龙门加工中心头库结构设计【图纸3张】【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】【带查重报告，正文13000字】
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毕业设计（论文）附件 题 目： 龙门加工中心头库结构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 12101629 姓 名： 蔡斌豪 指导教师： 徐兆成 机械与运载学院 沈阳工学院 毕业设计（论文）课题申报表 课题名称 龙门加工中心头库结构设计 课题来源 教师提供 课题类型 题简介： （主要内容、进行方式、工作量大小及准备程度、现有技术和物质条件、时间安排、预期成果） 主要内容： 完成了龙门加工中心头库结构设计，完成了托板零件图、托板座零件图、 主轴装配图， 制逻辑的设计。 进行方式： 学生在校内外短期钻研的基础上，在老师的指导下完成。 工作量大小及准备程度： 设计图纸总共三张 文说明书 1 万字以上 现有技术和物质条件： 结构的设计是该专业的核心技术能力要求，学生已完成结构 设计的相关知识、课设和实训，具有一定的专业基础。学生在设计过程中不乏调研、查阅相关设计手 册和参考书等设计资料。 时间安排： 周：下达课题 周：查阅相关资料完成开题。 :完成托板零件图，托板座零件图的绘制及 制逻辑。 ：完成一套头库结构设计的三维造型。 5：完成设计说明书的编写 预期成果： 具有一定应用价值的龙门加工中心头库结构设计，托板零件图、托板座零件图、主轴装配图及论文说明书 申报人姓名： 蔡斌豪 日期： 2016 年 1 月 6 日 学院毕业设计（论文）工作领导小组意见： 组长签字： 年 月 日 说明：课题类型（ 1） A 工程设计； B 技术开发； C 软件工程； D理论研。（ 2） X 真实课题； Y 模拟课题； Z 虚拟课题。（ 1）、（ 2）均要填写，如 。 毕业设计（论文）任务书 课题名称 龙门加工中心头库结构设计 专业 机械设计制造及其自动化 姓名 蔡斌豪 学号 12101629 主要内容、基本要求、主要参考资料、进度安排等： 主要内容： 板座零件图、主轴装配图。 制逻辑的设计。 基本要求： 分析并绘制零件图及装配图，按照实际应用机床对头库结构进行设计，制定主轴交换的基本理论方案，设计 制逻辑，设计完成托板、托板座、装配图的绘制，共三张 纸，完成说明书论文 1 份，字数要求在 1 万字以上。 主要参考资料： 机械设计理论基础、机床总体方案设计技术。 进度安排： 周：下达课题 周：查阅相关资料完成开题。 :完成托板零件图，托板座零件图的绘制及 制逻辑。 ：完成一套头库结构设计的三维造型。 5：完成设计说明书的编写并做好答辩准备 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 系主任签字： 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告 课题名称 龙门加工中心头库结构设计 课题来源 教师提供 课题类型 导教师 徐兆成 开题报告内容： （调研资料准备情况，设计的目的、要求、思路与预期成果；工作任务分解，各阶段完成的内容及时间分配；完成设计（论文）所具备的条件、存在的问题等。） 调研资料准备情况： 通过查阅了相关资料及筹备了必要的设计资料，为本次毕业设计的理论基础做好了软硬件的准备。在整个设计过程中，我们综合运用所学的理论知识和技能，分析并绘制了零件图及装配图， 按照实际应用机床对头库结构进行设计，制定主轴交换的基本理论方案，设计 制逻辑，设计完成托板、托板座、装配图的绘制，共三张 纸，完成说明书论文 1 份。 主要查阅的资料有： 机 械设计理论基础、机床总体方案设计技术、数字化控制机床工业的未来等。 设计目的： 制逻辑设计。 算和编写技术文件等基本内容。 设计要求： 计 制逻辑 0 万字以上 设计思路： 据机床的设计要求完成头库的结构设计 制逻辑的基本理论及其设计编写 工作任务分解 ： 周：下达课题 周：查阅相关资料完成开题。 完成托板零件图，托板座零件图的绘制及 制逻辑。 ：完成一套头库结构设计的三维造型。 5：完成设计说明书的编写并做好答辩准备 完成设计所具备的条件： 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 头库 总体布局方案，并完成了机床 托板、托板座 等主要功能部件的设计。 用最新理论，提出保持机床高精度的方案设计。 论力学 基本原理和方法，对机床关键运动部件进行了结构性能分析，从而为机床的高速、精密等性能指标提供了可靠保证。 预期成果： 具有一定应用价值的龙门加工中心头库结构设计，托板零件图、托板座零件图、主轴装配图及论文说明书。 指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 课题类型（ 1） A 工程设计； B 技术开发； C 软件工程； D 理论研。（ 2） X 真实课题； Y 模拟课题； Z 虚拟课题。（ 1）、（ 2）均要填写，如 。 毕业设计（论文）学生自查表 （中期教学检查用） 学生姓名 蔡斌豪 专业 机械设计制造及其自动化 学号 12101629 指导教师 徐兆成 职称 高级工程师 工作进度 已完成的内容： 头库结构设计 托板零件图 托板座零件图 主轴装配图 待完成的内容： 说明书的编写 已完成百分比： 50% 存在问题： 头库的结构设计基本理论基础以及 件的选择存在一些细节问题。 指导教师签字： 年 月 日 指导教师毕业设计（论文）评审表 课题名称： 龙门加工中心头库结构设计 序号 评审项目 指标 满分 评分 1 工作量、工作态度 按期完成规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实；善于与他人合作。 20 2 调查论证 根据课题任务，能独立查阅文献资料和从事其它有关调研，能较好的书写出开题报告，有收集、综合和正确利用各种信息的能力。 10 3 设计、实验方案、分析与技能 综合分析科学，方案设计合理，数据采集、计算、处理正确，推导正确，计算准确，论证充分；结构合理、工艺可行；图样绘制与技术要求符合国家标准要求。 40 4 设计说明书 论文质量 条理清楚、文理通顺、用语符合技术规 范，图表完整、正确、书写格式规范。 20 5 创新 能利用最新技术手段，有重大改进或独 特见解；有一定应用价值。 10 总分 评语： 指导教师签字： 年 月 日 评阅教师毕业设计（论文）评审表 课题名称： 龙门加工中心头库结构设计 序号 评审项目 指标 满分 评分 1 课题完成量 能按期完成任务书规定的任务，课题达 到教学基本要求。难易程度、工作量大小合适。 20 2 调查论证 根据课题任务，能独立查阅文献资料和从事其它有关调研，能较好的书写出开题报告，有收集、综合和正确利用各种信息的能力。 10 3 设计、计算 论证、推导 综合分析科学，方案设计合理，数据采集、计算、处理正确，推导正确，计算准确，论证充分；结构合理、工艺可行；图样绘制与技术要求符合国家标准要求。 40 4 设计说明书 条理清楚、文理通顺、用语符合技术规 范，图表完整、正确、书写格式规范。 20 5 创新点 能利用最新技术手段，有重大改进或独 特见解；有一定应用价值。 10 总分 评语： 评阅组负责人签字： 年 月 日 毕业设计（论文）答辩申请表 申请时间： 2016 年 5 月 23日 课题名称 龙门加工中心头库结构设计 专业 机械设计制造及其自动化 姓名 蔡斌豪 学号 12101629 已完成情况： 头库结构设计 托板零件图 托板座零件图 主轴装配图 交换控制逻辑 指导教师： 年 月 日 评阅教师： 年 月 日 备注： 毕业设计（论文）答辩评审表 课题名称： 龙门加工中心头库结构设计 序号 评审项目 指标 满分 评分 1 报告内容 思路清新；语言表达准确，概念清楚， 论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。 40 2 报告过程 准备工作充分，时间符合要求。 10 3 创新 对前人工作有改进或突破，或有独特见 解。 10 4 答辩 回答问题有理论依据，基本概念清楚。 主要问题回答准确、深入。 40 总分 评语： 对申请评优或答辩不合格的补充说明： 答辩委员会（小组）负责人： 年 月 日 沈阳工学院 毕业设计（论文）成绩评定表 论文题目 龙门加工中心头库结构设计 学生姓名 蔡斌豪 学号 12101629 指导教师姓名 徐兆成 职称 高级工程师 设计（论文）说明书页数 31 图纸张数 3 加工零件数 0 有、无产品模型 无 评分项目 标准得分 权重 折合得分 指导教师评分 评阅组评分 答辩组评分 综合得分 论文评定等级 毕业设计（论文）答辩委员会意见： 机械与运载学院答辩委员会负责人： 年 月 日 沈阳工学院 毕业论文（设计）答辩记录表 答辩日期： 2016 年 5 月 23 日 答辩地点： 5309 学院（或系） 机械与运载学院 专业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 蔡斌豪 学号 12101629 成绩 论文（设计）题目 龙门加工中心头库结构设计 指导教师 徐兆成 答辩纪录 ： （ 用简明语言记录答辩过程，答辩委员会提出的问题及学生回答情况） 提出问题： 回答摘要： 答辩组组长签名： 答辩委员会记录人（签字）： 沈阳工学院毕业设计说明书 I 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；性能研究沈阳工学院毕业设计说明书 he is an of is to in on it an on on of S to on of of s of s of in of is 1 目 录 摘 要 . I . 论 . 2 1 头库结构设计的理论基础 . 2 库结构设计国内外发展现状及优势 . 2 课题主要工作 . 4 2 头库结构设计 . 5 库整体结构布局简介 . 5 板传动系统导轨副选用计算 . 9 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 . 17 . 19 换过程中的铣头松开 /夹紧监控 . 22 量计简介 . 23 控原理 . 24 换过程中 Z 轴异常负载监控 . 25 结 论 . 26 致 谢 . 27 参考文献 . 28 沈阳工学院毕业设计说明书 2 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 。 沈阳工学院毕业设计说明书 2 1 头库结构设计的理论基础 库结构设计国内外发展现状及优势 大型龙门五面体加工中心是现代装备制造业的急需设备，随着我国经济的不断成长，我国许多重要行业，如发电设备 ( 水电、风电、核电 )、航空、航天、船舶、汽车制造业也都需要高精、大型数控龙门装备。自动换头头库机构，是与龙门加工中心相对独立的部件， 是机床的重要部件之一。该结构的合理与否，直接影响了机床的加工效率、加工范围、精度和精度保持性；龙门加工中心如果具有自动换头头库，就能够减轻工人的劳动强度，提高机床自动化程度，同时也是保证机床加工精度的最重要因素之一，而加工精度正是影响机床应用范围的主要因素。随着制造业的高速发展，风电船舶叶片、大型柴油机机体等大型复杂零件的加工通常需要很多自动分度附件头，特别是大型柴油机机体的加工，对使用附件头的自动化程度及附件头的数量有了更高的要求，因此对自动附件头头库容量的要求也越来越高；所以龙门五面体加工中心的头库必须 具有合理的布局、较高的自动化程度、高精度以及良好的可靠性才能适应市场的需求。目前现代龙门五面体加工中心使用的换头头库主要有以下几种： (1)如图 示，固定在工作台后部：此种结构自动头库安装在工作台面的，受台面及两立柱之间宽度的影响，头库容量有一定的限制，而且影响机床的 库跟着工作台面移动，长时间定位精度会受到影响，故头库需要定期调整。此外，对于一些有高压冷却的加工中心，由于在加工范围内切削液飞溅，因此头库的密封要求比较高，这样就降低了自动头库的可靠性。 图 库 固定于工作台后部 沈阳工学院毕业设计说明书 3 (2)如图 示，安装在立柱正面：自动头库安装在立柱面上，一般分为上下两层，上面一层为附件头保护盖，下面一层为直角铣头或者万能铣头。通过驱动 轴方滑枕定位到头库位置进行自动换头。头库通过气缸或者液压驱动保护盖支架移动或者翻转来实现保护盖和附件头的交替转换。由于受立柱面大小的影响，故头库只能容纳保护盖和一个附件头，这样就大大缩小了加工中心的加工范围。再者立柱面安装了头库加大了加工中心全防护的安装难度，对机床 图 库安装在立 柱正面 (3)如图 用换头小车完成换头工作：在左立柱的前面，在地面上安装有换头的位置，每次换头通过驱动 轴方滑枕定位到头库位置进行换头；地面上有纵向和横向的轨道，当需要更换不同的附件头时，换头小车通过地面上的轨道推到换头位置进行换头，完成换头后再将小车推走。一个附件头放在一个小车里，几个附件头就需要几个小车。这种换头结构虽然可以实现能使用多个附件头，但换头时必须用人工来推动小车到换头位置，才能完成换头工作，这样就不能实现全自动换头。 图 库采用换头小车换头 沈阳工学院毕业设计说明书 4 课 题主要工作 由上分析可知，五轴联动加工中心是国家发展航天航空军事等领域的重要技术装备， 本次设计完成了铣头可自动交换 的 高速 五轴联动 龙门加工中心的头库部分结构设计以及 头库 设计 采用前文 述的第一种方式固定于工作台 的 后部，并 设 有防护间 等结构。 在 铣头 交换过程中由气缸将 需 要使用的头库从防护间中推 动出 来并 进行交换， 整个设计主要内容如下： （ 1）依据目前 现代龙门 五轴 加工中心使用的换头头库 中的三种，采用了固定式的方式，完成了 头库结构设计 。 （ 2）依据 西门子 840D 系统选择编 码器的技术原则及 原理，完成了 制逻辑 的设计。 （ 3）完成 装配图及相关零件结构图 的设计，其内容包括： 托板零件图 托板座零件图 主轴库装配图 （ 4） 整体布置如图 图 床整体结构示意图 沈阳工学院毕业设计说明书 5 2 头库结构设计 库整体结构布局简介 主轴库放置在机床的后部，由 气缸 将主轴库推到 需要换置的 主轴点，通过滑枕的上下运动及主轴快换液压松 /夹机构来实现 换主轴，其中换头 行程为 550 图 库结构立体图 图 库结构布局拆分图 沈阳工学院毕业设计说明书 6 表 库结构布局拆分简介表 序号 图名 数量 1 气缸 2 2 直线导轨及滑块 2 3 主轴 1 4 主轴 1 5 主轴支承座 1 6 拖链 2 7 接近开关 6 8 地脚调整螺钉 8 9 地脚 8 10 板 4 11 板 2 12 压板 4 13 导向销 2 14 块 1 15 板 2 16 垫片 2 17 气缸支架 2 18 压块 80 19 拖链支架 2 20 撞块支架 2 21 块 1 22 拖链支架 2 23 撞块 2 24 调整垫 8 25 焊接底座 2 26 焊接上座 2 27 主轴支座 1 头库正视图见图 主轴头在交换过程中的定位除了由 轴的定位精度保证外，还由粗定位销 （如图 和精定位座 （如图 来保证的，在 Z 轴下降到左视图或右视图中的减速接近开关时， Z 轴进行减速，同时主轴端面的定位孔与粗定位销开始结合。然后， Z 轴继续减速下降到设定位置，此时与精定位座已经完全结合，主轴进行刀具加紧动作，夹紧完成 后主轴从铣头中进行脱离（铣头松开）， 沈阳工学院毕业设计说明书 7 图 库正视图 图 定位销图 图 固定座 图 沈阳工学院毕业设计说明书 8 在 主轴 进行交换的过程中，头库的托板定位是由前后安装的两个接近开关来实现的，如 图 示，托板的有效行程为 552 图 库左视图及右视图 图 库俯视图 沈阳工学院毕业设计说明书 9 板传动系统导轨副选用计算 头库托板的前进 /后退动作是由气缸来推动的，选用滚动导轨做为传动机构。 滚动直线导轨副的每个滑块所受的负载受以下各种因素影响：导轨副的配置形式（水平，竖直等），工作台的重心和受力点的位置，切削阻力的作用，运动时的加速度等。下 图 几种情况下作用于滚动直线导轨副的各个滑块上负载的计算。 图 直受力分析 沈阳工学院毕业设计说明书 10 图 平轴向受力分析 图 平径向受力分析 沈阳工学院毕业设计说明书 11 图 速受力分析 可以根据所选导轨副的配置形式计算滚动直线导轨副的每个滑块所承受的载荷，然后根据后面提供的寿命计算方法来计算导轨副的寿命。 摩擦阻力受导轨副的结构形式、润滑剂的粘度、所受的载荷以及运动速度的影响而变化，预紧后，摩擦阻力将会有所增大。 摩擦力 F 可按下式计算： F p f 0 . 0 0 5 0 . 0 0 6 0 . 0 0 3 0 . 0 0 4 0 . 0 0 2 0 . 0 0 3 p N）， f N） 在相同的工作条件下，使一批相同构造和尺寸的导轨组件分别运行，在其中 90%的导轨组件尚未出现疲劳现象之前，滑块相对于导轨运动距离的总和或 一定运动速度下的工作小时数。 在实际的导轨系统中，为了充分发挥滚动直线导轨副的性能，与钢球接触的滚道表面的硬度应在 64之间。若滚道表面硬度较低，则额定动载荷减少，导轨的额定寿命将会降低。因此，导轨的额定动载荷、额定静载荷应乘以硬度系数图 图所示为对应不同的滚道面硬度时的硬度系数 导轨系统的温度超过 100时，与在常温使用场合相比，额定动载荷降低，额定寿命缩短，因 此导轨的额定动载荷、额定静载荷应乘以温度系数图 图所示为对应不同温度时的温度系数 沈阳工学院毕业设计说明书 12 滚 道 面 的 硬 度 系 数 020 30 40 50 60H R 系 数 f 2 0 140 1 6 0 1 8 0 200T ( C )00 . 40 . 50 . 60 . 70 . 80 . 91 . 0f H f 轨性能与各参数的对应关系图 在计算额定寿命时，还应考虑外部作用载荷及使用场合的影响，物体的重量、运动速度所引起惯性力的变化，为此引入载荷系数同使用条件下下表 表 场合使用条件 无外来冲击载荷、振动 (163 管路 爆裂 通过合理使用流量计，在 证了铣头在自动交换过程中松04 4 * 1 0 沈阳工学院毕业设计说明书 25 开和加紧的可靠性。 换过程中 Z 轴异常负载监控 在铣头自动交换过程中，装卸铣头时， 定位不准或错误，可能会出现撞击或阻挡的情况。若没有 Z 轴异常负载检测， Z 轴就会按指令向下运动，直到驱动系统报警为止。这样很可能已经造成了硬件的损坏而带来损失。使用 840D 系统提供的固定点停止功能可以实现 行异常负载检测功能。 在铣头交换子程序中可以加入以下控制： 90 600 9l；抓头前位置检测 536；铣头松开 153 Z=0 =80； 据实际调整） =2； 口值 (根据实际调整 ) 90 =1000 153 Z=1； 置 537；铣头夹紧 在设定完固定点停止
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