立式铣削五轴五联动加工中心设计

目录

第一章概述--------------------------------

1.1 课题研究内容----------------------

1.2 国内外相关技术现状----------------

1.3 课题分工及简介---------------------

第二章技术支持及其发展趋势----------------

2.1 虚拟制造的应用及发展-------------

2.2 相关软件介绍---------------------

第三章具体设计方案

3.1 设计参数计算---------------------

3.2 造型设计-------------------------

第四章装配及其仿真

4.1 零件的装配-----------------------

4.2 装配仿真-------------------------

第五章设计结论及参考文献-------------------

第一章概述

1.1 课题研究内容：

本次设计的主要任务是立式铣削五轴五联动加工中心，它具有较强的数控功能，可以加工各种复杂轮廓表面的工件。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。主轴电机采用交流伺服驱动系统，可实现主轴的自动无级变速。它采用了自动液压拉松刀结构，使刀具交换方便快捷。这一部分主要是主轴头的设计，主轴头可沿X、Y、Z三个方向移动，并可绕A（B）、C轴作旋转运动，具有很大的灵活性，且加工性能好。安装专用刀杆及附件，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。主轴电机为28KW，采用高速钢或硬质合金刀具可进行高速度的强力切削，主轴头与滑枕作成分离式，便于用户安装拆卸。主传动采用变六变频的无级调速，便于用户选用适合的切削转速和参数。

这次设计的数据参数来源于桂林机床厂，主要参数见下：主轴锥孔40 GB3838.1-83

主轴转速级数无级

主轴转速范围0~10000rpm

主轴转数级数无级

主电机功率28KW

加工中心其它部分参数如下

工作台面积1600×4000 mm

工作台T型槽槽数9

槽宽22 mm

槽距160 mm

工作台行程纵向X 4000 mm

滑枕行程横向Y 2500 mm

垂向Z 1000 mm

滑枕进给量范围纵向X 4000 mm

横向Y 4000 mm

垂向Z 4000 mm

A及C轴摆角 A 轴±100°

C 轴±180°

A及C轴转速0~5rpm

进给电机扭矩纵向X 39 Nm

横向Y 26 Nm

垂向Z 26 Nm

机床体积（长×宽×高）9400×4300×3900 mm

机床净重 38000 Kg

1.2 国内外相关技术现状：

五轴联动数控加工中心是功能强，结构复杂，技术含量高的机床，它广泛应用于航天、航海、汽车等领域，在现代工业中有非常重要的应用价值。

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。而国外一些发达国家中，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。使铣床达到五轴联动，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、高刚度和高精度的要求。而发达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较大的项目。

在我国现在比较先进的相关机床主要有：

沈阳机床集团的HS-60卧式加工中心。主轴最高转速达18 0O0r／min，快移速度高达60m／min，加速度达1g。

北京机床研究所的KT1300VB型立式加工中心，主轴最高转速达12000r／min,换刀时间为1.5s，快移速度为40m／min。

北京机电研究院的VMC750 II/VMC1000 II立式加工中心。它具有以下特点：

1）先进的设计，用CAD/CAM系统完成最优的结构设计。

2）高刚性结构，基础大件为铸件，主要零部件经有限元分析，确保高刚性。

3）主轴轴承采用进口的油气润滑装置进行油气润滑。

4）采用凸轮机械手换刀，换刀时间仅2s。

5）刀库容量24把。

6）采用A2100或FANUC数控系统，也可按用户需求选装。

北京机电研究院的VMC750F/VMC750F II五轴联动立式加工中心。它具有以下特点：

1）这种五轴联动立式加工中心是在立式加工中心上配置可倾回转工作台，可对各种空间立体型面进行五轴联动加工，

特别适用于加工叶轮类零件，用于机械制造、航空航天、

汽车、摩托车、模具等高技术行业。

2）加工范围大，工件安装空间可达Ø420xØ370x300。转台台面在倾斜轴下40mm，工件安装偏离摆动中心距离小，加工

误差小，加工时Y轴附加行程减小。

3）具有10个通道，50个伺服轴，8轴联动。

此外，北京第一机床,桂林机床厂、北京第三机床厂等的数控高速铣床，主轴转速均达10 000r／min以上。常州机床总厂的五轴联动的数控龙门式加工中心采用电主轴最高转速10O00r ／min，功率18kW／15k。汉江机床厂和华中数控公司的5轴联动的卧式加工中心。北京机床研究所的世界先进水平的高精度高速数控车削中心，主轴回转精度小于0.2μm，主轴最高转速8 0O0r ／min。

本课题利用以设计为中心的虚拟制造技术开发研制五轴联动数控加工中心。虚拟制造技术是刚提出的面向21世纪的先进制造技术，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、性能及可加工性等各方面可能存在的问题，在虚拟环境下实现产品制造的全过程，包括产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，并进行过程管理与控制。既在产品设计或制造系统的物理实现之前，就能使人体会或感受到未来产品的性能或者制造系统的状态，从而可以做出前瞻性的决策与优化实施方案。