立式铣削五轴五联动加工中心设计(编辑修改稿)

立式铣削五轴五联动加工中心设计(编辑修改稿)内容摘要：

parameters，如体积、表面 积、重心、三维坐标等 )，或用户自行依设计流程需求所定义的用户定义参数(User defined parameters，如密度、厚度等具有设计意义的物理量或字符串 )加入设计构思中，来表达设计思想。 这项参数式设计的功能不但改变了设计的概念，并且将设计的便捷性推进了一大步。 三． Pro／ Engineer 系统的特点 1）单一数据库 单一数据库是指工程中的资料全部来自一个库，使得多个用户可以同时为一件产品造型而工作，即在整个设计过程中，不管任何一个地方因为某种需要而发生改变，则在整个设计的相关环节也会随着改变。 Pro／ Engineer 系统就是建立在单一数据库上的 CAD/CAM 系统，它的优点是显而易见的。 如在零件图和装配图都已完成的情况下，又发现某一处需要改动，我们只需改动零件图或装配图上的相应部分，那么在其他部分与之相 应部分也会随之改变广包括数控加工程序也会自动更新。 2） 3D 实体模型 在使用 Pro／ Engineer 系统进行工作的过程中，也许“实体造型”是我们最常用的词、汇，这也说明 Pro／ Engineer 的图形设计是基于三维的，它与传统的二维绘图有着本质的区别。 在 Pro／ Engineer 中，我们生成的零件是实 实在在的三维实体，不再是传统的线托架模型。 这样，生成的模型直观，立体感强，并可以在任何角度进行观察。 另外，系统还能容易的计算出实体的表面积、体积、重量、惯性距、重心等，使设计者很容易、很清楚地知道零件的特性。 同时，由立体图来生成工程图 (即常说的三视图 )，只要我们造型的立体图没有错误，那么生成的工程图就没有错误，从而免去了设计者还要考虑各个视图之间的投影是否正确的问题，这是相当方便的，也能大大提高工作的效率和准确性。 3）参数式设计 Pro／ Engineer 系统配合其独特的单一数据库设计，将每一个尺寸视为一可 变的参数。 例如，在草绘图形时，先只管图形的形状而不管它的尺寸，然后通过修改它的尺寸来重新生成(Regenerate)图形，从而使绘制的图形达到设计者的要求。 充分利用参数式设计的优点，设计者能够减少人工修改图或计算的时间，从而大大提高工作效率。 4）全相关 Pro／ Engineer 一个很重要的特点是有一个全相关的环境：在一个阶段所作的修改所有的其他阶段都有效。 比如，当一个零件设计好，并装配在装配图中，而且生成了工程图。 这时，你只要在任何一个阶段对该零件作任何一个地方的修改，则该修改在其他地方都有效，相应尺寸都 会更改，这也正是 Pro／ Engineer单一数据库的体现。 5）参数式关系 在 Pro／ Engineer 中，设计者可利用不同尺寸之间的相互关系来限定相关尺寸，特别是在机械设计中有需要配合的地方，利用参数式关系有很大的方便。 比如在冷冲模具设计中要求凸模和凹模有一定的配合关系，在此以圆形凸、凹模为例，假设凸模的直径是 d0,而凹模的刃口尺寸山为凸模的尺寸加上适当的间隙，设单边间隙为 a，则 dl=d0+2a。 这样，当凸模的尺寸发生改变时，总能得到正确的凹模尺寸，两者之间总有符合设计要求间隙，从而保证了设计的准确 性。 2. Autodesk InventorR2: Autodesk Inventor 是现今使用的和用来学习三维模型系统最为快捷、容易的软件。 Autodesk Inventor 软件，基于机械设计中的分开的数据库系统，它可以在 Microsoft Windows 操作平台中较为容易的进行非常的大的组合件的处理工作。 具有适应性很强的平面设计方案的功能，首先，在进行详细地三维实体造型之前使用简单的平面布置方案，有助于草图的设计。 也可以使用软件的应用程序设计接口结合 Inventor 用于当前的产品数据管理 (PDM)，工程资源规划 (ERP)和生产资源规划（ MRP）。 三维数据资料通过 STEP 转换器与 Inventor 可以互相兼容。 第三节 具体设计方案 设计参数计算 一．主轴组件设计计算： 轴和其上零件组成的系统称为轴系，轴是核心，直接与轴的功能配合的元件称为轴系元件，包括滚动轴承与滑动轴承，联轴器与制动器等。 在机械设备中，由于位置或性质的重要性，或工作环境的特殊性，轴系成为其中的关键，无论在设计中或制造成本中都占有很大的比重。 轴按其工作特点分为三大类，它决定着轴系的总体结构： 1）心轴 2）传动轴 3）转轴 其中转轴既用于支承转动零件，承受弯矩，又用于传递扭矩，是应用最广的类型。 1． 主轴组件的总体结构设计： 主轴的总体结构设计必须考虑如下几个方面： 1）轴承形式的选择 轴承的形式直接影响主轴的结构，它分为滚动和滑动两大类，各类之中又包括众多形式，各有其适用场合。 在设计之初进行原则性选择时，可参考各种轴承的常见结构，对其性能加以综合考虑，加以选择。 2）自身的定位 轴必须在轴向有定位措施，这主要靠轴承的组合结构来实现，有时也可靠相关零件的几何约束来保证。 3） 轴的热伸长补偿 轴受热膨胀时，应根据轴的长度及工件与非工件状态时的温差，设计合适的伸长自由度，过小将在轴和轴承内产生附加压力，过大有时会产生轴向窜动。 4） 润滑与密封 轴承的润滑方式，所选用的密封形式都涉及到轴系结构，采用稀油润滑时，轴体内通常需要开设滑油通道，采用接触式密封则要求相配的轴颈淬硬并磨削，采用迷宫式润滑，螺旋式密封时，轴的表面应设计有与之匹配的形状。 5） 轴上零件的合理布置 轴上零件的合理布置对载荷分布有重要影响，并由此影响轴的强度或拉力在轴上分布不均，最终影响轴的总体结构。 布置时应考虑以下方面： A. 载荷流 的合理分布 应将载荷的输入布置在中部，扭矩双向分流，轴上最大扭矩降低，避免在一端输入载荷。 B. 减载机构 避免使扭矩直接传动到轴上，应采取卸荷机构，使轴不受轴扭矩作用，提高轴的强度与刚度。 从本设计的实际要求出发，由于主轴转速高，要求精度好，刚度好。 采用主轴的三支承结构时，可使主轴跨矩大大缩短，从、而提高主轴刚度和抗振性，机床在轻载荷下运转时，辅助支承不承受载荷，只起阻尼作用，载荷加大时，辅助支承处的挠度较大，超过了游隙，辅助支承才起作用，承受一定的载荷。 但三支承主轴结构，工艺难度大，对主轴上 3 个轴颈和箱体上底 座孔的同轴度要求很严，还由于主支承间跨距很短，所以轴承精度、主轴轴颈和箱体孔同轴度误差对主轴旋转精度的要求更加显著。 由以上原因，主轴采用二支承结构。 在二支承结构中，主轴轴承的选型，组合及布置十分重要，承受轴向载荷时，主轴轴承的配置主要根据主轴的加工精度、刚度、温升和支承的复杂程度。 起止推作用的轴承由三种方式，即前端定位、后端定位、两端定位。 前端定位时，主轴受热变形向后伸长，不影响加工精度，但前支承结构复杂，轴承间隙调整不便，前支承处发热量大，但能保证较好的刚度。 由此，选择前端固定的固定方式，主轴轴承 根据设计要求，选择可以实现较高转速的角接触球轴承，前端轴向载荷较大，前轴承采用三联组配，前两个都面朝前，共同承担轴向载荷，后轴承背靠背，以实现预紧。 轴承配置如下示意图： （ 图 301） 这种结构的特点及适用范围是高速度、高刚度主轴。 2. 主轴设计 (1) 初选主轴直径 主轴直径直接影响主轴部件的刚度，直径越粗，刚度越高，但同时与它相配的轴承零件的尺寸也越大，故设计之出，只能根据统计资料选择主轴直径。 加工中心因装配需要，主轴直径常是自前往后逐步减小的。 由 [2]表 : D=90mm (2) 主轴悬臂伸量的确定 主轴悬臂伸量 a是主轴前支承径向力的作用点到主轴前端面之间的距离。 它对主轴组件刚度影响较大。 根据分析和实验，缩短悬伸量可以显著提高主轴组件的刚度和抗振性。 因此设计时在满足结构要求的前提下，尽量缩短悬伸量 a。 (3) 主轴跨距的选择 主轴的跨距对主轴组件的性能有很大的影响，合理选择跨距是主轴组件设计中的一个相当重要的问题。 由 [10]铣削的主切削力和切削功率的经验公式 得 : Fc=6*10E4*Pc/Vc 式中 Pc—— 铣削功 率 KW Vc—— 铣削速度 m/min Fc=6*10E4*22/251=5258N 参考铣刀逆铣情况由式 [13]1320 得 : Fh==6310N Fv==1577N F=√ Fh^+Fv^=6504N 暂取 L/a=4，由结构确定 a=54mm 故前后支承反力分别为： Ra=F（ 1+a/l） =6504（ 1+1/4） =8130N Rb=F*a/l=6504*1/4=1626N 由 [2]式 : Ka=*3 次√（ Fr。