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畢業設計

V400立式加工中心立柱部分設計

時間:2015-04-01 22:20:05   作者:   來源:   閱讀:4278   評論:0
  
1.1數控加工中心概述
    數字控制是20世紀中期發展起來的一種自動控制技術,是用數字化信號進行控制的一種方法[16]。采用數控技術進行控制的機床,稱為數控機床[8]。加工中心(Machining Center,簡稱MC)是一種備有刀庫并能自動更換刀具對工件進行多工序加工的數控機床。它是適應省力、省時和節能的時代要求而發展起來的,它綜合了機械技術、電子技術、計算機軟件技術、氣動技術、拖動技術、現在控制理論、測量及傳感技術以及通訊診斷、刀具和應用編程技術的高技術產品,將數控銑床、數控鏜床、數控鉆床的功能聚集在一臺加工設備上,且增設有自動換刀裝置和刀庫,可以在一次安裝工件后,數控系統控制機床按不同工序自動選擇和更換刀具,自動改變機床主軸轉速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及跛輔助功能;依次完成多面和多工序的端平面、孔系、內外倒角、環形槽及攻螺紋等加工[4]
    隨著電子技術的迅速發展,以及各跣閱芰己玫拇感器的出現和運用,加工中心的功能日趨完善,這些功能包括:刀具壽命的監視功能,刀具磨損和損傷的監視功能,切削狀態的監視功能,切削異常的監視、報警和自動停機功能,自動檢測和自我診斷功能及自適應控制功能等[1]。加工中心還與載有隨行夾具的自跬邪褰行有機連接,并能進行切屑自動處理,使得加工中心成為柔性制造系統、計算機集成制造系統合自動化工廠的關鍵設備和基本單元。
1.2 數控加工中心的分類
1.2.1 加工中心的組成
    加工中心有各種類型,雖然外形結構各異,但總體上是由以下幾大部分組成。   
1)基礎部件:由床身、立柱和工作臺等大件組成,它們是加工中心結構中的基礎部件。這些大件有鑄鐵件,也有焊接的鋼結構件,它們要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削負載,因此必須具備更高的靜動剛度,也是加工中心中質量和體積最大的部件。
2)主軸部件:由主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸是加工中心的關鍵部件,其結構的好壞對加工中心的性能有很大的影櫻它決定著加工中心的切削性能、動態剛到、加工精度等。
3)數控系統:由CNC裝置、可編程控制器、伺服驅動裝置及電機等部分組成。
4)自動換刀裝置(ATC):由刀庫、機械手、驅動機構等部件組成。該系統是加工中心區別于其他數控機床的典型裝置,它解決工件一次裝夾后多工序連續加工中,工序與工序間的刀具自動儲存、選擇、搬運和交換任務。
5)自動托盤交換系統。
6)輔助裝置:包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓、氣動、檢測系統等鴟幀
1.2.2 按照機床形態分類
(1)臥式加工中心  指主軸軸線為水平狀態設置的加工中心。臥式加工中心一般具有3-5個運動坐標。常見的有三個直線運動坐標(沿X、Y、Z軸方向)加一個回轉坐標(工作臺),它能鶚構ぜ一次裝夾完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的加工。臥式加工中心較立式加工中心應用范圍廣,適宜復雜的箱體類零件、泵體、閥體等零件的加工。但臥式加工中心占地面積大,重量大;結構復雜,價格較高[1]
(2)立式加工中心  指主鷸嶁南呶垂直狀態設置的加工中心。立式加工中心一般具有三個直線運動坐標,工作臺具有分度和旋轉功能,可在工作臺上安裝—個水平軸的數控轉臺用以加工螺旋線零件。立式加工中心多用于加工筒單箱體、箱蓋、板類零件和平面凸輪的加工。立式加工中心具有結構簡單、占地面積小、價格低的優點。
(3)龍門加工中心  與龍門銑床類似,適應于大型或形狀復雜的工件加工。(4)萬能加工中心  萬能加工中心也稱五面加工中心小工件裝夾能完成除安裝面外的所有面的加工;具有立式和臥式加工中心的功能。常見的萬能加工中心有兩種形式:一種是主軸可以旋轉900既可象立式加工中心一樣,也可象臥式加工中心一樣;另一種是主軸不改變方向,而工作臺帶著工件旋轉900完成對工件五個面的加工。在萬能加工中心安裝工件避免了由于二次裝夾帶來的安裝誤差,所以效率和精度高,但結構復雜、造價也高[12]
 1.2.3按換刀形式分類
(1)帶刀庫機械手的加工中心  加工中心換刀裝置由刀庫、機械手級組成,換刀動作由機械手完成。
(2)機械手的加工中心  這種加工中心/換刀通過刀庫和主軸箱配合動作來完成換刀過程。
(3)轉塔刀庫式加工中心  一般應用于小型加工中心,主要以加工孔為主。
加工中心常按主軸在空間所處的狀態分為立式加工中心和臥式加工中心,加工中心的主軸在空間處于垂直狀態的稱為立式加工中心,主軸在空間處于水平狀態的稱為臥式加工中心。主軸可作垂直和水平轉換的,稱為立臥式加工中心或五面加工中心,也稱復合加工中心。按加工中心立柱的數量分;有單柱式和雙柱式(龍門式) [7]
1.2.4按數控系統功能分類
    加工中心根據數控系統控制功能的不同分:有三軸二聯動、三軸三聯動、四軸三聯動、五軸四聯動、六軸五聯動等。三軸、四軸是指加工中心具有的運動坐標數,聯動是指控制系統可以同時控制運動的坐標數,從而實現刀具相對工件的位置和速度控制[11]
1.2.5按工作臺的數量和功能分類
    有單工作臺加工中心、雙工作臺加工中心,和多工作臺加工中心。
1.2.6按加工精度分類
(1)普通加工中心  普通加工中心,分辨率為1μm,最大進給速度15~25m/min,定位精度l0 μm左右。
(2)高精度加工中心 高精度加工中心,分辨率為0.1μm,最大進給速度為15~100m/min,定位精度為2μm左右。介于2~l0 μm之間的,以±5 μm較多,可稱精密級[3]
1.3 加工中心的主要加工對象
    加工中心適宜于加工復雜、工序多、要求較高、需用多種類型的普通機床和眾多刀具夾具,且經多次裝夾和調整才能完成加工的零件。其加工的主要對象有箱體類零件、復雜曲面、異u件、盤套板類零件和特殊加工等五類[4-6]
1.3.1箱體類零件
    箱體類零件一般是指具有一個以上孔系,內部有型腔,在長、寬、高方向有一定比例的零件。這類零件在機床、汽車、飛機制造等行業用的較多。箱體類零件一般都需要進行多工位孔系及平面加工,公差要求較高,特別是形位公差要求較為嚴格,通常要經過銑、鉆、擴、鏜、鉸、锪,攻絲等工序,需要刀具較多,在普通機床上加工難度大,工裝套數多,費用高,加工周期長,需多次裝夾、找正,手工測量次數多,加工時敵肫搗鋇馗換刀具,工藝難以制定,更重要的是精度難以保證。
    加工箱體類零件的加工中心,當加工工位較多,需工作臺多次旋轉角度才能完成的零件,一般選臥式鏜銑類加工中心。當加工的工位較少,且跨距不大時,可選立式加工中心,從一端進行加怠
1.3.2復雜曲面
    復雜曲面在機械制造業,特別是航天航空工業中占有特殊重要的地位。復雜曲面采用普通機加工方法是難以甚至無法完成的。在我國,傳統的方法是采用精密鑄造,可想而知其精度是低的。復雜曲面類零件如:各種葉輪,導風輪,球面,各種曲面成形模具,螺旋槳以及水下航行器的推進器,以及一些其它形狀的自由曲面。這類零件均可用加工中心進行加工。銑刀作包絡面來逼近球面。復雜曲面用加工中心加工時,編程工作量較大,大多數要有自動編程技術。
1.3.3異形件
    異形件是外形不規則的零件,大都需要點、線、面多工位混合加工。異形件的剛性一般較差,夾壓變形難以控制,加工精度也難以保證,甚至某些零件的有的加工部位用普通機床難以完成。用加工中心加工時應采用1理的工藝措施,一次或二次裝夾,利用加工中心多工位點、線、面混合加工的特點,完成多道工序或全部的工序內容。
1.3.4盤、套、板類零件
    帶有鍵槽,或徑向孔,或端面有分布的孔系,曲面的盤套或軸類零件,如帶法蘭的軸套,帶鍵槽或方頭的軸類零件等,還有具有較多孔加工的板類零件,如各種電機蓋等。端面有分布孔系、曲面的盤類零件宜選擇立式加工中心,有徑向孔的可選臥式加工中心。
1.3.5特殊加工
    在熟練掌握了加工中心的功能之后,配合一定的工裝和專用工具,利用加工中心可完成一些特殊的工藝工作,如在金屬表面上刻字、刻線、刻圖案;在加工中心的主軸上裝上高頻電火花電源,可對金屬表面進行線掃描表面淬火;用加工中心裝上高速磨頭,可實現小模數漸開線圓錐齒輪磨削 各種曲線、曲面的磨削等[78]
1.4加工中心的特點
    加工中心是典型的集高新技術于一體的機械加工設備,已成為現代機床發展的主流方向。與普通數控機床相比,加工中心具有以下幾個突出的特點。
1)工序集中:加工中心備用刀庫,能自動換刀,使工件在一次裝夾后實現多表面、多特征、多工位的連續、高效、高精度加工。這是加工中心最突出的特點。
2)對加工對象的適應性強:加工中心的柔性高,對特殊要求反應迅速,而且可以快速實現批量生產,提高市場競爭能力。
3)加工精度高:由于加工工序集中,避免了長工藝流程,減少了人為干擾,故精度高,質量穩定。
4)生產生產率高:加工中心帶有刀庫和自動換刀裝置,實現了工蠹中,可減少工件裝夾、測量和機床的調整時間,減少工件半成品的周轉、搬運和存放時間,使機床的切削利用率高于普通機床3~4倍。
5)操作者的勞動強度低,工作條件好:勞動者不需要進行繁重的重復性手工操作,勞動強度和緊張程度均大為減輕,勞動條件也得到很大的改善。
6)經濟效益高。
(7)有利于生產管理的現代化。

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