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文檔簡介
2021屆機械設計制造及其自動化畢業(yè)設計論文(開題報告)一、畢業(yè)設計(論文)課題來源、類型本文對目前五軸聯(lián)動加工中心的結構方案進行了充分調研分析,以搖籃式五軸聯(lián)動數(shù)控機床結構作為設計方向,開展畢業(yè)設計。該結構機床采用床身立柱一體化結構,通過橫梁、滑枕和搖籃的合理搭配,實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工,不僅機床整體剛度好,而且移動部件重量,采用高靈活性的搖籃結構,可實現(xiàn)箱體類零件和葉片類復雜零件的自由加工,對探索和開發(fā)國產化高端數(shù)控機床具有重要參考意義。類型:結構設計二、選題的目的及意義機械制造業(yè)是一個國家的工業(yè)基石,不僅為新技術和新產品的開發(fā)提供了設備,也為當下機械制造提供了關鍵工藝與方法,是不可或缺的戰(zhàn)略性產業(yè)。對于發(fā)展中的工業(yè)化國家來說,重視制造業(yè)是其必然選擇。數(shù)控機床是一個國家制造業(yè)水平的象征,業(yè)內代表制造業(yè)水平最高的是五軸聯(lián)動數(shù)控機床,從某種意義來講,這也反映了一個國家制造狀況與制造能力。隨著我國國民經濟飛快進步和國防強化的要求,對自主研發(fā)先進數(shù)控機床迫切需求越來越高。長久以來,以美國為首的發(fā)達國家,總是把五軸數(shù)控機床當成重要的戰(zhàn)略物資,進行了出口許可證管理,尤其高級型的數(shù)控機床長期對我國實行禁運,嚴重影響了我國經濟、國防、軍工的發(fā)展,對國家安全構成威脅。因此研發(fā)國產化的高端數(shù)五軸聯(lián)動控機床一直是我國機床行業(yè)的重點任務,對打破發(fā)達國家的技術封鎖、實現(xiàn)中華民族的偉大復興具有重要意義。三、本課題在國內外的研究狀況及發(fā)展趨勢我國對于數(shù)控機床研究和應用起步較晚,與發(fā)達國家相比技術上存在較大差距;隨著我國航空航天、汽車、軍工、電力設備制造等重要行業(yè)的高速發(fā)展,目前急需進行制造設備的更新?lián)Q代,以提高我國的綜合制造能力。圖1-1臥式五軸數(shù)控鏜銑機床隨著國內對加工中心的需求量的增加,機床企業(yè)在加工中心的設計中,引入先進的C圖1-1臥式五軸數(shù)控鏜銑機床目前五軸聯(lián)動加工中心主要有三種構型:(1)回轉運動全部在工件側,即采用搖籃式工作臺方案。圖1-1為日本牧野公司的臥式五軸聯(lián)動加工中心,該加工中心具有搖籃結構的工作臺,機床主軸側具有主軸垂直移動和前后立柱移動兩個運動自由度,工件側具有一個直線運動和兩個回轉運動自由度,由于工件側的運動自由較多,更適合于復雜小件的加工。(2)在工件側和刀具側各設置一個回轉運動。圖1圖1-2立式五軸數(shù)控鏜銑機床(3)在刀具側設置兩個回轉運動,通常采用萬能銑頭實現(xiàn)刀具姿態(tài)調整。圖1-3為某橫梁移動五軸聯(lián)動加工中心結構,該加工中心采用橫梁移動與垂直滑枕配合,應用叉式萬能銑頭(圖1-4)解決復雜曲面加工,工件側沒有運動自由度,因此可以加工各種大型兩件零件,是航空航天中大型復雜零件加工的典型代表。圖1圖1-4叉式萬能銑頭圖圖1-3橫梁移動五軸數(shù)控鏜銑機床如圖1-5為意大利PROMAC浦珞瑪喀機床,采用單側懸掛式萬能銑頭,在龍門式機床結構中應用較多。五軸加工中心是機床制造業(yè)重要基礎裝備,因此它的發(fā)展一直備受人們關注。近年來我國機床制造業(yè)既面臨著制造裝備發(fā)展的良機,也遭遇到市場競爭的壓力。從技術層面上來講,加速推進五軸加工中心將是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關鍵。目前,世界先進圖1圖1-5意大利PROMAC浦珞瑪喀機床當今五軸加工中心正在朝著以下幾個方向發(fā)展:(1)可靠性最大化;由于五軸聯(lián)動數(shù)控機床主要用于復雜表面的加工,一般對機床的無故障時間有較高的要求,所以要盡量提高驅動裝置的可靠性。(2)數(shù)控編程自動化;提高數(shù)控編程的自動化是提高加工效率的重要手段。(3)智能化;隨著互聯(lián)網(wǎng)技術和智能化技術的發(fā)展,數(shù)控機床的控制系統(tǒng)也得到了大力的發(fā)展,自適應技術、故障診斷技術、遠程控制等在機床設計中得到了充分應用。(4)控制系統(tǒng)小型化;使用小型化的控制系統(tǒng)將有利于提高加工精度。(5)多功能化;與以往單純追求高速主軸和進給機構不同,當今市場對于個性化的要求日益強烈,交貨日期也在不斷縮短,因此五軸數(shù)控加工中心更趨向于小規(guī)模,甚至是單件生產。為了滿足這一要求,就要開發(fā)出復合程度更高的復合機床。(6)高速度、高精度化;因為CAM水平的發(fā)展,機床的制造水平得到了很大的增加,保證機床的質量,是保證產品質量的重要手段,這也就是高精度的體現(xiàn)。四、本課題主要研究內容結合目前五軸加工中心的發(fā)展,本次必要設計內容為設計一款搖籃式五軸數(shù)控加工中心機床結構,該加工采用立柱和床身一體化結構,通過橫梁移動實現(xiàn)運動部件的輕量化,采用搖籃式工作臺實現(xiàn)兩個回轉運動自由度,總體結構具有高剛性特點。本課題的主要內容為對床身及橫梁的筋板及隔板的設計與布置,使機床的機構具有較大的剛度并保證機床的輕量化設計。五、完成論文的條件和擬采用的研究手段(途徑)(1)機床總體方案設計。包括對搖籃結構進行作業(yè)空間分析,確定出各移動軸的行程大小;確定機床結構布局方案及驅動方式,設計機床總體結構方案。(2)機床結構中的通用件和標準件選型計算。確定典型加工條件,計算典型切削力,并作為通用件和標準件選型計算的依據(jù);按照樣本資料的計算步驟,對導軌、滾珠絲杠、聯(lián)軸器、伺服電機和主電機(電主軸)等進行選型計算,確定出各通用件和標準件的型號。(3)基于solidworks建立機床結構的三維數(shù)字化模型和二維工程圖,確定機床支承部件的筋板布局和結構設計方案。(4)基于有限元分析軟件建立該機床大件結構的有限元分析模型,仿真分析各大件內部筋板布局的合理性。六、本課題進度安排、各階段預期達到的目標:(1)搜集與課題相關的背景文獻,了解課題的基本內容(第1~2周);(2)完成開題答辯(第3周);(3)制定搖籃式五軸聯(lián)動數(shù)控機床的傳動、驅動方案和工作空間,確定行程及結構尺寸的關系,對搖籃進行初步選擇;(第4~5周);(4)設計一款搖籃式五軸聯(lián)動數(shù)控機床結構,包括床身、滑枕、橫梁、滑板、主軸頭結構等以及導軌、絲杠、伺服電機和力矩電機選型等(第6~10周);(5)搖籃式五軸聯(lián)動數(shù)控機床結構應用研究,包括該機床的配合設計,與橫梁、床身的結結構設計,給出多個應用結構示例。繪制相關三維結構圖和工程圖(第11~14周);(6)基于有限元軟件分析搖籃式五軸聯(lián)動數(shù)控機床結構的動靜動態(tài)特性(第15~18周);(7)撰寫畢業(yè)設計論文,包括所有的方案設計、尺寸確定、元件選型計算、仿真分析等(第19~20周)。七、指導教師意見(對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計或論文結果的預測)指導教師:企業(yè)導師:八、所在專業(yè)審查意見
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