文献
1、 徐炳松，张秀艳，张茵麦.画法几何及机械制图[M]。高等教育出版社，1999.
2、 数控技术和装备发展趋势及对策[J]. 机械设备新闻资讯网.2005-08-07.
3、 龙门铣的先驱者来到中国[J]. 96航空翩遗技术,2005年第8期 .
4、 国内外数控技术发展状况[J]. 中国自动化网，2005-9-28 .
5、 专家指出要加大我国数控机床研发力度[J]. 新华社，2003-7-2. .
6、 机床设计手册3[M]. 机械工业出版社, 1986.
7、 机床设计图册[M]. 上海科学技术出版社, 1979.
8、巩云鹏,田万禄,张祖立等.机械设计课程设计[M].东北大学出版社,2000.
9、张玉，刘平.几何量公差与测量技术[M].东北大学出版社。1999.
10、喻子建，张磊，邵伟平.机械设计习题与解题分析[M].东北大学出版社.2000.
11、阎保民, 鲍绍箕. XKB2320A型数控龙门铣床动态特性的试验研究[J]. 大连理工大学学报, 1983年03期.
12、孙振功. 数控龙门铣床的研制[J]. 水利部电力工业部机电研究所．
13、王启义.机械制造装备设计[M]。冶金工业出版社，2002
14、孙智礼，冷兴聚，魏延刚等.机械设计[M].沈阳：东北大学出版社，2000.
15、David Murray著，刘长征译.精通Solidworks 2003[M].清华大学出版社.2004.
16、王仁德，张耀满，赵春雨.机床数控技术[M]。沈阳：东北大学出版社，2002.
17、机械设计手册（软件版）R2.0. 机械工业出版社.
18、Visualization Process for Design and Manufacturing of End Mills[J] .Sung-Lim Ko, Trung-Thanh Pham, Yong-Hyun Kim Springer Berlin / Heidelberg.
19、Interference-free tool-path planning for flank milling of twisted ruled surfaces[J] .Jung-Jae Lee, Suk-Hwan Suh .Springer London ,Volume 14, Number 11.
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