五軸雕刻機(jī)機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)計②—結(jié)構(gòu)設(shè)計-開題報告

XX 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計( 論文)開題報告學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號：專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化設(shè)計(論文) 題目： 五軸雕刻機(jī)機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計指 導(dǎo) 教 師: 20X 年 2 月 28 日畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000 字左右的文獻(xiàn)綜述文 獻(xiàn) 綜 述一、五軸雕刻機(jī)的簡介隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展, 普通的三軸雕刻機(jī)床已滿足不了人們對加工零件的更高要求。在 20 世紀(jì) 60 年代, 一些發(fā)達(dá)國家開始研制五軸數(shù)控機(jī)床。五軸雕刻機(jī)集計算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動和精密加工于一體, 可高效、準(zhǔn)確完成復(fù)雜曲面的加工, 特別是在曲軸等方面具有獨特的優(yōu)勢。由于五軸技術(shù)難度較大, 國際上通常把五軸聯(lián)動數(shù)控技術(shù)作為衡量一個國家生產(chǎn)設(shè)備自動化水平的重要標(biāo)志。長期以來, 西方發(fā)達(dá)國家一直把五軸聯(lián)動作為重要的戰(zhàn)略物資控制出口, 發(fā)展中國家在研發(fā)和引進(jìn)兩方面都碰到了很大的困難，為打破國外的技術(shù)封鎖, 需要我們自主創(chuàng)新 ! 二、工作原理五軸加工是指在一臺機(jī)床上至少有五個坐標(biāo)軸，三個直線坐標(biāo)和兩個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，而且可以在計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的控制下同時協(xié)調(diào)運動進(jìn)行加工。五軸聯(lián)動數(shù)控技術(shù)，是數(shù)控技術(shù)難度最大、適用范圍最廣的技術(shù)，其集計算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動和精密技術(shù)于一體，主要應(yīng)用于加工品質(zhì)要求很高的自由曲面的高效、精密、自動加工，是目前解決葉輪、葉片、螺旋槳等復(fù)雜曲面加工的重要手段。這樣五軸聯(lián)動數(shù)控加工與一般的三軸聯(lián)動數(shù)控加工相比，主要有 1)提高加工質(zhì)量和效率，2)擴(kuò)大工藝范圍，可以用于復(fù)雜曲面和斜空斜面的加工；同時，五軸加工也存在很多難點，需要在開發(fā)的過程中重點考慮的問題。三、機(jī)床設(shè)計1、五軸聯(lián)動現(xiàn)狀及其分析大多數(shù)高級的數(shù)控銑床的數(shù)控裝置都可控六根基本軸,即 X, Y, Z 三根運動軸和繞X, Y, Z 三根運動軸旋轉(zhuǎn)的 A、B、C 三根回轉(zhuǎn)軸。五軸聯(lián)動指的是在六根基本軸中, 機(jī)畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告床數(shù)控裝置能控制其中五根軸同時達(dá)到空間某一點, 通俗的講就是指其中五根軸能同時對某一點進(jìn)行運動加工。根據(jù)機(jī)床實際情況, 五軸聯(lián)動通常是在 X、Y、Z 三根運動軸基礎(chǔ)上增加由 A、B、C 三個回轉(zhuǎn)軸中任意兩個回轉(zhuǎn)軸所組合的運動, 2 個回轉(zhuǎn)軸可以都配置在刀具切削頭部位( 通常稱擺動軸)或工件安裝部位(通常稱旋轉(zhuǎn)工作臺), 也可在這兩個部位上分別配置 1 個回轉(zhuǎn)軸。根據(jù)這些配置方式可以組合出的有效布局方案共有:雙旋轉(zhuǎn)工作臺的高速五軸機(jī)床, 它應(yīng)用比較多的是銑鏜類機(jī)床。這種機(jī)床也有多個類型和品種, 較簡單的是在數(shù)控鏜銑床的工作臺上附加 A /B 軸轉(zhuǎn)臺, 配上相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng), 實現(xiàn) X、Y、Z 三個直線運動和 A /B 軸兩個旋轉(zhuǎn)運動并可聯(lián)動。這種配置由于接合層次多, 剛性差些, 因此有專門將 A /B 轉(zhuǎn)軸的支座與工作臺或床身做成一體的。由于受安裝工件的轉(zhuǎn)臺的尺寸和重量的制約, 這種機(jī)床僅適用于加工中小這種機(jī)床僅適用于加工中小型工件。在刀具切削頭部位和工件安裝部位, 都配置 1 個回轉(zhuǎn)軸。這種五軸聯(lián)動機(jī)床由于轉(zhuǎn)臺可以是 A 軸、B 軸或 C 軸,擺頭也是一樣, 可以分別是 A 軸、B 軸或 C 軸, 所以轉(zhuǎn)臺加上擺頭式結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動機(jī)床可以有各種不同的組合, 以適應(yīng)不同的加工對象, 如加工汽輪發(fā)電機(jī)的葉片, 需要 A 軸加上 B 軸, 其中 A 軸需要用尾座頂尖配合頂住工件, 如果工件較長同時直徑又細(xì), 則需要兩頭夾住并且拉伸工件來進(jìn)行加工, 當(dāng)然這里一個必要條件是兩個轉(zhuǎn)臺必須嚴(yán)格同步旋轉(zhuǎn)。這種型式配置的機(jī)床把旋轉(zhuǎn)軸分別放置于切削頭部位和工作臺安裝部位, 與使用雙旋轉(zhuǎn)工作臺的機(jī)床相比較, 優(yōu)點是剛性高, 工作臺的承載能力強(qiáng)。雙旋轉(zhuǎn)工作臺為一個串聯(lián)機(jī)構(gòu), 而且空間上受到限制, 無法設(shè)計得足夠健壯, 導(dǎo)致整體剛性不足, 若將旋轉(zhuǎn)軸分開在主軸頭和工作臺兩個部位,那么結(jié)構(gòu)剛性的問題便得到很好的解決, 工作臺的工作臺面積與承載能力也遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的雙旋轉(zhuǎn)工作臺。雙擺頭式結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動機(jī)床, 由于結(jié)構(gòu)本身的原因: 擺頭中間一般有一個帶有松拉刀結(jié)構(gòu)的電主軸, 所以雙擺頭自身的尺寸不容易做小, 一般在 400 500 mm 左右, 加上雙擺頭活動范圍的需要, 所以雙擺頭結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動機(jī)床的加工范圍不宜太小, 而是越大越好, 一般為龍門式或動梁龍門式, 龍門的寬度在 2000 3000 mm 以上為好。畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告2、機(jī)床的選擇常見五軸機(jī)床的形式有雙擺回轉(zhuǎn)臺、雙擺頭和轉(zhuǎn)臺加擺主軸共 3 大類在保證整個系統(tǒng)機(jī)械剛性以及經(jīng)濟(jì)性的前提下，本設(shè)計采用龍門式結(jié)構(gòu)，運動方式采用龍門架移動、工作臺固定的運動方式。該布局，龍門及其上的 X，Z 軸機(jī)構(gòu)都要運動， 因此運動慣性較大， 要求 Y 軸步進(jìn)電機(jī)的功率要大， 但是工作臺穩(wěn)定，可以裝夾質(zhì)量較大的金屬工件。如圖 1 所示， 由主軸組件在龍門架上進(jìn)行左右移動(X 向)， 實現(xiàn)雕刻寬度；由龍門架與 Y 軸滑塊固定，在工作臺上進(jìn)行前后移動（Y 向） ，實現(xiàn)雕刻長度；由主軸組件在龍門架上進(jìn)行上下移動（Z 向） ，實現(xiàn)雕刻深度。機(jī)床結(jié)構(gòu)主要是 XYZ 運動平臺+AC 旋轉(zhuǎn)平臺的組合。此結(jié)構(gòu)下，五軸加工時由于 A 及 C 旋轉(zhuǎn)加工平臺較小，不能進(jìn)行較大行程的五軸加工，但 A 及 C 旋轉(zhuǎn)加工平臺，可以很容易移開，即可進(jìn)行較大行程的 XYZ 三軸加工，這也是機(jī)床開發(fā)功能性及經(jīng)濟(jì)性的一種表現(xiàn)。此時機(jī)床在設(shè)計上 XY 方向會有較大行程。主軸部分采用直流電機(jī)鏈接鉆夾頭， 夾持刀具直接進(jìn)行切削。在系統(tǒng)各個方向的傳動件上我們均采用滾珠絲杠配合圓柱導(dǎo)軌的方式，保證了系統(tǒng)的精度。3、控制系統(tǒng)設(shè)計數(shù)控機(jī)床由數(shù)控加工系統(tǒng)控制，數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)字控制系統(tǒng)的簡稱，英文名稱為（Numerical Control system） ，簡稱 NCS，而目前控制方式，多是電腦進(jìn)行控制，又簡稱 CNC（ComputerNumerical Control） 。其功能是根據(jù)計算機(jī)存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動裝置的專用計算機(jī)系統(tǒng)。通過利用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令，來實現(xiàn)一臺或多臺機(jī)械設(shè)備動作控制，其所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和開關(guān)量。CNC 系統(tǒng)的核心是 CNC 裝置。由于使用了計算機(jī)，系統(tǒng)具有了軟件功能，又用 PLC 代替了傳統(tǒng)的機(jī)床電器邏輯控制裝置，使系統(tǒng)更小巧，其靈活性、通用性、可靠性更好，易于實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)控功能，使用、維護(hù)也方便，并具有與上位機(jī)連接及進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的功能。四、綜述機(jī)床設(shè)計過程中, 軸的聯(lián)動設(shè)計是其核心的部分, 不僅對控制部分有較高的要求, 機(jī)畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告械部分也是非常重要的, 它不僅決定了其功能, 更決定了其精度和加工范圍。此論文對五軸聯(lián)動機(jī)械部分進(jìn)行了詳細(xì)的比較與設(shè)計, 既符合經(jīng)濟(jì)效益也同時滿足精度要求, 是一種比較適合于我國現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床發(fā)展的水平的設(shè)計思路。為數(shù)控機(jī)床軸的設(shè)計提供有普遍意義的設(shè)計方案, 為同樣進(jìn)行五軸聯(lián)動設(shè)計的同行提供參考。隨著械加工技術(shù)的不斷推進(jìn), 以這種機(jī)械傳動鏈結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動銑頭會逐漸被以“ 零傳動”方面的五軸聯(lián)動銑頭取代, 但個人相信, 在今后幾十年中, 機(jī)械傳動鏈結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床, 在數(shù)控加工領(lǐng)域仍扮演著重要的角色, 推動我國制造加工業(yè)的發(fā)展。畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告參考文獻(xiàn)： 1范宏才, 盛伯浩 . 多軸聯(lián)動機(jī)床 A /C 轉(zhuǎn)軸鏜銑頭結(jié)構(gòu) J. 制造技術(shù)與機(jī)床, 2007, ( 2): 100- 103. 2杜玉湘. 五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用 J. 機(jī)械制造與研究, 2008, ( 6). 3黃炳譽(yù), 王成勇 , 秦哲. 模具高速五軸加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點及關(guān)鍵技術(shù) J. 機(jī)械工程師 2008, ( 5) . 4張惠敏,五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院, 山東青島 266061) 5 何曉東. 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M asterCAM 數(shù)控編程實用教程M . 北京: 清華大學(xué)出版社, 2000. 12: 49- 200. 7 廖衛(wèi)獻(xiàn). 數(shù)控車床加工自動編程M . 北京: 國防工業(yè)出版社, 2002. 6: 166- 168 8 李文星，郭貴中 ,經(jīng)濟(jì)型五軸雕刻數(shù)控機(jī)床的設(shè)計與實現(xiàn) 1009-01 34(2011)'(下)-Ol 24-04 9徐志明，陳金城，馮正進(jìn)Windows 平臺上三軸聯(lián)動數(shù)控雕刻機(jī)的開發(fā)J制造技術(shù)與機(jī)床,2002(4) 10王青松，傅建中面向?qū)ο蟮挠嬎銠C(jī)數(shù)控雕刻控制軟件 J機(jī)電一體化，2000(6)11李榮泳，陳勇志，孫振忠，基于 Mach3 軟件的經(jīng)濟(jì)型五軸雕刻機(jī)開發(fā)，1672- 545（2011）01- 0076- 02畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告2本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）一、解決的問題本課題從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，根據(jù)機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計的基本原理、關(guān)鍵技術(shù)和研制原則，應(yīng)用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的組織和綜合，制定了研制的五軸雕刻機(jī)的機(jī)械部分總體設(shè)計方案，著重詳細(xì)地分析了雕刻機(jī)系統(tǒng)的總體布局和結(jié)構(gòu)方案、數(shù)控系統(tǒng)的運動方式，以及主運動和進(jìn)給運動系統(tǒng)選擇等。研究內(nèi)容包括機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)，包括主運動和進(jìn)給運動的設(shè)計計算；控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)，包括硬件選用、軟件結(jié)構(gòu)；以及插補(bǔ)算法的選擇、分析和實現(xiàn)過程，實現(xiàn)了該雕刻機(jī)系統(tǒng)的初步優(yōu)化。 該課題的目的在于提高獨立自主開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品的能力。二、研究手段（1）查閱有關(guān)五軸雕刻機(jī)的相應(yīng)文獻(xiàn)，了解五軸雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計所具備的只是和相關(guān)資料；（2）結(jié)合有關(guān)資料和實驗室中已有設(shè)備進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)計；（3）通過三維建模，測繪，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并校驗；（4）完成實物設(shè)計。畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告指導(dǎo)教師意見：1對“文獻(xiàn)綜述”的評語：所查閱文獻(xiàn)與畢業(yè)論文選題一致；所閱讀的文獻(xiàn)數(shù)量（包括中外文文獻(xiàn)資料）符合要求；所作綜述思路基本清淅，結(jié)構(gòu)合理，觀點明確；2對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：畢業(yè)論文選題符合所學(xué)專業(yè)方向和專業(yè)要求；研究內(nèi)容切合社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展實際；課題有一定的深度，需要該生認(rèn)真研究，通過方案設(shè)計論證，建模仿真等環(huán)節(jié)，最終可以完成實物制作。指導(dǎo)教師： （手寫簽名）年 月 日所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： （手寫簽名）年 月 日