五轴联动机床设计
34页 15000字数+论文说明书+5张CAD图纸【详情如下】
A0五轴联动机床CAD装配图.dwg
A2底座.dwg
A2支撑板三.dwg
A3工作台.dwg
A3支撑板四.dwg
A3轴.dwg
A4旋转工作台.dwg
A4旋转工作台图.dwg
A4轴承盖.dwg
A4轴承端盖.dwg
五轴联动机床设计论文.doc
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 五轴联动 丝杠传动 陀螺仪
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
Abstract 2
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。
第二章 总体方案的设计
2.1设计任务
本次设计任务是设计一台用于实验室教学用的五轴联动机床主轴模型，机构组要部件为步进电动机、滚珠丝杠副、滚珠直线导轨副、滚动轴承、工作台等。要求能够用所设计的模型清晰的反映出五轴联动机床一次完成加工各个工作面的工作过程，能够模拟出其控制刀架实现工件各个面加工的过程，设计时应兼顾各层次的安装尺寸和装配工艺。
2.2设计方案的论证
以学校数控实验室XY工作台为原型，在XY工作台上安装一支撑架用步进电机带动一平板使其绕X轴旋转，用同样的方法在绕X轴的平板上安装一支撑轴用电机带动另一平台使其绕Y轴旋转，做成一个类似陀螺仪的机构。最后，在绕Y轴旋转的平台上安装一支撑架用电机带动滚珠丝杠副使其完成沿Z轴移动的过程，与自动换刀系统共同使用可以模拟出五轴联动机床的工作过程，不过在我的设计中不要求画出工作台沿Z轴移动的部分。
2.2.1传动方式的确定
在整个系统中，第一部分XY工作台采用电机带动滚珠丝杠副控制工作台沿XY方向的移动，第二部分采用电机带动轴用平键与托板的连接控制托板3、4分别做绕XY轴的旋转运动。
2.2.2 陀螺仪机构的设计
由于设计要求工作绕XY轴的旋转角度应达到30°~60°，所以在设计第三、四块托板高度的时候应注意要能让电机带动托板使其达到合理的旋转范围而不至于让其碰到底板；同时不至于将支撑板的结构设计的过高，造成布局不合理的情况。并在支撑板的合理位置安装传感器用于检测和控制托板使其在合理的工作范围内运动。
2.3 总体方案的设计及结构组成
根据设计要求，最终用如下图2-3-1五轴联动机床主轴设计示意图的结构来实现致谢
不知不觉中，三年的大学生活已近尾声，三年多的努力与付出，随着本次论文的完成，将要划下完美的句号。在毕业设计期间，一直得到***老师的悉心指导和关怀。特别是在课题的设计过程中，对于整个机械结构的设计，导师都花费了大量的心血，付出了大量的劳动，并一直给予我无微不至的指导与多方面的帮助，在老师的帮助下和自己的努力下我的知识、能力等各方面都有了很大的进步，在此，谨向导师表示最衷心的感谢！在课题进行期间，学校为我们提供了良好的学习和设计环境。在课题的研究和进展中，同学也给予了很大的帮助，这里也一同表示感谢！由于时间和知识水平所限，论文中还可能有许多纰漏或错误之处，恳请各位老师和同学批评指正。
在临近毕业之际，我还要借此机会向在这三年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们三年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业设计。同时，在毕业设计过程中，我还参考了相关的书籍，在这里一并向有关的作者表示谢意。我还要感谢我的同学，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢！
参考文献
[1] 申永胜主编，《机械原理》，清华大学出版社，1999年。
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[5] 陈秀宁主编，《机械设计基础》，浙江大学出版社，1999年。
[6] 唐剑兵主编，《机械基础与结构设计》，重庆大学出版社，2006年。
[7] 唐剑兵主、郑向华主编，《机械基础与结构设计课程设计手册》，重庆大学出版社，2008年。
[8] 王晓莉主编，《机械制图》，科学出版社，2006年。
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