毕业论文-五轴高速数控雕铣机-铣头设计

1、五轴高速数控雕铣机-铣头设计摘 要随着制造业的开展，高速度、高效率、高精度和高刚度已经成为当今数控机床开展的主要方向。为了满足当前数控机床市场的需要，五轴联动铣头已经成为了当今一个重要的开展趋势。本次毕业设计的主要任务是五轴高速数控雕铣机的铣头设计。五轴头是五轴联动加工中心上所联接的一种装置。该机床具有很强的数控功能，可以高效率高精度加工空间曲面类零件，如各类模具、水轮机和汽轮机叶片、三元流离心压气机、船用螺旋桨和推进器及螺旋锥齿轮的关键设备。可一次装夹工件在多种空间角度进行铣、镗、钻等工序加工，加工各种具有复杂轮廓外表、型腔的工件，可作铣、镗、钻孔等加工。广泛适用于各种机械制造业，特别是模具

2、制造业。它可以实现五轴控制、五轴联动，高速运转。在掌握PRO/E软件的根本功能后，对机床的各部件进行结构设计、建模，然后，进行装配和运动仿真，到达设计的目的。关键词 五轴控制 五轴联动 虚拟制造技术 虚拟装配ABSTRACTAlong with the development of the manufacturing industry, high speed,high efficiency, high precision and high rigidity have been the main developing trend of numeric-control machine tools.

3、 To meet the need of numeric-control machine tools development, five-axis head have become an important development trend now. The main task of the design is the design of 5-axis head.5-axis head is a kind of equipment in 5-axis With strong numerical function, the machine tool is the key equipment i

4、n the efficient and high-accurate machining of curly-faced . work-piece, namely. Variation molds, vane of water turbine and steam turbine, ship-used propeller, promoter and gears. It can clip a work-piece going through milling, boring and drilling, it can also process. A variety of work-pieces with

5、complex outlook and cavities. It is capable of drilling and milling. It can be applied to all kinds of mechanic manufactures; especially molds manufacture. It can control five axis, simultaneous operate five axis. At a high speed the spindle electrical machinery uses A.C driving system, which enable

6、s the spindle to vary speeds infinitely.With a command of the baric functions of the Pro/E software, different parts of the machine tool are designed, assembled ， thus achieving the desired requirement.Keywords control five axis simultaneous operate five axis virtualmade virtualassembly目 录第一章 概述-6 1

7、.1 国内外相关技术现状-6 课题研究涉及内容-9第二章 五轴铣头的结构设计-11 2.1 整体方案设计研究 -11 2.2 铣头内部结构细化设计及计算-132.2.1 A轴传动的设计及计算-132.2.2 C轴传动的设计及计算-21第三章 PRO/E虚拟建模造型及装配-273.1 虚拟制造技术及其软件介绍-273.2 五轴铣头中零件的造型及装配-30第四章 技术经济分析-36设计结论及致谢参考文献第一章 概述第一节 国内外相关技术现状五轴数控技术在数控加工领域里一枝独秀，它是连续平滑、复杂曲面加工的代名词，但该技术在全球范围内一直没有得到普及.五轴数控加工技术是加工连续、平滑、复杂曲面的主要

8、手段.早在20世纪60年代，国外航空工业生产中就开始采用五轴数控铣床。目前五轴数控机床的应用仍然局限于航空、航天及其相关工业。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。国际上把五轴联动数控技术作为一个国家生产设备自动化技术水平的标志。由于其特殊的地位，特别是对于航空、航天、军事工业的重要影响，以及技术上的复杂性，西方工业兴旺国家一直把五轴数控系统作为战略物资实行出口许可证制度，对我国实行禁运，限制我国国防、军事工业开展。因而，研究五轴数控加工技术对国家科技力量和综合国力的提高有重要意义。与三

9、轴联动的数控加工相比，从工艺和编程的角度来看，对复杂曲面采用五轴数控加工有以下优点：1. 提高加工质量和效率五轴数控加工中刀具有更灵活的位姿，可采用平头刀。平头刀加工是以面带成形，可以保证高速切削，因而加工后的外表更连续光滑。五轴加工可以采用更大的行距和步距，因而效率更高。2. 扩大工艺范围有些形状复杂的零部件，如导风轮、发动机上的整体叶轮，由于叶片本身扭曲和各曲面间相互位置限制，加工时需要转动刀具轴线，否那么很难甚至无法加工。在模具加工中的某些场合，只有采用五轴数控才能防止刀具与工件的干预。复合化近几年国际、国内机床展说明，数控机床正朝着高速度、高精度、复合化的方向开展。复合化的目标是在一台

10、机床上利用一次装夹完成大局部或全部切削加工，以保证工件的位置精度，提高加工效率。国外数控镗铣床、加工中心为适应多面体和曲面零件加工，均采用多轴加工技术，包括五轴联动功能。在加工中心上扩展五轴联动功能，可大大提高加工中心的加工能力，便于系统的进一步集成化。五轴数控技术具有许多优越性，但到目前为止，五轴数控技术的应用仍然局限于少数资金雄厚的部门，并且仍然存在尚未解决的难题。五轴数控技术久久未能得以广泛普及主要因为五轴数控加工由于干预和刀具在加工空间的位姿控制、数控编程、数控系统和机床结构远比三轴机床复杂得多。目前，五轴数控技术在全球范内普遍存在以下问题。1. 五轴数控编程抽象、操作困难五轴机床的数

11、控编程除了直线运动之外，还要协调旋转运动的相关计算，如旋转角度行程检验、非线性误差校核、刀具旋转运动计算等，处理的信息量很大，数控编程极其抽象。五轴数控加工的操作和编程技能密切相关，经验丰富的编程、操作人员的缺乏，是五轴数控技术普及的一大阻力。2. 对NC插补控制器、伺服驱动系统要求十分严格五轴机床的运动是五个坐标轴运动的合成。因此要求控制器有更高的运算精度。五轴机床的运动特性要求伺服驱动系统有很好的动态特性和较大的调速范围。3. 刀具半径补偿在五轴联动NC程序中，刀具长度补偿功能仍然有效，而刀具半径补偿却失效了。以圆柱铣刀进行接触成形铣削时，需要对不同直径的刀具编制不同的程序。4. 后置处理

12、器五轴机床和三轴机床不同之处在于它还有两个旋转坐标五轴数控机床的后置处理器还有待进一步开发。从1999年开始，在CIMT、CCMT等国际、国内机床展览会上，首先是国内的五轴数控机床产品纷纷亮相，国内五轴数控机床的市场逐渐翻开，随后国际机床巨头纷至沓来，五轴数控机床的品种和数量逐年上升：CIMl99、CCMT2000分别推出3台国产五轴联动机床；CIMT2001t4J国际机床展览会上，北京第一机床厂和桂林机床股份分别展出了主轴转速10000rmin的五轴高速龙门加工中心，北京市机电院的主轴转速15000rmin的五轴高速立式加工中心；清华大学与昆明机床股份联合研制的XNZ63，采用标准Stewa

13、rt平台结构，可实现六自由度联动；大连机床厂自行研制的串并联机床DCB一510，其数控系统由清华大学开发，该机床通过并联机构实现x、l，、z轴直线运动，由串联机构实现A、c轴旋转运动，从而实现五轴联动，其直线快速进给速度可达80mmin。这些机床均已到达国际先进水平，表达出我国机床工业为国防尖端工业开展提供装备的实力又有突破性提高。中国机床工业的开展，利用自己研制的高、精、尖产品参与国际竞争，打破了国际技术垄断，国际机床巨头们不愿失去中国这个大有潜力可挖的市场，于是蜂拥而来，把他们的产品“送上门来：国外展团共展出五轴加工中心8台、五轴车铣加工中心一台、五轴数控刀具磨床5台。 我国数控技术及其设

14、备在各工业部门中的应用整体水平仍然偏低，与工业兴旺国家相比差距很大。为了实现“十五规划的开展目标，各部门迫切需要进一步大力开展数控加工技术，急需配置大量的各类工艺设备，尤其是数控机床设备。对于数控机床设备的主要技术要求是多轴、高速、刚性好、功率大；对坐标数的需求，以35轴联动为主。对于关键零件形状复杂的行业，如航空、电力、船舶、模具制造业等，其生产部门对多轴机床要求比例较大，新增五轴数控机床大约占数控机床总数的7080。我国机床制造业具备相当的实力，机械精度和可靠性方面在国际市场上都名列前茅。然而配套的五轴数控系统要么从国外进口，要么采用国内还不成熟的数控系统。总之五轴数控技术仍旧是一个薄弱环

15、节。高校拥有雄厚的科研开发力量，是高科技的前沿阵地，假设与机床制造企业优势互补，强强联合，势必加快五轴数控技术的开展和产品化的进程。第二节 课题研究涉及内容在五轴联动数控加工中心的开发过程中，自动万能铣头是关键技术，目前国内只有很少数几个厂家正在开发和生产自动万能铣头，主要还处于搜集技术资料和研究阶段。而国外一些兴旺国家中，自动万能铣头已经普遍应用于立式和龙门式数控铣床以及数控加工中心。使铣床到达五轴联动，实现四面体和五面体加工，可以大大提高铣床的自动化水平和工艺范围以及工作效率。研究开发五轴加工中心要求具有较高的性能技术指标，不仅要具有多坐标复杂曲面的加工功能，而且还要满足高速度、高刚度和高

16、精度的要求。而兴旺国家在进出口技术含量高的五轴联动加工中心方面，对我国进行限制，因此，五轴联动数控加工中心的研究开发是一个难度比拟大的工程。本课题的设计任务是设计高速雕铣机的五轴联动铣头，它的根本原理是在传统加工中心的三个移动坐标轴的根底上增加两个旋转坐标轴，使这种加工中心具有X、Y、Z三个直线运动的数控坐标轴和A、B(C)两个旋转数控坐标轴，并且各坐标轴既可单独运动又可联动。本课题的设计方案首先是了解五轴铣头的运动及动力学方面的根本原理，其次是提出五轴联动铣头的整体设计方案，再对方案进行可行性分析后，逐步细化设计方案，并对所选的零件进行计算校核，用CAD软件画出工程图后，按图纸要求对所设计的

17、零件用PRO/E软件造型、装配，并在建模和装配过程中检验所设计零件的合理性，还有装配是否有干预问题，使所设计的方案能尽可能的符合客观的实际需要。根据主轴的方向，传统的CNC加工中心通常被分为立式和卧式两类，本次设计的主要任务是立式铣削五轴联动铣头，它具有较强的数控功能，可以加工各种复杂轮廓外表的工件。可作铣、镗、钻孔等加工，广泛应用于机械制造业。它可以实现五轴控制、五轴联动。主轴系统单元采用电主轴，实现高速切削对五轴铣头进行设计，使五轴铣头不但具有X、Y、Z三个直线运动的数控坐标轴而且还具有A、B(C)两个旋转数控坐标轴，并且各坐标轴既可单独运动又可联动，具有很大的灵活性，且加工性能好。安装专

18、用刀杆及附件，可以加工平面，斜面、螺旋面、沟槽、花键、弧形槽等等。通过转动的主轴头，机床可实现铣削空间前半球任意角度的加工它采用精密同步带传递主传动，采用伺服电机实现摆动，该主轴头具有较高刚度，主轴转速变换范围宽。本次设计的数据及来源：根本数据：工作台面积宽长 570400mm行程X/Y/Z 500*500*230mm主轴转速 1000-20000 r/min主轴功率 最大可夹持刀具直径 10伺服驱动 进口数字式交流伺服750w*3第二章 五轴铣头的结构设计 第二节 整体方案设计研究本次设计的五轴铣头将安装在高速数控雕铣机上，受所设计的雕铣机的根本参数的限制，该五轴铣头必须满足尺寸小，质量轻，

19、结构紧凑的要求。五轴铣头内部结构的设计需要完成沿X轴转动的A轴摆动的结构设计和沿着Y轴转动的C轴摆动的结构设计，A轴摆动的角度范围在-110度到+110度之内，而C轴的结构那么可以沿着C轴方向旋转一周。 主轴系统采用电主轴结构，电主轴又称内装式电机主轴单元，具有结构紧凑，机械效率高，躁声低，运行平稳，精度高的优点。采用电主轴不仅有易于实现高速切削加工，而且可以使整个五轴铣头结构紧凑。方案一 在A轴的设计中采用锥齿轮传动，将A轴的伺服电机放入铣头内，如上图，而C轴的电机放入滑枕中，驱动整个铣头沿着C轴方向转动，传动方式采用齿轮传动。这种结构根本可以满足A、C轴方向的摆动，但将A轴的电机放在铣头中

20、使整个铣头的尺寸增大，为了克服这一缺点，并使整个铣头的尺寸变小，结构更加紧凑，对此方案进行修改，提出了以下方案：方案二：在方案二中，将铣头设计成上图所示，这样A轴电机就可以放在滑枕中，从而减小了铣头的体积，传动方式改用蜗轮蜗杆传动和同步带传动，同样使铣头的结构紧凑。 整个铣头的结构设计过程中还需考虑电主轴和伺服电机的电线和冷却装置的安置。铣头和滑枕相对于整台机床设计成一个独立的主轴箱，主轴箱上带有Z轴的丝杠和电机，然后再总体装配在机床上。由于所设计的雕铣机必须满足高速切削的要求，所以Z轴的丝杠采用滚珠丝杠。第二节 铣头内部结构细化设计及计算2.2.1 A轴传动的设计及计算在A轴的结构设计中，包

21、括以下几个局部：2.蜗轮、蜗杆的设计，蜗轮蜗杆在铣头内的支承3.同步带及带轮的设计 主轴系统单元采用电主轴，其结构紧凑，运行平稳，动态精度和静态精度好，易于实现高速化，从而提高生产的效率和产品的质量。目前国内已有专门生产电主轴的厂家，本次设计中采用安阳莱必泰机械的产品，如以下图。初步拟订电主轴的主轴转速为1000-20000RPM。主轴的功率为2.0kw。 为解决电主轴和铣头的连接问题，本次设计中专门设计了一个电主轴套，不仅解决了电主轴的供电和冷却的问题，还方便了电主轴在铣头上的安装。电主轴套的结构如以下图所示 选用的安阳莱必泰的电主轴的电线和冷却管从电主轴的后部伸出，在电主轴套上钻孔，将电线

22、和冷却管插入，直至电主轴套两侧的凸台中，凸台和两个法兰盘用螺钉连接，中间有直径为80毫米的内孔，内孔中放置耦合器，然后再从耦合器中接出电线和冷却管到铣头内，这个设计是本次设计的一个特色，它解决了以往铣头设计中由于电线和冷却管而产生的电主轴运动的干预问题，并使整个铣头的结构更加紧凑。2.蜗轮、蜗杆的设计，蜗轮蜗杆在铣头内的支承A轴传动方式采用蜗杆传动主要由于蜗杆传动方式可以使五轴铣头的结构紧凑，此外蜗杆传动方式还有传动比大，工作平稳，躁声低，可以自锁等优点。具体设计计算输入功率P=750W，蜗杆转速为n1=1500转/分，传动比在5080范围之内。工作载荷较稳定。 根据GB/T100851988

23、的推荐，采用阿基米德蜗杆ZA蜗杆.蜗杆传动传递的功率不大,速度只是中等,故蜗杆用45钢;因希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,.蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1 ,金属模铸造.根据闭式蜗杆传动设计准那么,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再较核齿根弯曲疲劳强度.传动中心距 1) 确定作用在蜗轮上的转距 按=1,估取效率为， 估取i=65 2) 确定载荷系数K因工作载荷较稳定,故取载荷分布不均系数,选取使用系数,由于转速不高,冲击不大,可取动载荷系数3) 确定弹性影响系数.因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故4)确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值,可查得=2.

24、9.5)确定许用接触应力 因蜗轮材料选用的是铸锡磷青铜ZCuSn10P1, 金属模铸造, 蜗杆螺旋齿面硬度为4555HRC,可查得蜗轮根本许用应力为.6)计算中心距取中心距a=125mm,i=69,查表选取模数m=3.15,蜗杆分度圆直径,这时,查得接触系数1) 蜗杆蜗杆头数 z1 1模 数 m 3.15 (mm) 蜗杆分度圆直径 d1 35.50 (mm)蜗杆导程角 蜗杆齿高 h1 6.93 (mm) 蜗杆齿顶圆直径 da1 41.80 (mm) 蜗杆齿根圆直径 df1 27.94 (mm) 2蜗轮 蜗轮分度圆直径 d2 217.35 (mm) 蜗轮喉圆直径 da2 220.80 (mm)

25、蜗轮齿根圆直径 df2 206.94 (mm) 蜗轮齿高 h2 6.93 (mm) 蜗轮外圆直径 de2 227.10 (mm) 中心距a 125 (mm)查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的根本许用应力=56MPa弯曲强度满足要求3.同步带及带轮的选择及计算同步带传动综合了带传动和链传动的优点,传动时无滑动,能保证固定的传动比和同步传动,预紧力较小,轴和轴承上所受的载荷小,带的厚度小,单位长度的质量小,故允许的线速度较高额定额定功率P=750W,n=3000r/min 1选择带型设计功率 i=2查得工作情况系数 故=1.5*750=1125W根据GB/T113621989，选择带型为L型节距

26、为2大小带轮的齿数及节圆直径由于所设计的铣头结构要求紧凑，所以小带轮的齿数为小带轮节圆直径大带轮齿数 大带轮节圆直径 带速：3初定轴间距根据 初步确定轴间距为计算带长及齿数选择标准带长实际轴间距 小带轮啮合齿数4计算根本额定功率、带宽和作用在轴上的力根本额定功率 带宽作用在轴上的力4 电机和联轴器的选用 由于本次设计的数控雕铣机必须满足高速的要求，所以电机采用伺服电机，伺服电机不仅可以满足较高的机械性能和生产效率的要求，同样在高速响应性、高速、高精度控制方面，具有更高的水准。本次设计中选用的伺服电机为株式会社安川电机的SGMAH型额定功率为750W，额定扭矩为2.39NM额定转速为3000转/

27、分。 选用的联轴器为LK5系列的单接夹紧螺丝固定的联轴器，可以传递的扭矩为6NM 本次设计中对A轴的结构设计的特点是铣头的头套设计，将A轴的驱动电机放入滑枕中，从而减小了铣头的体积，此外在铣头的内部结构设计中，还注意到了排线的问题2.2.2 C轴传动的设计及计算 C轴的结构设计主要采用齿轮传动方式，C轴的驱动电机也采用与A轴同样型号的电机，由于C轴的转速要求不高，所以采用降速传动。其中小齿轮设计成齿轮轴通过联轴器与电机相连，然后安装在滑枕上，大齿轮安装在铣头的头套上，带动铣头沿C轴方向转动 齿轮传动具体的设计计算如下：1.确定齿轮齿数在确定齿轮齿数时应该注意以下几点：1：不产生根切。一般取Zm

28、in1820。2：保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚2mm。3：同一传动组的各对齿轮副的中心距应当相等。假设模数相同时，那么齿数和也相等。但由于传动比的要求，尤其是在传动中使用了公用齿轮后，常常满足不了上述要求。机床上可用修正齿轮，在一定范围内调整中心距使其相等。但修正量不能太大，一般齿数差不能超过34个齿。4：防止各种碰撞和干预。齿轮的设计计算1：选定齿轮类型、精度等级、材料以及齿数 1：选用直齿圆柱齿轮传动，2：整个机构主要通过齿轮来传动，因此对齿轮的要求比拟高，因此选用6级精度的齿轮。3：材料的选择。由表10-1选择两个齿轮的材料都为40Cr调质处理，硬度为280HBS

29、。4：按表选取齿数，暂时选小齿轮的齿数为20，第二个齿轮的齿数为76。2：按齿面接触强度设计 由设计计算公式10-9a进行试算，即d1t 确定公式内的各计算数值计算和送料辊子连接的齿轮的转矩Nmm由表10-7选齿宽系数由图10-21d按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限为=600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限也为=600MPa;由式10-19计算应力循环次数N1=60j=60960128300由图10-19查得接触疲劳寿命系数=0.90;计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，平安系数S=1，由式10-12得=600Mpa=528Mpa=650 Mpa=528Mpa2) 计算(1)试算齿轮分度

30、圆直径，代入中较小的数值 2 计算圆周速度v =3 计算齿宽b b= 此在此取值为0.45，故b=14计算齿宽与齿高之比b/h 模数 =/5 计算载荷系数根据v=1.82m/s，6级精度，由图10-8查得动载荷系数=1.08；由于是直齿轮，假设/b100N/mm。由表10-3查得= 由表10-2查得使用系数 由表10-4查得6级精度 b 将数据代入以后得到： 由b/h=12.01，因此载荷系数为： K=6 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式10-10a得 =7 计算模数m m=按齿根弯曲强度设计由公式10-5得弯曲强度的设计公式为 m确定公式内的各计算数值 1由图10-20c查得下面齿

31、轮的弯曲疲劳强度极限=480Mpa；由于是相同的材料，故上面一个齿轮的弯曲疲劳强度极限也为=480Mpa2由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数=0.84，=0.84；3计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳平安系数S=1.4，由式10-12得 =MPa=288MPa =MPa=288Mpa4计算载荷系数K K=5查取齿形系数 由表10-5查得=2.28，6查取应力校正系数 由表10-5可查得 =7计算两个齿轮的并加以比拟 = =设计计算m比照计算结果，我们发现齿面接触疲劳强度计算的模数m小于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的

32、承载能力，仅与齿轮直径即模数与齿数的乘积有关，因此可取弯曲强度算得模数2.13，并就近圆整为2，按接触强度算得的分度圆直径=38.1mm，算出齿轮的齿数 =19取=20， =u20=74，根据齿数匹配表，取=76这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，防止了浪费。4 几何尺寸计算计算分度圆直径 =202mm=40mm =762mm=152mm2计算中心距 =mm=96mm 计算齿轮宽度b=152mm=40mm。故两个齿轮的宽度都为=40mm验算 =N=2050N =N/mm=64.06N/mm100N/mm，故满足设计要求。第三章 PRO/E

33、虚拟建模造型及装配本课题另一主要任务是对所设计的五轴联动铣头进行虚拟建模造型和装配，它是建立在虚拟建模的根底上的，需要先把所要设计的东西从二维图形转换到三维立体的模型后，然后在此根底上进行装配，所以说虚拟制造技术是本课题的根底，那么首先要介绍一下什么是虚拟制造技术及其应用软件PRO/E。 第一节 虚拟制造技术及应用软件介绍虚拟制造技术作为面向21世纪的先进制造技术，是一种新型的生产模式。它是以信息技术、仿真技术和虚拟现实技术为支持，在高性能计算机及高速网络中，采用群组协同工作，通过虚拟模型来模拟和预估产品功能、性能和可加工性等各方面可能存在的问题，模拟产品制造的本质过程，包括产品的设计、工艺规

34、划、加工制造、性能分析、质量检验，并进行过程管理与控制。虚拟制造技术的开展应用，为高性能数控机床产品的研究开发提供了技术支持 。概括地讲它主要是利用高性能计算机及高速网络等支撑技术，并辅以各类专用设备或仪器，在计算机中对产品进行全面建模和仿真，通过使用计算机虚拟模型和计算机仿真分析技术，来辅助产品的设计和制造，即在产品的设计阶段实时地、并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品的性能，优化制造过程，从而更加有效的、经济的、柔性的组织生产，增强决策控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，到达产品的开发周期和本钱最低、产品设计质量最优、生产效率最高。本次设计中的

35、实体造型和装配是通过工程软件Pro/ENGINEER实现的。Pro/ENGINEER在今日以成为世界3D CAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽机车、自行车、航天、家电、玩具等各行业。Pro/ENGINEER可谓是个全方位的3D产品开发软件，集合了零件设计、产品组合、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析、产品数据库管理等功能于一体，其模块众多，且学习殊为不易。Pro/ENGINEER的核心技术是“尺寸驱动参数化的基于特征的实体建模技术，这是建立在一个统一的能在系统内部引起变化的数据结构的根底上的，因此开发过

36、程中某一处所发生的变化能够很快传遍整个设计制造过程，以确保所有的零件和各个设计环节保持一致性和协调性它具有以下的特点：a、3-D造型与以往的平面设计系统相比，Pro/Engineer是一个三维造型系统。b、参数化模型建构ParametricPro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，它的参数化表达在以下几个方面： 1、特征之间存在相依关系，改变某个特征会引起其他特征的改变。 2、特征的驱动尺寸可以随时改变。 3、可以通过关系式建立特征之间的关系Relation。c、基于特征的Feature_basedPro/Engineer 以特征作为几何建构及数据存储的根底，特征的

37、名称一般是机械设计上常用的名称，如：切削、圆角、拔模等。设计者依据加工过程，逐个产生特征。特征是设计的根本单元，而产生特征的顺序那么根据设计者的设计意图而决定。d、相关联性AssociativePro/Engineer通过建立诸如零件模型、装配模型、模具模型、工程图模型、加工模型等进行设计，这些模型之间存在相互联系，如果在某个模型中实施改变，那么这种改变会自动反映到其它模型中。e、单一的数据库Pro/Engineer是建立在同一基层的数据库上的，即模型工程中的所有数据和资料都存储到同一个数据库中，也统一从同一个数据库中读取数据，因此保证了它们之间的相关联性。f、广泛的功能Pro/Enginee

38、r的功能包括特征造型、曲面设计、装配组合、工程图设计、模具设计、NC加工、钣金设计、机构仿真、有限元分析等等。第二节 五轴铣头中零件的造型及装配对五轴铣头造型装配首先需要对所设计的铣头中的所有零件按其结构和尺寸特征进行造型，然后在按一定顺序和零部件的约束关系进行装配，在造型和装配的过程中又可以反过来检查所设计的零件的尺寸和结构是否有问题，装配是否有约束。在对本次设计中所有零件按照软件所要求的步骤如拉伸旋转扫描等特征操作造型。具体过程略右图为铣头的头套零件的装配过程中可以先把零件装成几个主要部件，如下几个局部：先将电主轴、电主轴套、右法兰用螺钉连接装配在一起，然后装在头套内，用圆锥滚子轴承支撑，

39、左法兰右图为兰色与蜗轮连接好也通过轴承装入头套内以下图为装配好的蜗杆轴，蜗杆轴的上方装有大带轮，带轮的设计为双边挡圈结构，防止同步带的偏移。蜗杆轴的两侧装有轴承，然后装在头套上，轴承通过端盖及垫片来调整间隙。此时可以将驱动A轴的电机、联轴器、保持架、轴、轴承、键、小带轮等零件按图纸要求装成一个部件，如以下图所示 图中红色的零件为一个法兰盘，这个法兰盘通过螺钉固定在头套上，这样使保持架和电机一块固定在头套上，底部的轴承也固定在头套上，用端盖和垫片分别定位和调整间隙左图为C轴的电机、联轴器、小齿轮、轴、轴承、键、保持架的装配体。左土图中黄色的零件为保持架，用螺钉将整个部件装在滑枕上。 滑枕的内部需

40、要先装入轴承、套筒等零件，在将铣头套入轴承内部，所有铣头和滑枕的零部件装完后，将头盖盖好。上图为Z轴的丝杠的装配体，丝杠通过联轴器与电机相连，丝杠上的螺母副装在雕铣机的凸台上，这样整个主轴箱就可以安装在机床上了，再在主轴箱上装上导轨，主轴箱就可以沿着导轨在Z周方向上移动了，整个装配完后如以下图所示：本次设计的铣头的外观如上图所示，对其进行切割，那么可以看到整个装配体的内部具体结构：第四章 技术经济分析机械工业技术经济分析任务，就是通过机械工业开展过程中各种技术政策、技术方案、技术措施的可行性分析和论证，正确的认识和处理技术与经济之间的辩证关系，寻找技术、经济开展的客观规律，谋求技术和经济之间的

41、最正确关系，实现技术先进性和经济合理性的统一。工业技术经济分析能够帮助我们在一个投资工程尚未实施之前，估算出它的经济效果，并通过不同方案的比拟，选出最有效利用现有资源的方案，从而使投资决策建立在科学分析的根底之上。技术经济分析还能帮助我们在日常的工业生产活动中，选择合理的技术方案，改良各种具体产品的设计与生产工艺，用最低的本钱生产出符合要求的产品，提高工业生产的经济效益与社会效益。五轴联动数控机床，是电力、船舶、航空航天、高精密仪器等民用工业和军事工业等部门迫切需要的关键加工设备。以前我国数控技术及其设备在各工业部门中的应用整体水平仍较低与工业兴旺国家相比差距很大，西方一直将这项技术对我国进行

42、封锁，所以五轴数控机床和五轴铣头的价格很高 ， 但从1999年开始，在CIMT、CCMT等国际、国内机床展览会上，首先是国内的五轴数控机床产品纷纷亮相，国内五轴数控机床的市场逐渐翻开，以前五轴机床和三轴机床之间的价格悬殊很大。现在，三轴机床附加一个旋转轴根本上就是普通三轴机床的价格，这种机床可以实现多轴机床的功能。同时，五轴机床的价格也仅仅比三轴机床的价格高出3050。为了实现“十五规划的开展目标，各部门迫切需要进一步大力开展数控加工技术，急需配置大量的各类工艺设备，尤其是数控机床设备。对于数控机床设备的主要技术要求是多轴、高速、刚性好、功率大；对坐标数的需求，以35轴联动为主。对于关键零件形

43、状复杂的行业，如航空、电力、船舶、模具制造业等，其生产部门对多轴机床要求比例较大，新增五轴数控机床大约占数控机床总数的7080。本设计不仅适应市场的需求，而且还采用了新式结构设计，与同类机床相比其稳定性、定位精度都较高，使用寿命较长。实现了曲面加工，及五面体加工，与国外其它同类型产品相比其性价比非常高。进入市场后，能很快占有优势，将有很好的开发和投资前景。 第五章 设计结论及致谢在这次毕业设计中，我深深的体会到毕业设计是学习深化和升华的重要过程，是我们学习、研究和实践成果的全面总结。是综合素质和工程实际实践能力锻炼的最好方法。这次毕业设计，培养我们综合运用多学科的理论、知识与技能的能力，使我们

44、能够独立的解决具有一定复杂程度的工程实际问题。同时，它也是我们能够树立正确的设计思想和掌握现代设计方法，并培养了我们严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；培养我们勇于实践、勇于探索和开拓创新的精神。在毕业设计阶段，通过毕业设计的实现，有益于我们科学的智能结构的形成及综合素质的全面培养。在这次毕业设计中我受益非浅 ，稳固并扩大本专业的根底知识，提高了综合运用知识的能力。在设计过程中，再次对以前所学知识及其外延进行了融会和贯穿，提高了综合运用知识的能力。在零件的设计过程中，由于考虑不周，有的零件的尺寸不够或过大，产生了余隙和干预现象，我们都作了反复的修改，使其符合设计要求。在用PRO/E进行造型

45、装配的过程中，我们发现由于设计的不合理，有的零件装不上去，有的零件装上了却拆不下来，我们也作了及时的修改，调整了装配顺序，使所有的零件都能按要求装上去，装配好。在设计过程中所遇到的这些问题，平时根本就发现不了，在计算机的帮助下，我们发现了这些难以发现的错误，减少了生产过程中的废品出现率，对生产起到了促进作用，同时也说明了在实际生产中引入虚拟制造和虚拟装配的必要性。这次毕业设计还培养了自己的创造性思维能力，从最初的感性认识到最后的设计成型，也是一步步的增强认识、加深理解，再用于设计当中，同时，加进自己的大胆合理的想法，使设计更趋于合理化。特别是在结构设计的过程中，想尽各种方法来缩小体积。开始时考

46、虑了很多种方案，但最后综合它们各自的优缺点，选出最优的方案。这一过程对创造性思维的提高十分的明显。通过毕业设计，我在很大程度上提高了自学能力。本次设计主要使用Pro/Engineer工程软件进行三维造型，并使用Pro/Engineer2001及进行了整体的装配仿真，通过几周的学习、熟悉，已经根本掌握了三维实体造型及装配的各种方法。可以这完全是一个自学的过程，大大地提高了我的自学能力。此外我还锻炼了独立性。由于本次设计每个同学的题目都不同，工作内容与方案要由自己根据对设计任务书的研究与总体进度来确定，这就防止了相互抄袭的现象，而锻炼了独立思考、独立工作的能力。在设计过程中，需要与同组同学及外界进

47、行广泛的接触及联系，大家经常互相交流，互相帮助，配合默契，共同努力，争取较出色的完成设计任务，使我的团队意识和合作能力有了大大的提高。当然，虽然我以最大的热情与最认真的态度投入到本次毕业设计中；但是在本次设计肯定还会有许多缺乏之处，有待于请各位指导老师和辩论委员会的专家们斧正。 在这次毕业设计的过程中，我得到了导师杨庆东教授和杨教授所带研究的大力支持，他们的渊博的学识和对研究工作的一丝不苟的态度对我产生了深刻的影响，在他们的悉心的指导下，我终于完成了我的毕业设计，同时也教会了我发现问题、分析问题、解决问题的能力，使我学到了在书本上学不到的知识，在此，向他们表示真诚的感谢！同时还要感谢在毕业设计

48、期间给予我关心和帮助的其他老师和同学。参 考 文 献2?机床设计手册?编写组编. 机床设计手册2. 北京：机械工业出版社，1986.3?机床设计手册?编写组编. 机床设计手册3. 北京：机械工业出版社，1986.4毕承恩等主编?现代数控机床? 机械工业出版社，19935徐灏主编?新编机械设计手册? 机械工业出版社，1995.6范云涨、陈兆年等主编?金属切削机床设计简明手册? 机械工业出版社，19947 濮良贵，纪名刚等主编?机械设计?. 高等教育出版社，19968 林清安著. ?Pro/ENGINEER零件设计-根底篇?上，下.北京大学出版社， 9 张建钢主编?数控技术? 华中科技大学出版社

49、10 杨庆东 王科社 张锦. 五轴加工中心的虚拟制造技术研究. 组合机床与自动化, 20008. 11 孟德辉. 加工中心用的高速主轴.应用机械工学，1993，412上海交通大学主编?数控机床? 上海科学技术出版社13 魏志强，王先逵，杨志刚等. 高速加工机床及其关键技术. 制造技术与机床，1998，114王先逵主编?制造技术的未来? 中国机械工程，1994，5515王科社主编?机械工程系毕业设计指导书? 机械工程系16机械工业部北京机床研究所主编 ?机床设计分析?第一、二集 17 王广炎 赵建东 帅梅. 五轴联动数控系统的开放化设计. 组合机床与自动化加工技术, 19998.18?Manuf

50、acturing Technology? Western Michigan University19中国纺织大学、哈尔滨工业大学、天津大学主编?机床设计图册?上海科学技术出版社20杜君文主编?机械制造技术装备及设计?天津大学出版社21韩秋实主编?机械制造技术根底?机械工业出版社原文已完。下文为附加文档，如不需要，下载后可以编辑删除，谢谢！施工组织设计本施工组织设计是本着“一流的质量、一流的工期、科学管理来进行编制的。编制时，我公司技术开展部、质检科以及工程部经过精心研究、合理组织、充分利用先进工艺，特制定本施工组织设计。工程概况：西夏建材城生活区27#、30#住宅楼位于银川市新市区，橡胶厂对面

51、。本工程由宁夏燕宝房地产开发开发，银川市规划建筑设计院设计。本工程耐火等级二级，屋面防水等级三级，地震防烈度为8度，设计使用年限50年。本工程建筑面积:27#m2;30# m2。室内地坪 m为准，总长27#m；30# m。总宽27#m；30# m。设计室外地坪至檐口高度18.6 00m，呈长方形布置，东西向，三个单元。本工程设计屋面为坡屋面防水采用防水涂料。外墙水泥砂浆抹面，外刷浅灰色墙漆。内墙面除卫生间200300瓷砖，高到顶外，其余均水泥砂桨罩面，刮二遍腻子；楼梯间内墙采用50厚胶粉聚苯颗粒保温。地面除卫生间200200防滑地砖，楼梯间50厚细石砼1：1水泥砂浆压光外，其余均采用50厚豆石

52、砼毛地面。楼梯间单元门采用楼宇对讲门，卧室门、卫生间门采用木门，进户门采用保温防盗门。本工程窗均采用塑钢单框双玻窗，开启窗均加纱扇。本工程设计为节能型住宅，外墙均贴保温板。本工程设计为砖混结构，共六层。根底采用C30钢筋砼条形根底，上砌MU30毛石根底，砂浆采用M10水泥砂浆。一、二、三、四层墙体采用M10混合砂浆砌筑MU15多孔砖；五层以上采用M混合砂浆砌筑MU15多孔砖。本工程结构中使用主要材料：钢材： = 1 * ROMAN I级钢， = 2 * ROMAN II级钢；砼：根底垫层C10，根底底板、地圈梁、根底构造柱均采用C30，其余均C20。本工程设计给水管采用PPR塑料管，热熔连接；

53、排水管采用UPVC硬聚氯乙烯管，粘接；给水管道安装除立管及安装IC卡水表的管段明设计外，其余均暗设。本工程设计采暖为钢制高频焊翅片管散热器。本工程设计照明电源采用BV铜芯线，插座电源等采用BV4铜芯线；除客厅为吸顶灯外，其余均采用座灯。施工部署及进度方案1、工期安排本工程合同方案开工日期：2004年8月21日，竣工日期：2005年7月10日，合同工期315天。方案2004年9月15日前完成根底工程，2004年12月30日完成主体结构工程，2005年6月20日完成装修工种，安装工程穿插进行，于2005年7月1日前完成。具体进度方案详见附图1施工进度方案。2、施工顺序 = 1 * GB2 根底工程

54、工程定位线验线挖坑钎探验坑砂砾垫层的施工根底砼垫层刷环保沥青 根底放线预检砼条形根底刷环保沥青 毛石根底的砌筑构造柱砼地圈梁地沟回填工。 = 2 * GB2 结构工程结构定位放线预检构造柱钢筋绑扎、定位隐检砖墙砌筑50cm线找平、预检柱梁、顶板支模预检梁板钢筋绑扎隐检、开盘申请砼浇筑下一层结构定位放线重复上述施工工序直至顶。 = 3 * GB2 内装修工程门窗框安装室内墙面抹灰楼地面门窗安装、油漆五金安装、内部清理通水通电、竣工。 = 4 * GB2 外装修工程外装修工程遵循先上后下原那么，屋面工程包括烟道、透气孔、压顶、找平层结束后，进行大面积装饰，塑钢门窗在装修中逐步插入。施工准备现场道路

55、本工程北靠北京西路，南临规划道路，交通较为方便。场内道路采用级配砂石铺垫，压路机压。机械准备 = 1 * GB2 设2台搅拌机，2台水泵。 = 2 * GB2 现场设钢筋切断机1台，调直机1台，电焊机2台，1台对焊机。 = 3 * GB2 现场设木工锯，木工刨各1台。 = 4 * GB2 回填期间设打夯机2台。 = 5 * GB2 现场设塔吊2台。3、施工用电施工用电已由建设单位引入现场；根据工程特点，设总配电箱1个，塔吊、搅抖站、搅拌机、切断机、调直机、对焊机、木工棚、楼层用电、生活区各配置配电箱1个；电源均采用三相五线制；各分支均采用钢管埋地；各种机械均设置接零、接地保护。具体配电箱位置详

56、见总施工平面图。施工用水施工用水采用深井水自来水，并砌筑一蓄水池进行蓄水。楼层用水采用钢管焊接给水管，每层留一出水口；给水管不置蓄水池内，由潜水泵进行送水。生活用水生活用水采用自来水。劳动力安排 = 1 * GB2 结构期间：瓦工40人；钢筋工15人；木工15人；放线工2人；材料1人；机工4人；电工2人；水暖工2人；架子工8人；电焊工2人；壮工20人。 = 2 * GB2 装修期间抹灰工60人；木工4人；油工8人；电工6人；水暖工10人。四、主要施工方法1、施工测量放线 = 1 * GB2 施工测量根本要求A、西夏建材城生活区17#、30#住宅楼定位依据：西夏建材城生活区工程总体规划图，北京路

57、、规划道路永久性定位B、根据工程特点及建筑工程施工测量规程DBI012195，4、3、2条，此工程设置精度等级为二级，测角中误差12，边长相对误差1/15000。C、根据施工组织设计中进度控制测量工作进度，明确对工程效劳，对工程进度负责的工作目的。 = 2 * GB2 工程定位A、根据工程特点，平面布置和定位原那么，设置一横一纵两条主控线即27#楼：A轴线和1轴线；30#楼：A轴线和1轴线。根据主轴线设置两条次轴线即27#楼：H轴线和27轴线；30#楼：H轴线和27轴线。 B、主、次控轴线定位时均布置引桩，引桩采用木桩，后砌一水泥砂浆砖墩；并将轴线标注在四周永久性建筑物或构造物上，施测完成后报

58、建设单位、监理单位确认后另以妥善保护。C、控轴线沿结构逐层弹在墙上，用以控制楼层定位。D、水准点：建设单位给定准点，建筑物.500m。 = 3 * GB2 根底测量A、在开挖前，基坑根据平面布置，轴线控制桩为基准定出基坑长、宽度，作为拉小线的依据；根据结构要求，条基外侧1100mm为砂砾垫层边，考虑放坡，撒上白灰线，进行开挖。B、在垫层上进行根底定位放线前，以建筑物平面控制线为准，校测建筑物轴线控制桩无误后，再用经纬仪以正倒镜挑直法直接投测各轴线。C、标高由水准点引测至坑底。 = 4 * GB2 结构施工测量A、首层放线验收后，主控轴一引至外墙立面上，作为以上务层主轴线竖身高以测的基准。B、施

59、工层放线时，应在结构平面上校投测轴线，闭合后再测设细部尺寸和边线。C、标高竖向传递设置3个标高点，以其平均点引测水平线折平时，尽量将水准仪安置在测点范围内中心位置，进行测设。2、基坑开挖本工种设计地基换工，夯填砂砾垫层1100mm；根据此特点，采用机械大开挖，留200mm厚进行挖工、铲平。开挖时，根据现场实际土质，按标准要求1:0.33放坡，反铲挖掘机挖土。开挖出的土，根据现场实际情况，尽量留足需用的好土，多余土方挖出，防止二次搬运。人工开挖时，由技术员抄平好水平控制小木桩，用方铲铲平。挖掘机挖土应该从上而下施工，禁止采用挖空底脚的操作方法。机械挖土,先发出信号，挖土的时候，挖掘机操作范围内，

60、不许进行其他工作，装土的时候，任何人都不能停留在装土车上。3、砌筑工程 = 1 * GB2 材料砖：MU15多孔砖，毛石根底采用MU30毛石。砂浆：0.00以下采用M10水泥砂浆，一、二、三、四层采用M10混合砂浆，五层以上采用M7.5混合砂浆。 = 2 * GB2 砌筑要求A、开工前由工长对所管辖班组下发技术交底。B、砌筑前应提前浇水湿润砖块，水率保持在1015。C、砌筑采用满铺满挤“三一砌筑法“，要求灰浆饱满，灰缝812mm。D、外墙转角处应同时砌筑，内外墙交接处必须留斜槎，槎子长度不小于墙体高度的2/3，槎子必须平直、通顺。E、隔墙与墙不同时砌筑又不留成斜槎时可于墙中引出阳槎或在墙的灰缝