五轴微铣削机床的研究与开发

摘要

随着科学技术的发展，在高技术领域如国防工业、医疗卫生、航空航天及微电子等行业对微小零件的需求日益剧增。微小型产品特征尺寸小、构型越来越复杂、精度要求越来越高。相较于其他的微制造技术，微细切削技术具有加工精度高、成本低、效率高的优势，特别适于加工形状复杂的零件，且可加工的材料范围广。微细铣削加工是微细切削加工中最为柔性的加工技术之一，具有极大的发展潜力和应用前景。为了降低机床成本、减少能耗，国内外正在发展适用于微切削的微型机床和微型工厂。目前我国在微型机床的研究方面尚属初期，同国外有一定的技术差距。
　　由于微型产品的构型曲面复杂，而普通的三轴机床加工复杂曲面效率较低，为满足复杂型面的加工要求，本文进行了五轴微铣削机床的研发工作，主要内容如下:
　　(1)对微细加工技术及微切削机床的国内外研究现状进行了综述分析，在此基础上，结合机床的技术参数要求，完成五轴微铣削机床的总体方案设计。
　　(2)通过对微切削机床关键技术及设计要求的研究，本文完成了五轴微铣削机床的结构设计，并在Pro/E中完成建模及装配。文中采用直接驱动技术实现直线运动及回转运动，精度高、响应快、动态特性好，并通过高分辨率的测量反馈系统，实现亚微米级的位置精度。
　　(3)运用ANSYS软件对A轴转台的关键结构进行了静、动态特性分析，对其在结构设计上能否满足设计要求进行了校验，为其结构优化提供参考。
　　(4)运用Pro/Mechanism运动学仿真模块，建立了五轴微铣削机床的运动仿真模型，对机床进行运动仿真，以检测碰撞情况和模拟刀尖的运动空间;并运用VERICUT软件进行了机床加工过程的仿真，以检验机床能否完成特定形状的加工及在加工过程中机床各部件间的碰撞情况和各个轴的运动情况，以保证所设计机床整体结构的合理性和实用性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 微切削机床的国内外研究现状

1．2．1 国内外微切削机床的发展

1．2．2 微切削机床关键部件的研究现状

1．3 本课题研究的主要内容

第2章 五轴微铣削机床的总体设计

2．1 微铣削机床的总体要求

2．2 机床总体结构方案设计

2．2．1 五轴联动数控机床的类型

2．2．2 运动功能方案设计

2．2．3 机床结构布局的分析确定

2．3 机床技术参数的确定

2．4 本章小结

第3章 五轴微铣削机床的结构设计

3．1 主轴系统的设计

3．1．1 主轴的选型

3．1．2 主轴支座的设计

3．2 直线进给驱动系统的设计

3．2．1 微进给机构的类型

3．2．2 直线进给方案的分析与确定

3．2．3 微动平台的选择

3．3 回转进给驱动系统的设计

3．3．1 数控转台的结构类型

3．3．2 力矩电机的特点

3．3．3 回转进给方案的分析与确定

3．3．4 A轴转台的结构设计

3．3．5 B轴转台的结构设计

3．4 床身的结构设计

3．5 本章小结

第4章 转台关键结构的静动态特性分析

4．1 转轴的静态特性分析

4．1．1 创建有限元模型

4．1．2 定义边界条件和施加载荷

4．1．3 求解与结果分析

4．1．4 静刚度计算

4．2 转轴的动态特性分析

4．2．1 A轴转轴的模态分析

4．2．2 A轴转轴临界转速的计算

4．3 承载平台的静态特性分析

4．3．1 建立有限元模型

4．3．2 定义边界条件和施加载荷

4．3．3 求解与结果分析

4．3．4 静刚度计算

4．4 承载平台的动态特性分析

4．4．1 承载平台的模态分析

4．4．2 承载平台临界转速的计算

4．5 本章小结

第5章 五轴微铣削机床的整机建模与仿真

5．1 微铣削机床三维模型的建立

5．2 微铣削机床的运动仿真

5．2．1 机床运动仿真模型的构建

5．2．2 机床的运动仿真

5．3 微铣削机床的加工仿真

5．3．1 机床加工仿真模型的构建

5．3．2 机床的加工仿真

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢