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徐州工程学院外文翻译 1 三轴并联铣床的功能仿真器 米洛斯 德拉甘米卢蒂诺维奇和莎莎 稿日期： 2007年 7月 12日 接 稿 日期： 2008 年 6月 27日 发表时间： 2008年7月 24日 施普林格出版社有限公司 2008年伦敦 摘要： 尽管许多实验室，许多人 以 并联机床 的 运动机 为 研究和发展的主题，不幸的是， 至今还是 没有个人 有一定的成就 。 因此 ,利用低成本的但是功能强大的模拟器模拟三轴联动铣床来获取基本经验。 这个想法是基于这样的模拟器可以由传统的三轴数控机床的控制驱动基础上 进行的 。本文描述了一个包括相应的 并联机构，运动学建模和编程算法的选择模拟器的发展过程。功能模拟器的想法已经被 充分 验证 在 标准化操作条件下 ， 使得一些软材料试件 加工成功 。 关键词 ： 并联机床 ； 功能仿真器 ； 模拟和测试 1 简介 在当今世界上， 教育和培训 具有 战略 上的 重要性，特别是在技术和科学学科 。这也适用于并行结构机研究和开发这个世界性的话题。 对并联机床的基本知识的已经出版很多书， 许多不同的并行机制， 3 至 6个自由度，包括三自由度并联机构平移正交， 也有使用。 今天，不幸的是，研究机构，大学实验室，和企业绝大多数没有并联机床。究其原因，很明显，是教育和培训 的新技术，如个人知识管理，成本高。为了有助于实现在造型，设计，控制，编程实践经验的收购，以及个人知识管理， 降低 成本， 可以 使用 新 提出 的三 轴并联铣床功能仿真器 来实现。这个想法是基于这样的模拟器可以由传统的 3 轴数控机床的控制驱动 基础上进行的。 作为传统的 三 轴数控机床的轴是相互正交，不同的三自由度正交平移关节空间并联机构，可用于生成模拟器 。 本文描述了模拟器发展，包括相应的并联机构，运动学建模和编程算法的选择程序。功能模拟器 应经被 验证了 在 行 业 标准化操作条件下 成功加工 一些软质材 料。 2 模拟器的概念 根据现在的知识 ,以系列 运动机器和可用的资源为其程序 ,模拟器看作一种混合的三轴驱动传统数控铣床空间并联机构。 其中的一种 功能仿真器 的 概念 ，如徐州工程学院外文翻译 2 图 1所示 。 完全平行的 三 自由度不断支撑关节的长度和线性驱动机制，由传统的 三 轴数控机床的控制。这个机制是基于线性三角，但与正交的线性驱动关节，促进其用用平台，始终保持与基地的同时，使主轴在三个不同的正交 。在图一中 ,始终如一的平行与地平行 ,使主轴的位置在三个不同的正交 P,论文中。一些可能的配置的机制、其中的一个平台被选中 ,因为 它使便于安装并联机构的机器在 其中的 2 个 自由度被 用来减少来自 的震动 ,除了选择和调整引擎的机理与所选择的串行机 ,下面的过程，模型，算法，以及软件必须定义和发展 : 运动造型 ,即直接运动学、矩阵 , 运动学和奇异性分析模型 3 模拟器的机制作用 同时 作为垂直和水平 三 轴数控机床的串行正交和驱动仿真器的轴，是最好的，如果三 个 自由度空间并联 ， 模拟器的机制以及正交平移 的 关节。 与 串行数控机床的轴耦合，这将是必不可少的，在一般情况 下，至少有一个 两个 自由度被动的去耦串联机构。数控机床模拟器与移动刀架和工作台的 是最方便的 。在这样的概念 下 两三个轴的耦合，使 其中一个 自由度串联他们的去耦和被动的模拟器驱动机制就足够了。 如果没有横向和纵向的 3轴数控机床运动结构的划分， 有 三自由度正交平移关节，考虑和模拟器使用空间并联机构的一些例子， 如图 2， 他们的工作区的形状也显示在图中。 该机制 类 似 于 上面 的 例子 ， 在图所示 ， 基本运动学 的 概念 差异 问题 是可以 解决 的 。自由度被动串行 ， 用于分离驾驶 一 系列数控机床轴运动机制的例子如图所3示 。 在一些系列数控机床的概念 中 ，其轴 线可直接用作模拟的并行机制平移关节。在这种情况下，模拟器的一般概念的基础上，如图所示机制 就 可能 被 简化 了 。 图 4显示了没有自己的关节并联机构简化模拟器的例子。数控机床的驱动是一个卧式加工中心。相应的机械接口连接与分离轴加工中心联合 组成一个 平行四边形。两自由度串联机构加工中心分离出来 轴。 图 5显示了一个简化的立式数控铣床与两个耦合轴模拟器 的 设计。模拟器的机制有一个自己的移动式 ， 联合两自由度串联机构也是垂直轴数控铣床脱钩使用方法 。 徐州工程学院外文翻译 3 4 模拟器造型的例子 图一中对模拟器详细的运动学分析是以图六中的几何模型为基础 的，由于机械本身特有的性质，平台和底座是平行的，因此，图一中的每个空间平行四边形由支柱表示。 连接底座和平台的坐标构架 P和 B是平行的，同时 平行于参考系列机器协调框架 M ，这使得整个模拟器造型归于普通化。这意味着分离并联机构的造型本身是可行的，并且不考虑其安装在水平还是垂直的系列机器上，也不考虑其在平台上的轴的位置。构架 B和 P中的向量 v 和 模拟器参数定义的向量： 移动平台上的连接中心之间的中心点 P被定义为 i=1， 2， 3） 工具 末端的位置向量在构架 P中被定义为 t , h. 模拟器的驱动轴参考点 （ i=1， 2， 3 ）连接坐标向量 L=l1 l2 , ,l1,和 TB a 0 0 11 , TB a 0 1 02 和 TB a 1 0 03 领域坐标向量： 代表工具末端已编制好的位置向量，而 代表平台的位置，即连接在上面的坐标构架P的原操作。由于坐标构架 B和 P总是平行的，所以这两个向量之间的关系是很明显的，即 (1) 其它向量和参数的定义如图六所示，其中 拟器连接坐标向量 系列机器连接坐标 之间的关系如图六所示，是 根据图六中几何关系，得出下列等式： 徐州工程学院外文翻译 4 等式 4中等号两边加以平方得出： 在等式 3中应用 运动学造型便被简化。为了满足这个要求，人们已经找到了具体的方法，即设置参考点 通过替代等式 5中的机械参数，得到三个等式的方程组： 由这个方程组又得出：相反的运动学等式如 和直接运动学等式如 由以上等式得出： 徐州工程学院外文翻译 5 如上所提，通过调整模拟器的机械参数，等式 6，相反和直接运动学的解大大被简化了。 为了满足等式 6中的条件，采用了六根指示长度的校准支柱，如图七，应用通过校正支柱长度而得出的相反和正运动学解，定义了 知道啥意思） (i=1, 2, 3)的参照点位置，并通过校准 图七。 析运动学的正解和逆解 分析逆运动学方差解，等式 8，在给定平台位置的情况下，不同的平行机械构造有： 基本构造，图 2a，在等式 8中，在平方根之前的所有符号都是负号 可供选择的构造之一，图 2b，在等式 8 中，在平方根之前所有符号都是正的 其它可能的机械构造，在等式 8中，在平方根之前 的符号是正负号用相同的方法，通过对运动学正解分析，等式 9，在驱动轴位置给定的情况下，建立不同的平行机械构造： 基本构造，图 2a，和实际情况一致，在等式 9中，在平方根之前是正号 供选择的构造，图 2c 和 d，在等式 9 中，在平方根之前是负号，根据驱动系列机器的结构可通过不同的方法实现图 2 所示的基本的和供选择的构造。 可比矩阵和异常分析 鉴于 常关系重大，这个问题已被细致分析，如图 2a 中显示的机械变型，这种机械变型可用来发展水平机器中心的模拟器，如图 1。考虑时间的情况下区分等式 8，得到的雅可比矩阵为： 徐州工程学院外文翻译 6 由于方程组 7 中的等式有连接和领域坐标的功能，根据它们的区别也可以得出 雅可比矩阵： 其中 是正逆运动学的 雅可比矩阵，用这种方法，可以识别出三种不同形式的异常，比如，正逆运动学异常和联合异常。 仔细分析 雅可比矩阵的决定因素， 正逆运动学异常和联合异常是显而易见的。 通过适当的描述和等式，图 8中显示了可能的模拟器异常构造，从图 8中可以看出，所有的异常都处在理论上可获得工作空间的临界上，所以，通过足够的设计解答和或机械限制可以轻松地避免这些异常，这就意味着可获得的模拟器工作空间要比理论上的工 作空间要小，理论上工作空间的界线是在半径 C 的汽缸上，而半径 中得出的 时半径 中的 中心的。 徐州工程学院外文翻译 7 5 模拟器的实例 大家都知道，除了要选择合适的运动学布局，选择正确的几何维度也是非常重要的，因为要考虑已定的用途，这是个困难的工作，开发 整图 1、 4 和 5 中的模拟器设计参数是为了在可用 器运作效果的基础上获得更多的模型和工作空间维度，其中制造的模拟器就是配给 个程序必须要进行重复，因为在选择基础设计参数时 ，要考虑机构因素可能的干扰和 ) 与 1)决定因素的重要性（等式 14、 15 和 16 中涉及）。 在图 6中模拟器变型的几何模型中，可以看到工作空间维度主要受到平行四边形长度 时要达到图 8中 和 对于配备模拟器的可用 用重复的程序对平行四边形长度 ,3,3重要结合进行分析，在每次重复过程中，要注意潜在的设计限制、干扰以及 ) 与 1)的重要性，即异常产生的距离。 用这种方法得到的参数在图 9中模拟器原型的详细设计中得到轻微的纠正，长度 C=850 ,300 ,350 平行四边形的 形状、体积和可获得工作空间的位置如图 2 在采用这种构想和设计参数的基础上，构造了头两个模拟器，如图 9、 10所示。 6 模拟器编程和测试 在 准开发模拟器编程系统（图 11），几何工作空间模型可以和其它系统交换，并且可以模仿工具轨迹， 线性插值工具轨迹是从 模拟器使用者可以选择 其它方式也能画出工具轨迹，系统的基础部分是由成的，并且不用后处理器发电机，后处理器包括正逆运动学（ 模拟器设计参数和模拟器工具途径的运算法则（图 12），模拟器工具途径线性化是必要的，因为 样的话，模拟器的工具轨迹仍在先定半径的偏差范围之内，先定半径是 件中点 和点 间， 对于以这种方式获得数控机床长节目 传送到数控机床，可以在空闲的模拟器运行验证。对轴的运动范围已经 在 处理器 上 检查了。 该模拟器在这个阶段的测试包括：核查的程序和通信系统，切割加工各种试件测试（图 13）。 徐州工程学院外文翻译 8 7 结束语 为了有助于实现在造型，设计，控制，编程实践经验的收购，以及 降低 个人知识管理 的 成本， 提出了三 轴并联铣床功能仿真。所开发的三维并联数控铣床功能仿真器作为混合系统，现有的技术设备（数控机床的 并联机制，为全面和复杂的教学 提供了 设施。关于功能模拟器的想法 ，为 验证一些软质材料 在 进行标准化测试操作条件下作出成功的 决策。 这个想法可能会进一步用于 模拟器 的 决策。致谢 由塞尔维亚科技部支持 ，并 提出的尤里卡计划 3239工作 。 12 007 /27 008 /24 008# 008in KM at of of a 3is as a to in KM is be by a of a of a by of of in is to R&D) KM 1. of a 315of is of a to of in a is 2is on by a of NC be 2, 7of a by of of s be to to as a of of of a 2009) 42:813821*):D. . 6,11120 D of 1, by NC on 6to M,of of in P, as of of B, it of on s to of s to be of of 1 2 of s 2009) 42:813821 s to of by of n of at it be s as As in NC it be in a to NC In of of of of NC 2. as in of of of of of of NC as s In of on 2 be an of NC is a of 2s Y of a NC s is of NC of 1,on 6. As s 1, is by B,to at M of it to of of on of 3 of of s 4 of 2009) 42:813821 815v in Bby of at in Pi 1; 2; 3. of is in P138T, 0h. of s i 1; 2; l 138T, l1,by NC 0001000 138of x of P to is B as 6, c is of s l 138m as 6, 0112On of in 6,of q. 4 is 0 6q. 3, is In i. e.,of 6 of 5 of a on NC 2009) 42:813821s q. 5, of is 0008:7 0:8as 09s201 2 i 1; 2; 3As it by of 6, of is To q. 6 of 7. of of i,(i=1, 2, 3) by he of of q. 8, of be 2a, in q. 8, of 2b, 8, in 8, a of 9, of of be 2a, to q. 9, is a 2c d, 9, is a 2be in to of KM in 2a, of 7 of s 2009) 42:813821 817on 1. q. 8 to 110As q. 7 of be by 2101122of of of as as 1408 08 of as be s As it be 8, of so be to or s is of on of c B, q. 8 c B, he of it is in to of is KM 1, 8to a is a KM is 1of 1, 4, in to on of NC is of to of of ) 1) 14, 15,8 2009) 42:813821In of 6,it be by c, as as to of of 3, 3I1 NC c ,3,3in In to as as to of ) 1), to in in of 9. c=850 ,300 mm ,350 mm of 90)AM C 11). It is to is be in by of of of s 12). s NC s as s In s j1NC 9 110 411 2009) 42:813821 819is NC of of in of in of by 13)to of in a is of D as a AM a by of of an &D be of s 13 of 12 of s 2009) 42:813821he 239 by , (2002) 1(2):671683 00077)61706 (2000) of of , (2003) of a 39:403410 , , (2006) of a 4:3949 02635747040003475. S, W (2003) of a J 25:4351 O (1999) et 95399 , , , , , (2005) Developme 学 毕业设计 (论文 ) 300 型阀体加工工艺装备设计 8孔加工 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 要 根据设计任务书的要求 ,本设计说明书针对 300 型阀体 机床的设计及专用夹具设计进行说明。要内容包括 多轴头 工艺方案的制定、 多轴头 配置型式的选择、 多轴头 总体设计以及轴箱设计。 全文要包括组合 钻床 的总体设计和轴箱设计两部分。机床总体设计要是在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上确定 “三图一卡”， 多轴头 设计根据“三图一卡”，整理编绘出 多轴头 原始依据图，重点分析传动系统，经过各种方案的比较，最后确定最优方案。此外，为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，需设计专用夹具。 关键词： 多轴头 ； 多轴头 ；夹具 1 to of is of is in of to a a to of to In in to to 目 录 摘 要 . . 1 1 绪论 . 3 题研究意义 . 3 孔专用设备应用 . 3 孔专用设备 . 4 轴头 . 4 轴头 . 5 轴钻床 . 5 动更换轴箱机床 . 5 孔专用设备趋势 . 6 轴头总体设计 . 6 轴头的概述 . 6 轴头的技术发展趋势 . 8 2 总体设计 . 10 轴头方案的制定 . 10 定工艺方案 . 10 定多轴头的配置形式和结构方案 . 10 定切削用量及选择刀具 . 12 定工序间余量 . 12 择切削用量 . 12 定切削力、切削扭矩、切削功率 . 13 择刀具结构 . 14 孔多轴头总设计“三图一卡”的编制 . 14 加工零件工序图 . 14 加工示意图 . 15 3 多轴头的设计 . 20 轴头的设计 . 20 制多轴头设计原始依据图 . 20 轮模数选择 . 21 轴头的传动设计 . 21 制传动系统图 . 23 动轴的直径估算 . 24 定各轴转速 . 24 动轴直径的估算：确定各轴最小直径 . 25 的选择 . 26 动轴的校核 . 26 动轴的校核 . 26 的校核 . 27 变速组齿轮模数的确定和校核 . 28 轮模数的确定 . 28 2 宽的确定 . 30 轮结构的设计 . 31 轮校验 . 31 核 a 变速组齿轮 . 32 核 b 变速组齿轮 . 33 核 c 变速组齿轮 . 35 承的选用与校核 . 36 轴轴承的选用 . 36 轴轴承的校核 . 36 组件设计 . 38 的基本尺寸确定 . 38 径尺寸 D . 38 孔径 d. 38 悬伸量 a . 39 撑跨距 L . 39 最佳跨距 0L 的确定 . 40 刚度验算 . 42 前支撑转角的验算 . 43 前端位移的验算 . 44 第 4章夹具设计 . 47 究原始质料 . 47 位、夹紧方案的选择 . 47 计算 . 47 差分析与计算 . 48 套、钻模板设计与选用 . 49 定夹具体结构尺寸和总体结构 . 51 具设计及操作的简要说明 . 52 结 论 . 53 致 谢 . 54 参考文献 . 55 3 1 绪论 题研究意义 市场的开放性和全球化使产品的竞争日趋激烈。而决定产品竞争力的指标是产品的开发时间 ( ， 产品 (成本 (创新能力 (服务 (用户在追求高质量产品的同时，会更多的追求较低的价格和较短的交货周期。美国制造业在 20世纪 50至 40 年代要以扩大生产规模作为企业竞争 力的第一要素，而在 70年代竞争力的第一要素为降低生产成本， 80 年代为提高产品质量， 90 年代为市场响应速度。所以现代企业都期望通过提高自身的科技含量，增强竞争力。 制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是。是众多机械制造的母机，它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至整个制造业的发展水平 械产品的质量、更新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。因此，制造业对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多 的国家 )2000 年统计资料，在要的生产国家中，中国排名为世界第五位。但是在国际市场竞争中仍处于较低水平 :即使在国内市场也面临着严峻的形势 :一方面国内市场对各类产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产滞销积压，国外产品充斥市场。 孔专用设备应用 据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的 15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高 85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，钻孔专用设备是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的钻孔专用设备更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有15000个 20孔，若以摇臂钻床加工，单单钻孔与锪沉头孔就要 时，另外还要 4 划线工时 若以数控八轴落地钻床 加工，钻锪孔只要 时，划线也简单，只要 此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，结合钻孔专用设备不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机 30 种箱形与杆形零件的 2000多个钻孔操作中，有 40%可以在自动更换轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少 20%的加工时间。 1975年法国巴黎机床展览会也反映了钻孔专用设备的使用愈来愈多这一趋势。 孔专用设备 钻孔专用设备是在一次进给中同 时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴 多轴头 心及自动更换轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的轴或 多轴头 ，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。 轴头 从传动方式来说要有带传动、齿轮传动与万向联轴节传动三种。这是大家所熟悉的。前者效率较高，结 构简单，后者易于调整轴距。从结构来说有不可调式与可调式二种。前者轴距不能改变，多采用齿轮传动，仅适用于大批量生产。为了扩大其赞许适应性，发展了可调式多轴头，在一定范围内可调整轴距。它要装在有万向 1）万向轴式也有二种 :具有对准装置的轴。轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体的 T 形槽中移动，并能在对准的位置以螺栓固定。（ 2）具有公差的圆柱形轴套。轴套固定在与式件孔型相同的模板中。前一种适用于批量小且孔组是规则分布的工件（如孔组分布在不同直径的圆周上）。后一种适用于批量较大式中小批量的轮番生产中，刚性较好 ，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多轴头可以装在立钻式摇臂钻床上，按钻床本身所具有的各种功能进行工作。这种钻孔专用设备方法，由于钻孔效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。 5 轴头 也象多轴头那样作为标准部件生产。美国 司标准齿轮箱、 多轴头 等设计的不可调式 多轴头 。有 32 种规格，加工面积从 300 300 毫米到 600 1050 毫米，工作轴达 60 根，动力达 瓦。 厂生产的可调 多轴头 调整方便，只要先把齿轮调整到接近孔型的位置，然后把与它联接的可调轴移动到正确的位置。 因此，这种结构只要改变模板，就能在一定范围内容易地改变孔型，并且可以达到比普通 多轴头 更小的孔距。 根据成组加工原理使用 多轴头 或多轴头的 多轴头 很适用于大中批量生产。为了在加工中获得良好的效果，必需考虑以下数点：（ 1）工件装夹简单，有足够的冷却液冲走铁屑。（ 2）夹具刚性好，加工时不形变，分度定位正确。（ 3）使用二组刀具的可能性，以便一组使用，另一组刃磨与调整，从而缩短换刀停机时间。（ 4）使用优质刀具，监视刀具是否变钝，钻头要机磨。（ 5）尺寸超差时能立即发现。 轴钻床 这是一种能满足钻孔专用设备要求的 钻床。诸如导向、功率、进给、转速与加工范围等。巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给。其整个工作循坏如快进、工进与清除铁屑等都是自动进行。值得注意的是，多数具有单独的变速机构，这样可以适应某一组孔中不同孔径的加工需要。 动更换轴箱机床 为了中小批量生产合理化的需要，最近几年发展了自动更换轴箱 多轴头 。 (1) 自动更换轴机床 自动更换轴机床顶部是回转式轴箱库，挂有多个不可调轴箱。纵横配线盘予先编好工作程序，使相应的轴箱进入加工工位，定位紧并与动力联接，然后装有工件的工作台转动到轴箱下面，向上移动 进行加工。当变更加工对象时，只要调换悬挂的轴箱，就能适应不同孔型与不同工序的需要。 (2)多轴转塔机床 转塔上装置多个不可调或万向联轴节轴箱，转塔能自动转位，并对夹紧在回转工作 6 台的工件作进给运动。通过工作台回转，可以加工工件的多个面。因为转塔不宜过大，故它的工位数一般不超过 4 6 个。且轴箱也不宜过大。当加工对象的工序较多、尺寸较大时，就不如自动更换轴箱机床合适，但它的结构简单。 (3)自动更换轴箱 多轴头 它由自动线或 多轴头 中的标准部件组成。不可调 多轴头 与动力箱按置在水平底座上，轴箱库转动时整个装置紧固在进给 系统的溜板上。轴箱库转动与进给动作都按标准子程序工作。换轴箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度回转工作台，以便加工工件的各个面。好果回转工作台配以卸料装置，就能合流水生产自动化。在可变生产系统中采用这种装置，并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统。 (4) 数控八轴落地钻床 大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达 15000 个，它与支撑板联接在一起加工。孔径为20 毫米，孔深 180 毫米。采用具有内冷却管道的麻花钻， 5 7 巴压力的冷却液可直接进入切削区，有利于排屑。钻尖磨成 90供自动定心。它比普通麻花钻耐用，且进给量大 。为了缩短加工时间，以 8轴数控落地加工。 孔专用设备趋势 钻孔专用设备生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展，钻孔专用设备的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。 轴头 总体设计 轴头 的概述 多轴头 （ 以系列化和标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件对一种或多种工件按预先确定的工序进行切削加工的机床。兼有万能机床和专用机床的优点。通用零部件通常占整个机床零部件的 70 90，只需要根据被加工零件的形状及工艺改变极少量的专用部件就可以部分或全部进行改装，从而组成适应新的加工要求的设备。由于在 多轴头 上可以同时从几上方向采用多把刀具对一个或数个工件进行加工，所以可减少物料的搬运和占地面积，实现工序集中，改善劳动条件， 7 提高生产效率和降低成本。将多台 多轴头 联在一起，就成为自动生产线。 多轴头 广泛应用于需大批量生产的零部件，如汽车等行业中的箱体等。另外在中小批量生产中也可应用成组技术将结构和工艺相似的零件归并在一起，以便集中在 多轴头 上进行加工。 多轴头 一般可完成的工艺范围有：铣平面、刮平 面、车端面、车锥面、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、倒角、切槽、以及加工螺纹、滚压、拉削、磨削、抛光工序。 多轴头 一般采用多轴、多刀、多序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此， 多轴头 兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。 多轴头 一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的 多轴头 采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件 (如飞轮、汽车后桥半轴等 )的外圆和端面加工。 多轴头 的通用部件按功能分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件 5类。动力部件为机床提供主运动和进给运动，主要有动力箱（将电动机的旋转运动传递给 多轴头 ）、切削头（装在各个主轴上，用于各单一工序的加工）、动力滑台（用于安装动力箱或切削头，以实现进给运动）；支承部件用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座 、支架、可调支架、立柱和立柱底座等；输运部件用以输送工件或 多轴头 至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等；控制部件用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等；辅助部件包括润滑、冷却和排屑装置等。根据配置型式， 多轴头 可分为单工位和多工位两大类。其中单工位 多轴头 按被加工面的数量又有单面、双面、三面和四面 4种，通常只能对各个加工部位同时进行一次加工；多工位多轴头 则有回转工作台式、往复工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式 4种，能对加工部位进行多次加工。通用 部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。 8 轴头 的技术发展趋势 最早的 多轴头 于 1911 年在美国制成，用于加工汽车零件。 1953 年，美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了 多轴头 通用部件标准化的原则。1973年，国际标准化组织（ 布了第一批 多轴头 通用部件标准。 1975年，中国第一机械工业部颁布了中国的第一批 多轴头 通用部件标准。 多轴头 现代发展的方向主要有以下几个特点： a、 多轴头 品种的发展重点 。 在 多轴头 这类专用机床中，回转式多工位 多轴头 和自动线 占有很重要的地位。因为这两类机床可以把工件的许多加工工序分配到多个加工工位上，并同时能从多个方向对工件的几个面进行加工，此外，还可以通过转位夹具 (在回转工作台机床上 )或通过转位、翻转装置 (在自动线上 )实现工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自动化程度和生产效率，被汽车、摩托车和压缩机等工业部门所采用。 b、 自动线节拍时间进一步缩短 。 目前，以大批量生产为特征的轿车和轻型载货车，其发动机的年产量通常为 60 万台左右，实现这样大的批量生产，回转式多工位 多轴头和自动线在三班运行的情况下，其节拍时间一般为 20 30秒，当零件生产批量更大时，机床的节拍时间还要更短些。自动线的短节拍，主要是通过缩短基本时间和辅助时间来实现的。缩短基本时间的主要途径是采用新的刀具材料和新颖刀具，以通过提高切削速度和进给速度来缩短基本时间。缩短辅助时间主要是缩短包括工件输送、加工模块快速引进以及加工模块由快进转换为工进后至刀具切入工件所花的时间。为缩短这部分空行程时间，普遍采用提高工件 (工件直接输送 )或随行夹具的输送速度和加工模块的快速移动速度。目前，随行夹具的输送速度可达 60m/更高些，加工模块快速移动速度达40m/ c、 多轴头 柔性化进展迅速 。 十多年来，作为 多轴头 重要用户的汽车工业，为迎合人们个性化需求，汽车变型品种日益增多，以多品种展开竞争已成为汽车市场竞争的特点之一，这使 多轴头 制造业面临着变型多品种生产的挑战。为适应多品种生产，传统以加工单一品种的刚性 多轴头 和自动线必须提高其柔性。 多轴头 的柔性化主要是通过采用数控技术来实现的。开发柔性 多轴头 和柔性自动线的重要前提是开发数控加工模块，而有着较长发展历史的加工中心技术为开发数控加工模块提供了成熟的经验。由数控加工 9 模块组成的柔性 多轴头 和柔性自动线，可通过应用和改变数控程序来实现 自动换刀、自动更换多轴箱和改变加工行程、工作循环、切削参数以及加工位置等，以适应变型品种的加工。 多轴头 自动线柔性化的迅速发展和节拍时间的日益缩短，充分显示了 轴头 自动线带来的巨大技术进步，使柔性自动线在多品种、大批量生产中成为重要的技术装备。但在这里必须指出，在 多轴头 和自动线实现柔性化发展的同时，加工中心高速化发展异常迅速。 加工中心与 多轴头 的竞争日趋激烈。 d、 加工精度日益提高 。 特别自 80年代中期以来，汽车制造业为增强其汽车的竞争力，不断地加严其发动机 的 关键件的制造公差，并通过计算机 辅助测量和分析方法，以及通过设备能力检验来提高其产品的质量。这无疑是对 多轴头 和自动线提出了更高的要求。 多轴头 制造厂为了满足用户对工件加工精度的高要求，除了进一步提高主轴部件、镗杆、夹具 (包括镗模 )的精度 ， 采用新的专用刀具，优化切削工艺过程，采用刀具尺寸测量控制系统和控制机床及工件的热变形等一系列措施外，目前，空心工具锥柄 (过程统计质量控制 (应用已成为自动线提高和监控加工精度的新的重要技术手段。 e、 综合自动化程度日益提高 。 近十年来，为进一步提高工件的加工精度和减少工件在生产过程中的中间储 存、搬运以及缩短生产流程时间，将工件加工流程中的一些非切削加工工序 (如工序间的清洗、测量、装配和试漏等 )集成到自动线或自动线组成的生产系统中，以实现工件加工、表面处理、测量和装配等工序的综合自动化。 f、 其它技术的应用动向 。 在工业发达国家的 多轴头 行业中，下列技术得到了较为广泛的应用。 多轴头 设计普及 术在国外许多公司中， 多轴头 设计已普遍采用 设计室几乎很难见到传统的绘图板。 应用于绘图工作外，并在构件的刚度分析 (有限元方法 )、 多轴头 及自动线设计方案比较和选择，以及方案报价等方面均已得 到广泛应用，从而显著地提高了设计质量和缩短了设计周期。加之国外许多公司在多轴头 和自动线组成模块方面的系列化和通用化程度很高 (一般达 90%以上 )，使 多轴头和自动线的交货期进一步缩短。 10 2 总体设计 轴头 方案的制定 定工艺方案 零件加工工艺将决定 多轴头 的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产 率要求，现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。 根据被加工 零件（ 300型阀体 ）的零件图（图 加工 8个孔的工艺过程： (1) 加工孔的要技术要求。 8个 直径均为 1012螺纹底孔 )。 工件材料为 求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量 6万 /年 (2) 工艺分析 加工该孔时，孔的位置度公差为 根据 多轴头 的工艺方法及能达到的精度，可采用如下的加工方案： 一次性加工通 孔