五轴车铣加工中心设计中几个关键问题的研究

摘要

世界已进入了全球制造的时代，缩短产业链、专注自身核心竞争力的提高已成为世界制造业企业的变革趋势。面对千差万别的制造业，如何以客户为中心、满足客户个性化的需求、为他们提供一个整体的最优化的解决方案是当今机床制造企业所面临的一个重要课题。 就复合车铣中心而言，该类型机床就是为适应市场单件小批、快捷生产需求以及新工艺对机床在各方面的要求而开发的。高速、高精、高柔性对机床提出了前所未有的新的挑战。而复合加工机的开发需要机床厂商、刀具厂家、软件厂家及用户之间的通力合作，不断发展才能解决问题。 本文就沈阳数控机床厂开发的 SSCKZ 系列卧式车铣复合五轴加工中心在设计过程中一些关键的技术问题展开研究：对机床的主要零部件做了力学分析比较，使得机床关键受力构件得以改进；同时在多年研究的基础上对车铣复合类型机床基本技术做出总结和对比，并对其未来发展做出预判。 本文主要完成了以下工作： (1) 对SSCKZ车铣复合中心的五轴头进行了研究，其中包括动力主轴的锁紧形式，松夹刀机构的解决，油、水、气、通道问题等。另外，通过方案对比确定了最佳的 B 轴支撑结构，使其既能满足刚度要求又能满足精度要求、同时，对 B轴的动力传动机构进行了设计、消除了 B 轴的传动间隙以及实现 B 轴的卡紧功能。 (2) 研究了高速强力主轴的结构，包括主轴支撑结构中轴承的配置、转速等。并对如何提高主轴负载能力进行了探讨。 (3) 以 Solidworks 三维实体建模软件为平台，基于 ANSYS，针对 SSCK80-5 型五轴车铣复合加工中心关键部件——下滑板进行了有限元分析，通过方案对比，对其进行了结构优化和改进。 (4) 在多方面参观考察和研究的基础上对车铣中心及相关基本技术的现状进行总结，对其未来发展趋势作了分析和预测。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2五轴车铣复合中心现状

1.2.1国外车铣复合加工中心现状

1.2.2国内车铣复合加工中心现状

1.2.3各主要生产厂家五轴车铣中心特点

1.3复合车铣中心产业环境和市场消费需求

1.3.1复合车铣加工中心高速、高效化

1.3.2高速数控机床部件的高速化

1.3.3加工高效化及机床切削环境

1.3.4车铣加工中心重型化

1.3.5车铣中心深层次的复合化

1.4课题研究背景和意义

1.5课题研究内容

2 5轴联动数控机床技术基础

2.1五轴车铣中心概述

2.1.1五轴车铣中心各轴的运动原理及其实现

2.1.2五轴车铣中心一般结构和功能应用

2.1.3五轴车铣中心的优势

2.1.4车铣中心与车削中心的区别

2.2复合加工的分类

2.3复合加工优越性

2.4复合加工应注意的问题

2.5本章小结

3车铣复合机床的五轴头设计与研究

3.1关键问题概述

3.2 B轴的研究

3.2.1最初的设计方案

3.2.2 Z63-5的改进方案

3.2.3第三轮的设计方案

3.3动力驱动单元的研究

3.3.1最初设计方案的确定

3.3.2动力驱动单元的改进设计

3.3.3用在Z80-5上的动力驱动单元的最终方案

3.4本章小结

4高速强力主轴结构的技术研究

4.1主轴支承结构的技术研究

4.1.1主轴轴承的配置

4.1.2高速度的轴承配列

4.1.3支承座结构对主轴性能的影响

4.2主轴转速的确定

4.3提高主轴负荷能力的设计

4.3.1负荷的计算

4.3.2驱动负荷

4.3.3切削负荷

4.4润滑系统设计

4.5 SSCK40数控机床负荷切削试验

4.5.1实验手段

4.5.2 SSCK63数控机床负荷切削试验

4.5.3主传动系统最大扭矩、最大切削分力试验

4.5.4主传动系统达到最大功率的试验

4.6本章小结

5 SSCKZ80-5关键结构件改进

5.1下滑板重力作用下变形分析和改进方案对比

5.2下滑板车削情况受力分析

5.2.1车削情况受力

5.2.2铣削情况下受力分析

5.3下滑板模态分析

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢