時(shí)間：2023-03-21 17:10:44
序論：在您撰寫機(jī)床設(shè)計(jì)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
(1)調(diào)查對(duì)象
本論文的調(diào)查對(duì)象分為預(yù)備調(diào)查對(duì)象和正式調(diào)查對(duì)象。預(yù)備調(diào)查對(duì)象是對(duì)機(jī)床有所了解的研究生，共10人。正式調(diào)查對(duì)象是從事機(jī)床工作多年的設(shè)計(jì)師和工程師，分別有5人。其中，設(shè)計(jì)師來(lái)自設(shè)計(jì)公司，有豐富的機(jī)床造型設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)；工程師來(lái)自企業(yè)，參加過機(jī)床造型設(shè)計(jì)的合作項(xiàng)目。
(2)調(diào)研過程
本調(diào)研的路線如圖1所示，在文獻(xiàn)研究基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)調(diào)查框架。具體的調(diào)查分為三個(gè)階段：第一階段為預(yù)備訪談。它為正式訪談做準(zhǔn)備，對(duì)正式訪談中可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)問題，從而完善訪談提綱，使正式訪談能夠順利地進(jìn)行。第二階段為正式訪談。電話預(yù)約訪談人員，確定訪談時(shí)間（90-120分鐘）和地點(diǎn)，并將訪談提綱提前發(fā)給受訪者，使之提前做好準(zhǔn)備，提高訪談效率；訪談時(shí)全程錄音并做筆記。第三階段為參與機(jī)床造型設(shè)計(jì)方案討論會(huì)。其目的是通過參與設(shè)計(jì)師、工程師、管理者之間的直接交流，深入分析影響機(jī)床造型設(shè)計(jì)方案可行性的主要原因。
（3）訪談提綱
本調(diào)研的訪談提綱有兩種，分別是針對(duì)設(shè)計(jì)師和工程師擬定的，如表一、二為訪談提綱的主要問題。
（4）調(diào)研結(jié)果
在對(duì)設(shè)計(jì)師的訪談中，他們提到在設(shè)計(jì)機(jī)床造型方案時(shí)，一般不考慮機(jī)床的結(jié)構(gòu)，他們認(rèn)為成本足夠，結(jié)構(gòu)都能實(shí)現(xiàn)。但企業(yè)從經(jīng)濟(jì)性上考慮，會(huì)限制生產(chǎn)成本，從而改變機(jī)床的結(jié)構(gòu)或造型去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。最終樣機(jī)與設(shè)計(jì)方案不同點(diǎn)主要是結(jié)構(gòu)上不能完成的部分。在對(duì)工程師的訪談和參與設(shè)計(jì)方案討論會(huì)中，了解到他們與設(shè)計(jì)師在完成初步設(shè)計(jì)方案后進(jìn)行交流，對(duì)方案的可行性進(jìn)行探討。當(dāng)遇到難以完成的結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)師在討論會(huì)后對(duì)方案進(jìn)行修改。工程師認(rèn)為設(shè)計(jì)師的方案都很美觀、新穎，但結(jié)構(gòu)上難以實(shí)現(xiàn)，為了考慮成本，只能放棄。他們認(rèn)為最終樣機(jī)與最初方案差別不大，因?yàn)樗麄儠?huì)去用其他工藝替代不能完成的工藝，盡可能實(shí)現(xiàn)最初設(shè)計(jì)方案。
2調(diào)查結(jié)果分析
通過深度訪談和參與機(jī)床造型設(shè)計(jì)方案討論會(huì)，獲得機(jī)床造型設(shè)計(jì)方案可行性的原始資料。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，了解到影響可行性的主要因素是造型、結(jié)構(gòu)和成本。
(1)造型的美感因素
當(dāng)今時(shí)代，人們非常重視產(chǎn)品帶來(lái)的感覺體驗(yàn)。具有良好美學(xué)品質(zhì)的產(chǎn)品，在使用中可以讓用戶心情愉悅，在展覽會(huì)上可以給觀眾帶來(lái)美好的視覺感受，對(duì)提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和品牌知名度很有幫助。企業(yè)引進(jìn)工業(yè)設(shè)計(jì)的重要目的就是提高產(chǎn)品的美學(xué)品質(zhì)。因此，機(jī)床造型設(shè)計(jì)方案在美學(xué)品質(zhì)上不能滿足企業(yè)的要求，是一定不會(huì)被采納的。圖2是設(shè)計(jì)師為某機(jī)床企業(yè)設(shè)計(jì)的磨床造型方案。該方案給人的視覺感受是笨拙、缺少美感，且體現(xiàn)不出磨床的特點(diǎn)，在方案初步評(píng)審中遭到淘汰。因此，造型的美感是決定設(shè)計(jì)方案是否可行的首要因素。
(2)造型的結(jié)構(gòu)因素
機(jī)床的造型不能脫離結(jié)構(gòu)而存在。結(jié)構(gòu)是造型的基礎(chǔ)，造型是結(jié)構(gòu)的不同表現(xiàn)形式，不同的結(jié)構(gòu)布局會(huì)影響產(chǎn)品外觀的形式表現(xiàn)。造型的實(shí)現(xiàn)必須要以結(jié)構(gòu)作為支撐，合理的結(jié)構(gòu)能提高機(jī)床造型設(shè)計(jì)方案的可行性，所以設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)機(jī)床造型時(shí)必須考慮它在結(jié)構(gòu)、工藝、裝配上是如何實(shí)現(xiàn)的，不能效果圖美觀，而缺少可加工性，這樣的方案是不可行的。如圖3所示，該機(jī)床的造型設(shè)計(jì)方案底邊切角成菱形，這種造型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)，鈑金折彎或焊接工藝都達(dá)不到預(yù)期的效果。因此盡管該方案的美學(xué)品質(zhì)受到肯定，但最終還是被放棄。
(3)造型的成本因素
產(chǎn)品成本是衡量生產(chǎn)消耗的補(bǔ)償尺度，企業(yè)必須以產(chǎn)品銷售收入抵補(bǔ)生產(chǎn)中的各項(xiàng)支出，才能確定盈利，因此生產(chǎn)成本的控制是十分重要的。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)機(jī)床造型方案時(shí)不能盲目地追求時(shí)尚、高端，而要在生產(chǎn)成本限制內(nèi)，展開設(shè)計(jì)創(chuàng)意，提出可行的設(shè)計(jì)方案。圖4門把手的中間設(shè)計(jì)了一條藍(lán)色彩帶，給人以精致的感覺，加工工藝也是可行的，但提高了造價(jià)。在設(shè)計(jì)方案評(píng)審后，將把手更換成市場(chǎng)上價(jià)格較低的標(biāo)準(zhǔn)把手。
3提高設(shè)計(jì)方案可行性的策略
機(jī)床作為制造業(yè)中普遍采用通用設(shè)備，其性能標(biāo)志了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平。隨著電力電子和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，使機(jī)床柔性化、精密化、自動(dòng)化、智能化成為可能。盡管數(shù)控機(jī)床已經(jīng)部分具備自動(dòng)化和智能化的特征，使勞動(dòng)強(qiáng)度大為下降，但是其仍是按照加工程序進(jìn)行加工設(shè)備并不能完全取代人在零部件加工中的作用。人類社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展以及人類文化素質(zhì)的普遍提高，在機(jī)床設(shè)計(jì)領(lǐng)域不單著重提高機(jī)床的加工精度、機(jī)床壽命以及自動(dòng)化智能化等性能方面，同時(shí)給予機(jī)床造型設(shè)計(jì)足夠的重視。一個(gè)成功的機(jī)床造型設(shè)計(jì)能兼顧美學(xué)與工程學(xué)，在滿足功能需要的前提下協(xié)調(diào)人與環(huán)境的關(guān)系，在造型上能讓人們感受到一種覺有科技性先進(jìn)性的美感。造型設(shè)計(jì)中操作布、色彩、材料和工藝都應(yīng)滿足功能和便于實(shí)現(xiàn)，應(yīng)考慮到機(jī)床實(shí)際所處于的環(huán)境以及機(jī)床器件對(duì)風(fēng)路等的要求，盡可能給操作者提供一個(gè)舒適的環(huán)境，以提高操作者的工作效率。
二、現(xiàn)代機(jī)床造型設(shè)計(jì)與技術(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)系
機(jī)床設(shè)計(jì)、美術(shù)設(shè)計(jì)與機(jī)床造型設(shè)計(jì)三者性質(zhì)和著重點(diǎn)不同，但有著密切的關(guān)系。機(jī)床設(shè)計(jì)著重機(jī)床的性能，合理布置各部件位置，以滿足用戶對(duì)機(jī)床的性能要求為首要目的。美術(shù)設(shè)計(jì)著重于藝術(shù)性美感的體現(xiàn)，重要通過外形結(jié)構(gòu)、色彩和材料等來(lái)體現(xiàn)。而機(jī)床造型設(shè)計(jì)需要應(yīng)用藝術(shù)表現(xiàn)法則和美術(shù)設(shè)計(jì)技能，來(lái)為機(jī)床服務(wù)，將機(jī)床設(shè)計(jì)的部分與美術(shù)設(shè)計(jì)部分相結(jié)合，在保證機(jī)床性能的基礎(chǔ)上合理的解決產(chǎn)品造型的有關(guān)技術(shù)問題?，F(xiàn)代機(jī)床要求在機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就要對(duì)造型設(shè)計(jì)有一定的考慮，因此技術(shù)設(shè)計(jì)與造型設(shè)計(jì)時(shí)同步配合進(jìn)行的創(chuàng)造性工作，貫穿于機(jī)床設(shè)計(jì)制造的全過程。
三、現(xiàn)代機(jī)床造型設(shè)計(jì)的原則
經(jīng)過對(duì)國(guó)內(nèi)外機(jī)床造型的研究和分析，總結(jié)出一些造型設(shè)計(jì)的原則如下。
3.1全局設(shè)計(jì)機(jī)床是一個(gè)由若干個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)構(gòu)成的集合體，為使造型設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)最大化，在設(shè)計(jì)之初就要對(duì)機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)、界面要求、零部件材質(zhì)及布局、人機(jī)構(gòu)成等設(shè)計(jì)部分做到全面的了解。并與機(jī)床設(shè)計(jì)階段提出全局化的設(shè)計(jì)規(guī)劃。以保證機(jī)床經(jīng)過造型設(shè)計(jì)后具有獨(dú)特品格和特征。
3.2功能第一機(jī)床的根本功能是對(duì)零部件進(jìn)行加工，其最主要的性能指標(biāo)為加工精度。造型設(shè)計(jì)中重要采用藝術(shù)的形式體現(xiàn)機(jī)床的科技感并且結(jié)合使用環(huán)境調(diào)節(jié)操作者的精神和心理有一定的調(diào)節(jié)作用，因此不能以造型需求而對(duì)機(jī)床的性能造成影響。
3.3工業(yè)工程工業(yè)工程作為精益生產(chǎn)的重要組成部分，關(guān)系到產(chǎn)品批量生產(chǎn)時(shí)的品質(zhì)與成本。因此在造型設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到工業(yè)工程性，應(yīng)對(duì)部件進(jìn)行工藝性的審查，所涉及的部件應(yīng)具有易于加工和一致性的特點(diǎn)，同時(shí)要提高零部件的通用型和標(biāo)準(zhǔn)化程度。以適合批量生產(chǎn)的要求。
3.4以人為本機(jī)床造型設(shè)計(jì)不僅要對(duì)已操作性和思考習(xí)慣性還應(yīng)心理、生理、工效和安全健康方面有所考慮。所使用的材料應(yīng)具有環(huán)保性，機(jī)床視窗應(yīng)采用安全玻璃等不易碎材質(zhì)制成。
3.5精神功能人在零部件加工中起決定性作用，因此現(xiàn)代機(jī)床造型設(shè)計(jì)還需要特別重視產(chǎn)品對(duì)人的精神功能。研究顯示人的心理和生理會(huì)對(duì)色彩產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，通過認(rèn)識(shí)和掌握色彩規(guī)律，利用機(jī)床造型設(shè)計(jì)中色彩的微妙變化來(lái)調(diào)節(jié)操作者的心理和生理狀態(tài)有助于提供操作者的效率。
3.6簡(jiǎn)約原則現(xiàn)代機(jī)床造型設(shè)計(jì)要符合簡(jiǎn)約的原則，不應(yīng)使用過多的裝飾性部件以免產(chǎn)生不必要的成本。以實(shí)用、美觀、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到增加產(chǎn)品的附加值的目的。
3.7綠色環(huán)保造型設(shè)計(jì)所應(yīng)選用對(duì)環(huán)境友好，無(wú)毒無(wú)害的材料，兼顧節(jié)能降耗的要求。使得產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生命周期中，對(duì)環(huán)境的影響最小，資源效率最高。
四、結(jié)語(yǔ)
每天我們都生活在五彩繽紛的環(huán)境中，積累了很多視覺的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)都不是孤立在腦海中存在的，它還會(huì)與其他的經(jīng)驗(yàn)相互影響，如味覺經(jīng)驗(yàn)、觸覺經(jīng)驗(yàn)、生活經(jīng)歷等等。例如，橙色使人聯(lián)想到火焰，讓人感覺到溫暖;又可以聯(lián)想到金色的秋天，給我們帶來(lái)豐收的喜悅。綠色讓我們想起綠葉，給我們欣欣向榮的感覺。每一種顏色都有自己的特點(diǎn)，所以當(dāng)我們看到某種色彩時(shí)就會(huì)產(chǎn)生不同的情緒。正如美國(guó)視覺藝術(shù)心理學(xué)家卡洛琳•布魯墨所說:“色彩喚起各種情緒，表達(dá)感情，甚至影響我們正常的生理感受。”進(jìn)而言之，色彩能夠給人帶來(lái)不同的情緒，表達(dá)不同的情感，不同情緒對(duì)人的行為起到不同的作用。因此，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行機(jī)床的色彩設(shè)計(jì)時(shí)，可以以此為基本依據(jù)，通過合理的色彩設(shè)計(jì)令使用者產(chǎn)生良好的情感體驗(yàn)，從而提高工作效率。
2機(jī)床造型設(shè)計(jì)中色彩情感化要素分析
機(jī)床有很多分類，每種機(jī)床都有其不同的造型和功能。色彩設(shè)計(jì)也需從具體的產(chǎn)品出發(fā)考慮“人———機(jī)———環(huán)境”三者相結(jié)合。也就是說，設(shè)計(jì)機(jī)床產(chǎn)品的色彩時(shí)，要考慮其使用場(chǎng)所、使用對(duì)象及機(jī)床本身的因素。
2．1考慮人與機(jī)床產(chǎn)品使用的環(huán)境因素
機(jī)床的使用環(huán)境因素主要有:放置環(huán)境色彩狀況、使用環(huán)境衛(wèi)生狀況、照明狀況、噪音等等。一般來(lái)說，機(jī)床是置于廠房中的，白墻搭配淺綠色地板、淺藍(lán)色或淺灰色地板構(gòu)成了目前廠房?jī)?nèi)部空間的最基本色彩。可以說這是一個(gè)色調(diào)偏冷的色彩環(huán)境，人在這樣的色彩環(huán)境中比較容易安靜下來(lái)。但這樣的色彩設(shè)計(jì)，忽略了環(huán)境溫度問題。如果廠房環(huán)境溫度高，那么應(yīng)該選擇冷色調(diào)的藍(lán)色或者淺色系，使人在心理上覺得涼爽;相反如果環(huán)境溫度低，則選擇用暖色系，讓人使用的時(shí)候感覺到溫暖。同時(shí)，也要考慮廠房?jī)?nèi)的衛(wèi)生狀況。如果生產(chǎn)過程中，容易造成環(huán)境臟，那么應(yīng)該考慮用耐臟的深色系列;如果環(huán)境干凈，那么可以選用比較淺的顏色。
環(huán)境照明產(chǎn)生的效果也是需要考慮的問題。在廠房作業(yè)中會(huì)使用到自然光和人工光。使用人工光就要考慮其光線產(chǎn)生的視覺效果會(huì)不會(huì)影響人的心理。白熾燈偏黃的光線會(huì)給人產(chǎn)生溫暖的心理效果，而熒光燈的光線因?yàn)楸容^接近自然，給人帶來(lái)的心理差異較小。不同的色光會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生細(xì)微的變化，如白色的物體在白熾燈的光線下會(huì)顯得偏黃。因此設(shè)計(jì)機(jī)床的色彩時(shí)也需考慮到照明環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，這樣才能更好地發(fā)揮色彩的情感化功能。噪音，也是環(huán)境因素之一。但這個(gè)因素經(jīng)常被設(shè)計(jì)者所忽略。當(dāng)人長(zhǎng)期在一個(gè)充滿噪聲的環(huán)境，生理方面會(huì)導(dǎo)致頭暈、耳聾、記憶力減退、神經(jīng)衰落、易疲勞等等;心理方面會(huì)使人產(chǎn)生煩躁、易怒、激動(dòng)等消極的情緒，從而導(dǎo)致反應(yīng)遲鈍，工作效率低，甚至?xí)斐墒鹿?。除了在廠房?jī)?nèi)采用吸音，隔音等措施降低噪音外，在機(jī)床的色彩設(shè)計(jì)方面可以運(yùn)用使人安靜的藍(lán)色系列色彩，或者可以緩解人的緊張心理的綠色系列色彩。
2．2考慮人與機(jī)床產(chǎn)品的因素
機(jī)床有很多部分組成，不同的部分承載不同功能，其色彩設(shè)計(jì)要根據(jù)其形態(tài)和功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到形態(tài)、功能和情感的統(tǒng)一?？捎貌煌纳{(diào)對(duì)機(jī)床的不同功能進(jìn)行區(qū)分，如底座、立柱等可以采用明度低的深色，而主體色可以選擇用明度高的淺色系，使機(jī)床在整體視覺上具有穩(wěn)定感。目前的機(jī)床產(chǎn)品大都用深藍(lán)色或者深灰色作為底座的色彩，在情感上使人感到穩(wěn)定可靠，而且比較耐臟。機(jī)床的工作臺(tái)和操作界面是色彩設(shè)計(jì)中非常重要的部分，它關(guān)系到機(jī)床的美觀性，也直接影響著操作者的心理。工作臺(tái)是操作者長(zhǎng)時(shí)間觀看的，操作臺(tái)的色彩應(yīng)該選擇使人感覺到舒適的顏色，避免視覺疲勞。操作界面的不同功能部分應(yīng)用不同的顏色加以區(qū)分，以便在操作的過程中快速識(shí)別，避免操作錯(cuò)誤。一些特別的區(qū)域或按鍵必須按照統(tǒng)一的安全規(guī)則來(lái)進(jìn)行色彩設(shè)計(jì)，如紅色表示危險(xiǎn)，禁止;綠色表示安全;黃色表示警示，注意安全，不能隨意更改。總的來(lái)說，操作界面的色彩設(shè)計(jì)應(yīng)該在區(qū)分不同功能部分的同時(shí)，兼顧色彩統(tǒng)一，是操作者在視覺上不覺得混亂，保持心情愉快，提高工作效率。
2．3考慮操作者對(duì)色彩的喜好因素
以使用對(duì)象為中心進(jìn)行色彩設(shè)計(jì)。就使用對(duì)象人來(lái)說，由于其民族、生活的地域、職業(yè)、性別、所受的教育程度等因素的不同，對(duì)色彩的喜好也是不一樣的。即使同一個(gè)人在不同時(shí)期所喜歡的顏色也不一樣。但對(duì)于大型機(jī)械———機(jī)床來(lái)說，它并不能夠隨便改變顏色以隨時(shí)應(yīng)付不同的操作者的喜好狀況和心理狀況。建立共性美，是首先要面對(duì)的問題。因此進(jìn)行色彩設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師必須對(duì)該機(jī)床所銷售地區(qū)的操作者的整體情況進(jìn)行調(diào)查了解，分析使用人群對(duì)色彩的心理反應(yīng)，才能把握好色彩的情感設(shè)計(jì)。
3結(jié)語(yǔ)
五軸數(shù)控銑床方案設(shè)計(jì)
1總體方案設(shè)計(jì)
筆者所研究的五軸數(shù)控銑床,是一種針對(duì)模具加工的高速、高效率機(jī)床,并可以選配五軸功能,可使工件在一次裝夾下,完成五面的加工。為了實(shí)現(xiàn)高性能動(dòng)態(tài)特性,其基本結(jié)構(gòu)考慮為工作臺(tái)固定,橫梁-滑座-主軸箱移動(dòng)分別實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)進(jìn)給,具有三坐標(biāo)自動(dòng)定位和三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)機(jī)能。固定工作臺(tái)可以換成雙擺工作臺(tái),實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)。主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。
2具體方案設(shè)計(jì)
2.1第1種方案
第1種方案將該五軸數(shù)控銑床設(shè)計(jì)為龍門式,具體工作形式可以描述為:龍門架則沿床身作縱向(x方向)運(yùn)動(dòng),滑枕沿著龍門架作橫向(y方向)移動(dòng),主軸箱沿著滑枕作z方向的移動(dòng)。工件固定在平轉(zhuǎn)臺(tái)上,平轉(zhuǎn)臺(tái)固定在立轉(zhuǎn)臺(tái)上。平轉(zhuǎn)臺(tái)繞z軸作轉(zhuǎn)動(dòng),立轉(zhuǎn)臺(tái)又同時(shí)繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng),如圖2所示。
2.2第2種方案
該方案為立式五軸數(shù)控銑床,其底座固定,滑枕沿著底座作x方向移動(dòng),立柱在滑枕上作y方向移動(dòng),主軸箱沿著立柱作z方向移動(dòng),這樣就實(shí)現(xiàn)了三軸聯(lián)動(dòng)。工件固定在平轉(zhuǎn)臺(tái)上,平轉(zhuǎn)臺(tái)又固定在立轉(zhuǎn)臺(tái)上。平轉(zhuǎn)臺(tái)繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng),立轉(zhuǎn)臺(tái)又同時(shí)繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng),這樣就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)給該數(shù)控銑床輸入程序時(shí)就會(huì)實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)。五軸分別為3個(gè)平動(dòng)軸和2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸,如圖3所示。
該立式五軸與龍門式五軸的運(yùn)動(dòng)方案基本相同,不同的是布局上有區(qū)別。龍門式數(shù)控銑床的主軸箱沿著滑枕作z方向移動(dòng),而該立式五軸數(shù)控銑床的主軸箱則沿著立柱進(jìn)行z方向移動(dòng)。
2.3第3種方案
該方案也是立式五軸數(shù)控銑床,床身固定在地面上,滑枕在床身上沿著y軸方向移動(dòng),支座在床身上沿著z軸方向移動(dòng),同時(shí)工作臺(tái)在支座上沿著x軸方向移動(dòng),這樣就實(shí)現(xiàn)了三軸聯(lián)動(dòng)。平轉(zhuǎn)臺(tái)固定在工作臺(tái)上繞著z軸方向作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),刀具固定在立轉(zhuǎn)臺(tái)上,立轉(zhuǎn)臺(tái)在滑枕上繞著y軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),如圖4所示。
基于ADAMS運(yùn)動(dòng)仿真
1對(duì)3種設(shè)計(jì)方案的運(yùn)動(dòng)仿真
應(yīng)用SolidWorks三維繪圖軟件對(duì)每種設(shè)計(jì)方案中的數(shù)控銑床進(jìn)行建模,然后導(dǎo)入到ADAMS軟件中。在ADAMS軟件中把模型加入約束、驅(qū)動(dòng)并對(duì)運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行編程仿真,模擬出五軸數(shù)控機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,可以在虛擬的條件下看到機(jī)床的物理形態(tài)和動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)情況,達(dá)到可視化目的。
在設(shè)計(jì)該機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí),ADAMS軟件雖然可以實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng),但是五軸聯(lián)動(dòng)后的運(yùn)動(dòng)軌跡并不直觀,因此決定采用三軸聯(lián)動(dòng)。
第1種方案中先設(shè)置床身與橫梁處的Motion3、橫梁與滑枕處的Motion2、滑枕與滑板處的Motion4,然后設(shè)定仿真時(shí)間為9,共為500步,結(jié)果形成的軌跡為一螺旋線。圖5、圖6所示為第1種設(shè)計(jì)方案的三維模型和刀具軌跡。
第2種方案中先設(shè)置床身與滑枕處的Motion1、滑板1與滑枕處的Motion2、滑板1與滑板2處的Motion3,然后設(shè)定仿真時(shí)間為9,共為500步,結(jié)果形成的軌跡為一螺旋線。圖7、圖8所示為第2種方案的三維模型和刀具軌跡。第3種方案中先設(shè)置底座與滑枕處的Motion1、底座與滑板處的Motion3、支撐臺(tái)與滑板處的Motion4,然后設(shè)定仿真時(shí)間為9,共為500步。該方案與前兩個(gè)方案的不同之處在于不是由刀具直接形成螺旋線,而是工件在工作臺(tái)上作圓周運(yùn)動(dòng),刀具作直線運(yùn)動(dòng),由這兩種運(yùn)動(dòng)形成螺旋線。圖9、圖10所示為第3種方案的三維模型和合成軌跡。
2結(jié)果分析
2.1第1種方案
該布局形式為龍門架移動(dòng)式,其主軸可以在龍門架的橫向與垂直溜板上運(yùn)動(dòng),而龍門架則沿床身作縱向運(yùn)動(dòng)。如圖6所示方案1中的刀具運(yùn)行軌跡為螺旋線,該方案采用x,y軸的對(duì)稱布局形式,提高了機(jī)床的熱穩(wěn)定性及加工精度。這種布局適用于加工較重的工件,可以減小銑床的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量。該龍門銑床的優(yōu)點(diǎn)是:
1)占地面積小。工作臺(tái)移動(dòng)式龍門銑床,整機(jī)長(zhǎng)度必須兩倍于縱向行程長(zhǎng)度,而第1種方案設(shè)計(jì)的龍門銑床的整機(jī)長(zhǎng)度只需縱向行程加上龍門架側(cè)面寬度即可;
2)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。該移動(dòng)式龍門銑床采用的是固定工作臺(tái),一般與床身整體鑄出,龍門框架縱向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩等值不變,不會(huì)因工件的承載重量的改變而變化,從而保證了加工精度和機(jī)床的響應(yīng)性能。
2.2第2種方案
該機(jī)床為立式數(shù)控銑床,采用工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng),且主軸沿垂直溜板上、下運(yùn)動(dòng)。由滑枕和滑板實(shí)現(xiàn)x,y兩個(gè)坐標(biāo)的移動(dòng),主軸沿立柱上下實(shí)現(xiàn)z坐標(biāo)移動(dòng)。如圖8所示的方案2中的刀具運(yùn)行軌跡,主要優(yōu)點(diǎn)在于z軸導(dǎo)軌的承重是固定不變的,有利于提高z軸的定位精度和精度的穩(wěn)定性;但是由于本銑床的z軸承載較重,不利于提高z軸的快速性。
2.3第3種方案
該機(jī)床為立式數(shù)控銑床,工作臺(tái)沿z坐標(biāo)上、下移動(dòng),主軸頭為轉(zhuǎn)動(dòng)式。圖10所示為方案3的合成軌跡,該方案由工作臺(tái)和滑枕實(shí)現(xiàn)了x,y坐標(biāo)的移動(dòng)。其主要優(yōu)點(diǎn)是適用于加工質(zhì)量較小的工件,缺點(diǎn)是機(jī)床的結(jié)構(gòu)不太穩(wěn)定,導(dǎo)致加工精度受到影響。
綜上所述,根據(jù)表2給出的技術(shù)要求可知,龍門式五軸數(shù)控銑床工作行程要求較大,承重要求較高,因此第3種方案不符合設(shè)計(jì)要求。從機(jī)床布局的結(jié)構(gòu)來(lái)看,龍門式的布局更為合理,而第2種方案設(shè)計(jì)的立式五軸數(shù)控銑床的熱穩(wěn)定性及剛性都不如第1種方案設(shè)計(jì)的龍門式五軸數(shù)控銑床。
結(jié)論
1)將可視優(yōu)化設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)相結(jié)合,提出了數(shù)控機(jī)床概念設(shè)計(jì)流程,并應(yīng)用于某五軸數(shù)控銑床的方案設(shè)計(jì)。
制造業(yè)作為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，它是我國(guó)比較優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，是勞動(dòng)密集及智力密集型產(chǎn)業(yè)。而制造業(yè)的主體和基礎(chǔ)是機(jī)床行業(yè)；2002年中國(guó)機(jī)床一躍成為世界最大的消費(fèi)國(guó)和全球最大的機(jī)床進(jìn)口國(guó)。同時(shí)加入WTO以后，全球經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的一體化，這對(duì)我國(guó)制造業(yè)的要求不斷提高，各種技術(shù)壁壘已經(jīng)阻礙了我國(guó)機(jī)床行業(yè)走向國(guó)際化。如何刷新今天的被動(dòng)局面，積極的應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)、抓住機(jī)遇、贏得發(fā)展的契機(jī)，成為機(jī)床行業(yè)普遍面臨的問題。在國(guó)外，機(jī)床改造已有較長(zhǎng)的歷史，在美國(guó)已有50多年的歷史。由于各國(guó)的政治、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)的差異，機(jī)床的種類、性能、結(jié)構(gòu)的繁雜多樣，使機(jī)床的改造內(nèi)涵更加豐富多彩，出現(xiàn)了機(jī)床的翻修、改進(jìn)、改裝、改造、再生、再造。機(jī)床改造在汽車、機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)、航空等行業(yè)廣泛應(yīng)用，并批量投入生產(chǎn)。
一般認(rèn)為：機(jī)床改造就是：利用最新的控制裝置和進(jìn)給系統(tǒng)使舊機(jī)床獲得新生再造是一種較高的設(shè)備改造形式，國(guó)外稱這種工程技術(shù)是把老設(shè)備“重新回到圖板，以進(jìn)行再設(shè)計(jì)，再制造，再鑒定的工作過程。通過全面改造設(shè)備主體結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，引入最新技術(shù)，使機(jī)床達(dá)到現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的新機(jī)床的水平，以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)率、精度、環(huán)靜和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。鑒于機(jī)床改造工藝技術(shù)水平要求較高。一般工廠用戶自行改造。往往難于達(dá)到技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益。
現(xiàn)代制造業(yè)的優(yōu)化，除了信息化以外，還包括加工順序的工藝優(yōu)化、加工參數(shù)、切削刀具、熱處理金屬成型的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造，從而實(shí)現(xiàn)降低成本、高效益的運(yùn)作，達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)、高規(guī)范的要求。
設(shè)計(jì)課題涉及到課題的分析、資料的查詢、資料摘錄，整理收集的資料。然后深入鹽城市機(jī)床廠生產(chǎn)一線向使用者、設(shè)計(jì)者學(xué)習(xí)，從而了解所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的成本、生產(chǎn)效率、特殊用途、設(shè)計(jì)理念、以及產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。具體的了解機(jī)床的外形、主軸箱的大致結(jié)構(gòu)，并記錄了如何有所改進(jìn)，最后確定設(shè)計(jì)的方案。以及箱體的結(jié)構(gòu)圖，并進(jìn)行相關(guān)零件的選型計(jì)算。此種機(jī)床的構(gòu)造設(shè)計(jì)要求我們具備相當(dāng)強(qiáng)的實(shí)踐知識(shí)和經(jīng)濟(jì)意識(shí)因此考慮到：動(dòng)力裝置、電機(jī)的選用，優(yōu)化的配置企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)有各種資源，真正做到資源最小化，提高產(chǎn)品精度，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益最大化的要求，更好的服務(wù)于生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)。
本課題就是從培養(yǎng)我們的工程實(shí)踐意識(shí)、經(jīng)濟(jì)意識(shí)，樹立正確的生產(chǎn)觀出發(fā)，并結(jié)合機(jī)床廠的多年實(shí)踐總結(jié)，該課題的設(shè)計(jì)由本本人單獨(dú)完成，設(shè)計(jì)任務(wù)由指導(dǎo)老師作了明確指配：由于我負(fù)責(zé)該立式組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)和組合鉆床主軸箱設(shè)計(jì)，故本人的設(shè)計(jì)說明書包括立式組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)和組合鉆床主軸箱設(shè)計(jì)，附件有生產(chǎn)率計(jì)算卡、圖的詳細(xì)說明。
1立式組合鉆床總體設(shè)計(jì)概述
1.1零件加工工序圖
加工工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺(tái)機(jī)床上或一條自動(dòng)生產(chǎn)線上完成的工藝內(nèi)容。包括加工部件的尺寸精度、技術(shù)要求、加工時(shí)的定位基準(zhǔn)、夾緊部位以及被加工零件的材料、硬度和在機(jī)床上加工前毛坯的情況。
本工序的加工內(nèi)容是鉆口面Φ14孔，要求在立式鉆床上加工，以底面兩銷孔（上箱體為頂面）為定位基準(zhǔn)，夾緊點(diǎn)位于第三軸孔和對(duì)側(cè)的第二、四軸孔上。
在一個(gè)箱體上,因?yàn)橛袃蓚€(gè)孔是不對(duì)稱的,為了提高生產(chǎn)效率,縮短輔助時(shí)間,減少設(shè)備,用一臺(tái)組合機(jī)床來(lái)加工上、下箱體。在主軸箱上把所有軸孔都排成對(duì)稱的,在加工時(shí),把不應(yīng)有的鉆頭取下就可以加工上下箱體,則該立式組合機(jī)床有16根主軸。
該加工孔的直徑為Φ18mm,表面粗糙度,孔深分別為110mm、50mm、25mm。定位時(shí)以底面和兩銷孔為定位基準(zhǔn)是合理的,這樣定位精度高,易于保證各軸孔間的位置精度,故這種在立式組合鉆床上采用“一面兩銷”的定位方法加工精度是較高的。
1.2零件加工示意圖
加工示意圖反映了機(jī)床的加工過程和加工方法,并決定了浮動(dòng)夾頭或接桿的尺寸、刀具的種類和數(shù)量,刀具的長(zhǎng)度和加工尺寸、主軸、刀具與工件間的關(guān)系尺寸等。合理的選擇切削用量、并決定動(dòng)力頭的工作循環(huán)時(shí)間也是調(diào)整機(jī)床和刀具的依據(jù)。
1.2.1鉆頭的選擇
加工時(shí)選用麻花鉆由《量具、刀具標(biāo)準(zhǔn)》P290-JB781-65查得:
①鉆110mm深的孔,用錐柄長(zhǎng)麻花鉆
d=18mm,柄部形式:BL=320mmL0=215mm
錐柄尺寸莫氏圓錐2號(hào),L2=90.5mmd1=17.2mm
②由P282-JB780-65查得
鉆50mm深的孔和25深的孔,用錐柄麻花鉆
d=18mm柄部形式BL=320mmL0=215mm
錐柄尺寸莫氏圓錐2號(hào),L2=90.5mmd1=17.2mm
1.2.2導(dǎo)向選擇:
①由［I］P223表3-4和3-3及［Ⅱ］P63選擇選擇導(dǎo)向長(zhǎng)度L1=45mm的固定式導(dǎo)套。
②導(dǎo)套配合的選擇查［I］表3-5可知:
d用Db新標(biāo)準(zhǔn)為G7
D用D/db,新標(biāo)準(zhǔn)為H7/g6
D1用D/ga,新標(biāo)準(zhǔn)為H7/n6
（導(dǎo)套）
1.2.3主軸的選擇
切削扭矩為1424.86Kg.mm
由［I］表5-10查得
d=B=7.5=25.22mm
按標(biāo)準(zhǔn)系列取主軸軸徑為30mm
由［I］表可查得
主軸外伸長(zhǎng)度L=115-15=100mm
D/d1=50/36
按桿莫氏圓錐號(hào)2號(hào)
（主軸）
1.2.4接桿的選擇
選用B型(A型為加強(qiáng)型接桿)11號(hào)接桿
（連接桿）
1.3動(dòng)力部件的選擇
1.3.1動(dòng)力部件的功率選擇
動(dòng)力部件的功率選擇是根據(jù)所選的切削用量計(jì)算出切削功率及進(jìn)給功率之需要,并考慮提高切削用量的可能性(一般提高20％)選擇相應(yīng)的動(dòng)力部件。
切削用量為
V=13米/分n=230轉(zhuǎn)/分f=0.16毫米/轉(zhuǎn)
刀具耐用度驗(yàn)算
T=(
=181971.027分=3032.85小時(shí)
一天按工作15小時(shí)計(jì)算,刀具耐用度為202.19天,則切削用量選擇合理。
切削功率由計(jì)算得:N=14×0.3733=5.227(KW)
取η=0.8則
N動(dòng)>=6.53(KW)
6.53+(6.53×30%)=8.49(KW)
故選用10KW的電動(dòng)機(jī)。
1.3.2主軸箱最大輪廓尺寸的選擇
根據(jù)工件外輪廓尺寸和結(jié)構(gòu)需要,選用1000×630×340mm的標(biāo)準(zhǔn)主軸箱,由于結(jié)構(gòu)的需要在1000方向上再加四個(gè)導(dǎo)桿座,導(dǎo)桿座內(nèi)徑為Φ100mm,這樣用來(lái)支承導(dǎo)桿的外形尺寸成為1200mm,外廓尺寸就成為1200×630×340mm。
D=36mmD1=30mmB型D2=50mmL1=110mmL2=30mm
莫氏錐度號(hào)為2號(hào),L1選擇由具體情況而定
1.3.3主軸箱鉆模板工件等相互之間位置及尺寸
導(dǎo)向長(zhǎng)為45mm,鉆模板厚為35mm,加工終了位置時(shí)鉆模板與工件相距10mm,切出長(zhǎng)度為12mm,導(dǎo)向套與主軸箱間間距為30mm,采用活動(dòng)方式鉆模板。（如下圖）
1.3.4動(dòng)力循環(huán)的選擇
動(dòng)力頭的工作循環(huán)包括:快進(jìn)、行進(jìn)、工作進(jìn)給和快退等動(dòng)作。
本機(jī)床采用“工進(jìn)—快退”的循環(huán),這是由機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖確定后又重新修改的結(jié)果。
1.4機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
1.4.1機(jī)床裝料高度的確定
考慮到通用部件尺寸的限制和操作方便,裝料高度可在850～1060mm之間選取,具體到本設(shè)計(jì)中取裝料高度1000mm。
1.4.2夾具輪廓尺寸的確定
裝卸工件是在機(jī)床外面完成的,夾具在裝卸工件時(shí)可拉進(jìn)拉出。由于結(jié)構(gòu)限制,夾具與滑臺(tái)做成一個(gè)整體是特制滑臺(tái)。參考63滑臺(tái)制造而成,導(dǎo)軌部分局部尺寸不變,最大外輪廓尺寸為1200×950×500mm。
1.4.3中間底座尺寸的確定
中間底座支撐著夾具體,按需要取長(zhǎng)為1700mm.寬和高取坐標(biāo)準(zhǔn)值分別為1000mm和560mm。
1.4.4主軸箱各尺寸的確定
前面已經(jīng)確定了其外形輪廓尺寸,根據(jù)［I］確定后蓋為90mm,前蓋為70mm(考慮作油池用)主軸箱體為180mm。
1.4.5滑臺(tái)的選擇
滑臺(tái)的選用應(yīng)根據(jù)工件的外輪廓尺寸和進(jìn)給抗力,工作循環(huán)來(lái)確定。
進(jìn)給抗力:
ΕP=300.5×14=4207(Kg)
由一部組合機(jī)床通用機(jī)床部件設(shè)計(jì)組所編寫的指導(dǎo)教材直接查得用HY63B型滑臺(tái)。行程為630mm,最大進(jìn)給抗力為6300Kg,快進(jìn)行程速度為4.2米/分。
1.4.6動(dòng)力箱的選擇
由［Ⅱ］可查得,選用TD63AⅡ型動(dòng)力箱,電機(jī)型號(hào)為JO2-61-6。功率為10KW,驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為48.5rpm。
1.4.7其它配套部件的選擇
由一部組合機(jī)床設(shè)計(jì)小組所編指導(dǎo)資料查得與HY63BⅡ型滑臺(tái)配套的其它部件為:
立柱:型號(hào)CL63A
立柱底座:型號(hào)CD63
由以上資料即可作出機(jī)床總體設(shè)計(jì)的“三圖一卡”具體見圖紙和該說明書的附錄部分。
附件清單
序號(hào)內(nèi)容備注
1組合鉆床聯(lián)系尺寸圖B9912027-ZZC-80TA0一張（手工圖）
2組合鉆床主軸箱裝配圖B9912027-ZZCZZX-80TA0一張
3減速器箱體加工工序圖B9912027-JGGX-80TA1一張
4減速器箱體加工示意圖B9912027-JGSY-80TA1一張
5齒輪B9912027-ZZCZZX-80T-01A3一張
6齒輪套B9912027-ZZCZZX-80T-02A3一張
7導(dǎo)套B9912027-ZZCZZX-80T-03A3一張
8電機(jī)齒輪B9912027-ZZCZZX-80T-04A3一張
9蓋B9912027-ZZCZZX-80T-05A3一張
10鍵套B9912027-ZZCZZX-80T-06A3一張
11手柄軸B9912027-ZZCZZX-80T-07A3一張
12套筒B9912027-ZZCZZX-80T-08A3一張
13油杯B9912027-ZZCZZX-80T-09A3一張
14葉片油泵B9912027-ZZCZZX-80T-10A3一張
15傳動(dòng)軸B9912027-ZZCZZX-80T-11A3一張
16軸B9912027-ZZCZZX-80T-12A3一張
17軸承蓋B9912027-ZZCZZX-80T-13A3一張
18軸承透蓋B9912027-ZZCZZX-80T-14A3一張
19生產(chǎn)率計(jì)算卡一份
目錄
0引言1
1立式組合鉆床總體設(shè)計(jì)概述3
1.1零件加工工序圖3
1.2零件加工示意圖3
1.2.1鉆頭的選擇3
1.2.2導(dǎo)向選擇:4
1.2.3主軸的選擇4
1.2.4接桿的選擇5
1.3動(dòng)力部件的選擇5
1.3.1動(dòng)力部件的功率選擇5
1.3.2主軸箱最大輪廓尺寸的選擇6
1.3.3主軸箱鉆模板工件等相互之間位置及尺寸6
1.3.4動(dòng)力循環(huán)的選擇7
1.4機(jī)床聯(lián)系尺寸圖7
1.4.1機(jī)床裝料高度的確定7
1.4.2夾具輪廓尺寸的確定7
1.4.3中間底座尺寸的確定7
1.4.4主軸箱各尺寸的確定7
1.4.5滑臺(tái)的選擇7
1.4.6動(dòng)力箱的選擇8
1.4.7其它配套部件的選擇8
2組合鉆床主軸箱的設(shè)計(jì)8
2.1繪制主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖8
2.2主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇及動(dòng)力計(jì)算11
2.2.1主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇11
2.2.2主軸直徑和齒輪模數(shù)的初步確定12
2.2.3主軸箱動(dòng)力計(jì)算12
2.3傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算14
2.3.2主軸箱的和手柄設(shè)置17
2.3.3傳動(dòng)軸直徑的確定:17
2.4主軸箱坐標(biāo)系計(jì)算18
2.5主軸箱上變位齒輪系數(shù)的計(jì)算24
2.6繪制坐標(biāo)檢查圖26
2.7主軸箱中軸的校核計(jì)算26
2.8齒輪強(qiáng)度的校核計(jì)算28
2.9其它31
2.9.1主軸箱中軸的支承軸承的類型選擇31
2.9.2軸上零件的固定與防松31
2.9.3主軸箱體及其附件的選擇設(shè)計(jì)32
2.9.4油的選擇、密封件的選擇32
2.9.5主軸箱的安裝定位33
結(jié)束語(yǔ)34
致謝35
此次設(shè)計(jì)包括機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，其中還包括齒輪模數(shù)計(jì)算及校核，主軸剛度的校核等。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床開放式數(shù)控系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)
Abstract：Thenumericalcontrollathecalledthenumericalcontrol(Numericalcontrol,iscalledNC)theenginebed.Itisbasedonthenumericalcontrol,hasusedthenumericalcontroltechnology,isloadedwiththeprocedurecontrolsystemtheenginebed.Itisbythemainengine,CNC,thedrive,thenumericalcontrolenginebedauxiliaryunit,theprogrammingmachineandothersomeappurtenancesiscomposed.
Thisdesignincludingthemainmovementofenginebeddesign,longitudinalentersforthedesign,alsoincludesthegearmoduluscomputationandtheexamination,themainaxlerigidityexaminationandsoon.
Keyword：numericalcontroltoolOpen-architecturemotor
當(dāng)前的世界已進(jìn)入信息時(shí)代，科技進(jìn)步日新月異。生產(chǎn)領(lǐng)域和高科技領(lǐng)域中的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步、更新?lián)Q代的步伐不斷加快?，F(xiàn)在單件小批量生產(chǎn)的零件已占到機(jī)械加工總量的80%以上，而且要求零件的質(zhì)量更高、精度更高，形狀也日趨復(fù)雜化，這是擺在機(jī)床工業(yè)面前的一個(gè)突出問題。為了解決復(fù)雜、精密、單件小批量以及形狀多變的零件加工問題，一種新型的機(jī)床——數(shù)字控制(Numericalcontrol)機(jī)床的產(chǎn)生也就是必然的了。
此次設(shè)計(jì)是數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，還包括齒輪模數(shù)計(jì)算及校核，主軸剛度的校核等。
數(shù)控車床是基于數(shù)字控制的，它與普通車床不同，因此數(shù)控車床機(jī)械結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有以下特點(diǎn)：
1．由于大多數(shù)數(shù)控車床采用了高性能的主軸，因此，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化。
2．為了適應(yīng)數(shù)控車床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控車床機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有較高的動(dòng)態(tài)剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。
3．更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾動(dòng)絲桿副等。CNC裝置是數(shù)控車床的核心，用于實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的變換，插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。
2.2總體方案的擬定
1．根據(jù)設(shè)計(jì)所給出的條件，主運(yùn)動(dòng)部分z=18級(jí)，即傳動(dòng)方案的選擇采用有級(jí)變速最高轉(zhuǎn)速是2000r/min，最低轉(zhuǎn)速是40r/min，。
2．縱向進(jìn)給是一套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。
3．為了保證進(jìn)給傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。
4．采用滾珠絲桿螺母副可以減少導(dǎo)軌間的摩擦阻力，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，且方法簡(jiǎn)單。
主運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
參數(shù)的確定
一.了解車床的基本情況和特點(diǎn)---車床的規(guī)格系列和類型
1.通用機(jī)床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對(duì)這些基本知識(shí)和資料作些簡(jiǎn)要介紹。本次設(shè)計(jì)中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細(xì)的解釋和說明了。
2.車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79，JB/Z143-79）：
最大的工件回轉(zhuǎn)直徑D（mm）是400；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑D1大于或等于200；主軸通孔直徑d要大于或等于36；主軸頭號(hào)（JB2521-79）是6；最大工件長(zhǎng)度L是750～2000；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：32～1600；級(jí)數(shù)范圍是：18；縱向進(jìn)給量mm/r0.03～2.5；主電機(jī)功率（kw）是5.5～10。
傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)方案確定后，要進(jìn)行方案的結(jié)構(gòu)化，確定個(gè)零件的實(shí)際尺寸和有關(guān)布置。為此，常對(duì)傳動(dòng)件的尺寸先進(jìn)行估算，如傳動(dòng)軸的直徑、齒輪模數(shù)、離合器、制動(dòng)器、帶輪的根數(shù)和型號(hào)等。在這些尺寸的基礎(chǔ)上，畫出草圖，得出初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行主要零件的驗(yàn)算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強(qiáng)度等，必要時(shí)作結(jié)構(gòu)和方案上的修改，重新驗(yàn)算，直到滿足要求。
對(duì)于本次設(shè)計(jì)，由于是畢業(yè)設(shè)計(jì)，所以先用手工畫出草圖，經(jīng)自己和指導(dǎo)老師的多次修改后，再用計(jì)算機(jī)繪出。
一.三角帶傳動(dòng)的計(jì)算
三角帶傳動(dòng)中，軸間距A可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)有打滑，亦可因而緩和沖擊及隔離震動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸，機(jī)床中多用于電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。
目錄
第一章引言1
第二章設(shè)計(jì)方案論證與擬定2
2.1總體方案的論證2
2.2總體方案的擬定2
2.3主傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案圖及傳動(dòng)原理2
第三章設(shè)計(jì)計(jì)算說明5
3.1主運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)5
3.1.1參數(shù)的確定5
3.1.2傳動(dòng)設(shè)計(jì)6
3.1.3轉(zhuǎn)速圖的擬定8
3.1.4帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定12
3.1.5傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)19
3.2縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)38
3.2.1滾珠絲桿副的選擇38
3.2.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用42
結(jié)論47
小結(jié)48
1927年，美國(guó)物理學(xué)家伍德(RWWOOD)和盧米斯(AELOOMIS)做了超聲加工試驗(yàn)，利用超聲振動(dòng)對(duì)玻璃板進(jìn)行雕刻和快速鉆孔。1951年，美國(guó)的科恩(KOLN)制成第一臺(tái)實(shí)用的超聲加工機(jī)。1964年，英國(guó)人LEGGE提出使用燒結(jié)或電鍍金剛石刀具的旋轉(zhuǎn)超聲加工的方法，克服了一般超聲加工深孔時(shí)加工速度低和精度差的缺點(diǎn)。在20世紀(jì)70年代中期，美國(guó)在超聲鉆中心孔、聲光整加工、磨削、拉管和焊接等方面，已處于生產(chǎn)應(yīng)用階段;超聲車削、鉆孔、鏜孔，已處于試驗(yàn)性生產(chǎn)設(shè)備原形階段;超聲振動(dòng)切削系統(tǒng)已供工業(yè)應(yīng)用，目前已形成部分標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)超聲加工的研究始于20世紀(jì)50年代末。20世紀(jì)60年代，中國(guó)成功研制了超聲振動(dòng)加工深小孔的機(jī)床。1973年，上海超聲波電子儀器廠研制了CNM-2型超聲研磨機(jī)。1984年，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所成功研制了超聲旋轉(zhuǎn)加工樣機(jī)，該樣機(jī)功率為400W，工作頻率為7～22kHz，加工精度為:圓柱度0.03mm，圓度小于0.005mm。清華大學(xué)已經(jīng)開發(fā)出了完全數(shù)控化的旋轉(zhuǎn)超聲加工機(jī)床，其數(shù)控系統(tǒng)由Z軸進(jìn)給控制、旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制、自動(dòng)頻率跟蹤控制等功能模塊組成。天津大學(xué)也在旋轉(zhuǎn)超聲加工方面做出了很多研究，對(duì)機(jī)床進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)研究。河南理工大學(xué)研究設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)超聲銑頭裝置，該裝置作為立式數(shù)控銑床的一種附件，可安裝在立式數(shù)控銑床上，方便裝卸。
2旋轉(zhuǎn)超聲機(jī)床的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
旋轉(zhuǎn)超聲機(jī)床整體包括旋轉(zhuǎn)超聲機(jī)床本體、多軸聯(lián)動(dòng)電控系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、切削液系統(tǒng)等。
2.1旋轉(zhuǎn)超聲機(jī)床
機(jī)床本體包括W、X、Y、Z四軸，工作臺(tái)支架，機(jī)床外罩和機(jī)床底座。W、X、Y、Z四軸，即旋轉(zhuǎn)軸加上水平兩軸和垂直運(yùn)動(dòng)一軸，其中旋轉(zhuǎn)軸采用步進(jìn)電機(jī)控制，其余三軸均采用交流伺服電機(jī)連接絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)的方式;X、Y、Z三軸均安裝有正、負(fù)、零限位，保證軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程安全及準(zhǔn)確回零，同時(shí)三軸均安裝了光柵尺，其精度為1000pulse/mm，保證工作臺(tái)的位置反饋和精確運(yùn)動(dòng)。其中Z軸為垂直運(yùn)動(dòng)軸，其工作臺(tái)上安裝有機(jī)床主軸系統(tǒng)，質(zhì)量約為50kg，故Z軸電機(jī)帶有抱閘功能，以保證Z軸滑臺(tái)在電機(jī)非使能狀態(tài)下不下滑。工作臺(tái)支架用20mm厚鋼板焊接，其頂端安裝高精度三角卡盤用于工件的夾持，總高度為600mm，以保證工件具有足夠高度與主軸刀具接觸。機(jī)床外罩固定于機(jī)床底座上，分為上下兩部分，上半部分包括背板、左右側(cè)板和前面板，其中左右側(cè)板分別裝有一扇可拉開的旋轉(zhuǎn)門，以供方便維修及查看機(jī)床;前面板裝有滑槽和兩扇可裝卸的推拉玻璃門，方便在機(jī)床加工時(shí)觀察，機(jī)床檢修時(shí)可卸下;四板相互連接及與機(jī)床連接處均涂有防水膠，防止切削液的泄漏。下半部分包括左、右、前三塊板，機(jī)床后方下半部分無(wú)遮擋，方便切削液回路的布設(shè)。機(jī)床底座承受整座機(jī)床的質(zhì)量，四角均有高度調(diào)節(jié)滑槽及固定螺釘，以保證機(jī)床在固定安裝后其臺(tái)面的水平度。
2.2電控系統(tǒng)
電控系統(tǒng)包括控制器，W、X、Y、Z四軸及主軸驅(qū)動(dòng)器，24V開關(guān)電源，光耦電路板，繼電器和保險(xiǎn)絲?？刂破饕訟CR9000為核心，采用全閉環(huán)回路，速度控制模式，ACR9000控制器型號(hào)為P3U8M0，即可以有USB口、串口、以太網(wǎng)口為通信接口，具有八軸聯(lián)動(dòng)功能、程序及配置掉電保持功能?？刂破髟谝M(jìn)X、Y、Z三軸光柵尺信號(hào)的同時(shí)，引進(jìn)了三軸電機(jī)的編碼器信號(hào)，方便查看電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)在其開關(guān)量輸入接口接入了三軸的正、負(fù)、零開關(guān)信號(hào)，以設(shè)置軟件限位和軟件零位。主軸電機(jī)配置為軸A，只有編碼器反饋信號(hào)，采用位置控制模式。X、Y、Z三軸限位信號(hào)與控制器接口均采用光耦隔離的方式連接，Z軸抱閘打開動(dòng)作從ACR9000控制器發(fā)出的Z軸使能信號(hào)接出，采用光耦隔離后，接入繼電器給Z軸電機(jī)抱閘電路供電，以保證使用安全。
2.3超聲振動(dòng)系統(tǒng)
超聲振動(dòng)系統(tǒng)由超聲波發(fā)生器、變頻電源、超聲頭、滑環(huán)及電刷組成，其中超聲頭與滑環(huán)及電刷安裝在機(jī)床的主軸系統(tǒng)內(nèi)，超聲波發(fā)生器和變頻電源外置。筒連接，電刷安裝在主軸系統(tǒng)的底板上，其碳刷與滑環(huán)切向接觸，為超聲頭中的陶瓷換能器供電。其中超聲主軸在旋轉(zhuǎn)超聲加工中是核心部件，其性能直接影響到加工質(zhì)量、加工效率和主軸的壽命。因此超聲主軸變幅桿的設(shè)計(jì)需要從實(shí)際條件和實(shí)際需求出發(fā)，利用解析法確定變幅桿的大致尺寸及裝配尺寸，在此基礎(chǔ)上利用有限元對(duì)該裝配進(jìn)行模態(tài)分析驗(yàn)證。
2.4切削液系統(tǒng)
切削液系統(tǒng)包括自吸清水泵、出口閥門、出水管、冷卻管閥門、冷卻管及噴嘴、回流管、入水管及水箱。其中自吸清水泵擁有過濾功能，揚(yáng)程10m，保證切削液回路的動(dòng)力供應(yīng)。出口閥門位于自吸清水泵的出水處，可調(diào)節(jié)切削液出水速度，在停止使用時(shí)關(guān)閉閥門可防止出水口空氣進(jìn)入泵內(nèi)導(dǎo)致泵內(nèi)氣壓增大。出水管由豎直和水平兩段4分鐵管組成，豎直鐵管安裝在出口閥門上，水平鐵管固定于機(jī)床立柱側(cè)面，中間用蛇皮軟管連接，保證水路暢通的同時(shí)增加了系統(tǒng)的柔性。冷卻管閥門連接水平出水管及冷卻管，可根據(jù)加工需要隨時(shí)調(diào)節(jié)切削液的流量大小?；亓鞑捎迷跈C(jī)床臺(tái)面左右兩側(cè)各打一通孔，再以管道接回水箱的方式。入水管采用植入螺旋型鐵絲的塑料管，方便連接且不因工作時(shí)的負(fù)壓導(dǎo)致管路變形。水箱分為進(jìn)水部分和出水部分，進(jìn)水處安裝一層過濾網(wǎng)以保證水箱內(nèi)切削液的清潔，同時(shí)出水部分蓋板只留出供入水管進(jìn)入的孔，方便入水管的固定及保證水箱內(nèi)切削液的清潔，底部裝有滾輪，方便拖出更換切削液。
3結(jié)束語(yǔ)
