卸荷静压导轨数控铣磨加工中心的研究

摘要

在制造技术飞速发展的今天，机械工业正向大型化、高速重载、高精度，以及高性能化的方向发展。装备制造业是国民经济和国防建设的支柱产业，是一个国家综合国力的体现。机床制造业是装备制造业的基础，以高效、高速、高精为特点的铣磨加工中心成为机械加工中的重要工艺装备。
　　大型机器的床身，采用通用机床加工时，分别需要一台铣床和一台磨床，这种加工方法存在生产效率低，定位精度低，加工精度低的问题。本机床主要用于加工这类大型零件，解决生产效率及精度的问题。本文主要针对这种机床设计中几个关键的技术进行研究。
　　(1)对传动系统进行设计，传动系统包括工作台驱动传动系统、横梁驱动传动系统、镗铣头驱动传动系统、磨头驱动传动系统，其中主要研究工作台驱动传动系统和横梁驱动传动系统。研究结论是工作台驱动传动系统采用滚柱丝杠副，以线接触代替点接触，具有高的承载能力，而且可以加支撑装置，适合长距离传动。横梁的驱动装置采用一台伺服电机驱动两根丝杠，选用梯形丝杠，控制比较简单，成本较低，而且能保证升降精度。最后对传动系统的精度进行分析，分析可知，该机床伺服进给系统的位置精度主要由HEIDENHAIN的直线光栅尺的精度决定。经实际检测，光栅尺的精度为±2μm，测量步距为0.1μm，完全满足定位精度的要求，因此，工作台驱动传动系统的精度可以保证。
　　(2)研究了在重载状况下导轨的设计方法，分析了定压式及定量式液体静压导轨的供油原理，并对这两种供油系统进行比较，确定本机床选用定压式供油系统。最后引入液体卸荷静压导轨，对本机床选用的卸荷静压导轨进行设计分析，确定导轨的宽度，选择油腔的结构形式，确定油腔的长度及数量，并针对本机床设计出供油原理图。
　　(3)对关键零部件横梁进行设计，首先对横梁的结构进行设计，因为此横梁既有弯曲变形，又有扭转变形，所以采用矩形截面形状，然后对其进行三维建模。采用ANSYS软件对横梁进行静力学分析和模态分析，分析结果表明，其强度、刚度、抗振性均较好，同时，分析结果也为机床结构的进一步优化设计提供了可靠的理论依据和指导。
　　最后，对全文进行了总结与展望。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．1．1 数控机床的发展及应用

1．1．2 数控铣磨加工中心的国内外研究现状

1．2 课题研究的主要内容

1．3 课题研究的目的和意义

1．4 本章小结

2 卸荷静压导轨数控铣磨加工中心XM-2020的总体方案设计

2．1 数控铣磨机床XM-2020的总体结构设计

2．2 主要技术参数

2．3 各部分的功能介绍

2．4 本章小结

3 数控铣磨加工中心XM-2020传动系统的设计与分析

3．1 传动系统概述

3．2 工作台驱动装置的设计

3．2．1 滚柱丝杠副简介

3．2．2 工作台驱动传动系统的设计与选型

3．3 横梁驱动装置的设计

3．3．1 横梁驱动装置的组成

3．3．2 重要零部件的设计与选型

3．4 传动系统的精度分析

3．4．1 丝杠螺距误差与反向间隙误差的影响

3．4．2 全闭环进给系统的误差分析

3．5 本章小结

4 卸荷静压导轨及其供油系统的研究

4．1 液体静压导轨的基本理论

4．1．1 液体静压导轨及其特点

4．1．2 液体静压导轨的分类

4．2 液体静压导轨的供油系统

4．2．1 液体静压导轨的定压式供油系统

4．2．2 液体静压导轨的定量式供油系统

4．2．3 液体静压导轨供油系统的比较及选取

4．3 液体卸荷静压导轨的供油系统

4．3．1 液体卸荷静压导轨的设计与分析

4．3．2 液体卸荷静压导轨的供油系统的设计

4．3 本章小结

5 横梁的设计与分析

5．1 横梁的结构设计

5．1．1 横梁的载荷及变形特点

5．1．2 横梁截面形状的设计

5．1．3 横梁结构建模

5．2 弹性力学描述有限元理论

5．3 横梁的有限元静力分析

5．3．1 静力分析的有限元方法

5．3．2 建模及模型假设

5．3．3 横梁模型的导入

5．3．4 横梁的网格划分

5．3．5 施加载荷并求解

5．4 横梁的有限元模态分析

5．4．1 有限元模态分析的理论基础

5．4．2 模态分析的基本步骤

5．4．3 横梁的模态分析

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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