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摘 要
五轴联动加工中心是复杂平滑曲面加工的重要手段，也是汽车、模具、航空航天业精密复杂零件加工的重要设备。它代表着机床制造业先进技术集成的方向，西方工业发达国家一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行出口许可证制度，并对于用于军事领域的五轴联动加工中心实行禁运，所以自行开发精密五轴联动加工中心对我国的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业的发展有着重要的理论意义和应用价值。
论文在综合比较分析国内外五轴联动设计技术，综合借鉴国内外先进机床设计结构和设计分析手段的基础上，采用设计和试验相结合的方法，系统的对其总体布局、主要功能部件的设计、机床精度保持和机床高速运动的动态性能分析等关键项技术进行了深入研究。详细分析了国外五轴联动加工中心的机床设计方法，探讨了各种机床结构的优缺点，通过大量详细而准确的计算，提出了机床总体布局方案，并完成了头库结构设计、气动控制回路设计。
关键词：五轴联动加工中心；结构设计；性能研究
Abstract
The five axis simultaneously controlled machining center is an important kind of equipmertt,which is used to handle continuous smooth and complicated curve surface in automobile,mold and aerospace manufacturing.It integrates many Advanced machine tool manufacturing technologies.So industrial developed countries implement the export license limit on it and lay an embargo on five axis simultaneously controlled machine for military purpose.Therefore,focused on the field of machine tools,develop the precision five axis machining center for our national aerospace,military,scientific research,precision instrument and medical apparatus industries by US to have the important theories meaning and the application values．
Based on the analysis and comparison of design technologies of five axismachining centers and advanced machine structures，the existent problems and the development trends are analyzed.Some key technologies and methods,such as precision high-speed five—axis machining center's general layout，main function unit design，machine accuracy maintain and dynamic performance analysis of machine’s high-speed motion,are studied．The designing methods of five axis machining center are analyzed and compared in detail.After modeling and calculating lots of engineering restriction functions,the machine’S general layout plan is worked out．Furthermore，some main function units that include machine spindle，feed system and driving unit are finished．
Keywords：Five-Axis Simultaneously Controlled Machining Center；Structural Design；Performance Study
目 录
摘 要 I
Abstract II
绪 论 1
1头库结构设计的理论基础 2
1.1头库结构设计国内外发展现状及优势 2
1.2本课题主要工作 4
2头库结构设计 5
2.1头库整体结构布局简介 5
2.2托板传动系统导轨副选用计算 9
2.3托板传动系统气缸选用计算及气动控制回路 14
3交换控制逻辑 16
3.1 PLC控制逻辑 17
3.2 NC控制逻辑 19
3.3交换过程中的铣头松开/夹紧监控 22
3.3.1 流量计简介 23
3.3.2 监控原理 24
3.4 交换过程中Z轴异常负载监控 25
结 论 26
致 谢 27
参考文献 28
绪 论
性能高效高速数“控加工机床多采用系列化、标准化和模块化设计制造技术，允许用户在标准型机床基础上通过选配包括不同特性主轴铣头或和电主轴在内的模块化部件，以使同一机床能适应不同需求的加工应用和自动化水平，呈现了较好的应用柔性。但对终端制造业用户而言，这仍然是一种专用型”的机床，因为一旦选配了某种确定特性的主轴铣头或电主轴，这时该机床的加工能力也就被确定在某种确定的范围内，仍然呈现为专用性的特征。
为此，机床制造商开发了可实现主轴铣头自动交换功能的数控加工机床，以便随时根据实际需求可自动选择相应的主轴铣头装载到机床主轴上，从而有效扩展了机床的加工能力和适用性，使终端用户真正可获得一种“通用型”的，或者说“高性能”的高效高速数控加工机床。实际上，可交换主轴铣头应用已有一段历史了，不同的仅是现代此类数控加工机床的技术水平、自动化程度和可靠性更高而已。
该设计涉及五轴龙门加工中心领域，具体为一种铣头可交换直驱式高速龙门五轴加工中心，专门用来加工航空透明件模具及汽车工业中的模具制造。
传统的五轴龙门加工中心多采用齿条或丝杠传动，对于齿条传动来说，具有力量大的优点，但是精度低。而丝杠传动时，丝母对丝杠施以扭力，当丝杠长度过长时会产生晃动现象，从而影响工件的形状及尺寸精度，并且长期使用或受异物污染时，易磨损影响机床的精度。
该设计的目的在于提供一种可快速交换主轴头的高速五轴龙门加工中心，解决现有技术中存在的精度低等问题。
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