机械设计毕业论文

I摘要车铣加工中心是高速度、高精度、高效率、复合化加工机床。该种机床用途广泛、工艺先进、生产高效、加工精密，广泛应用于军工、航天、造船、核电、高速铁路等领域；车铣复合功能的数控机床是近年来适应产品复杂化和生产的高效率要求而发展很快的机种，可实现复杂零部件一次装夹，完成全部加工工序，可以大幅提高生产效率和加工精度。本文在分析了车铣加工中心床头箱的结构与工作原理的基础上，利用UG对车铣加工中心床头箱进行了虚拟设计，包括车铣加工中心结构分析、零部件的建摸、虚拟装配。关键词：车铣加工中心；床头；三维建模；UGII目录1引言..............................................................................................................................11.1国内外车铣加工中心现状...............................................................................11.2车铣加工中心各轴的运动原理及实现...........................................................21.3车铣加工中心的优势.......................................................................................41.4课题研究背景和意义.......................................................................................52车铣加工中心床头箱的结构与工作原理..................................................................72.1车铣加工中心主轴传动概况...........................................................................72.2车铣加工中心床头箱的结构...........................................................................72.3车铣加工中心床头箱的工作原理...................................................................92.4车铣加工中心床头箱的基本参数...................................................................93车铣加工中心主轴箱的三维设计............................................................................113.1UG软件的简介以及特点..............................................................................113.2UG软件的主要功能......................................................................................113.3车铣加工中心床头箱结构分析.....................................................................133.4UG进行设计的过程和方法..........................................................................144车铣加工中心床头装配设计以及爆炸视图............................................................224.1装配体的设计方法.........................................................................................224.2UG虚拟装配的装配过程..............................................................................224.3UG的爆炸视图的过程..................................................................................25总结..................................................................................................................................28致谢..................................................................................................................................29参考文献..........................................................................................................................3011引言1.1国内外车铣加工中心现状车铣加工中心是在数控车床基础上发展起来的加工中心。以车削为主要加工方式，同时具备强大的钻、镗、铣、攻丝等加工功能．因此它可用来加工形状很复杂的混合体零件，如空间孔、空间外型等。实现了在一台机床上完成多种不同工艺方法的多工序加工,如同一台数控车床和一台中小型加工中心的复合加工。目前，德国的Aachen工业大学和Darmstadt工业大学都设有专门从事车铣技术研究的研究中心。1982年，奥地利林茨机床公司(WFL)开发出全世界第一台车铣数控专用机床——WVC500S车铣加工中心。20多年来经过不断努力，2002年WFL推出了新一代MillturnM40和M40-M数控车铣复合机床，该加工中心已经可以实现车削、铣削、镗孔加工、插齿滚齿等多种加工[1-3]。奥地利的WFL公司是车铣技术行业的开拓者，日本复合加工机开始于20世纪70年代末80年代初,目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大、全球市场占有率最高。在国内，“十五”期间，通过国家相关的政策的支持，包括沈阳机床在内的国内机床行业通过自主创新、合作开发、等手段，在中高档及大型数控机床关键技术研究方面有了较大突破。我们在车铣复合加工机床成功取得多方面取得了些突破，例如：攻克了动力驱动单元、大直径大通孔的高速强力主轴、刀架、机床热平衡、精度补偿等多项关键技术，主传动兼顾了大扭矩输出和高速输出，动力刀具主轴的设计也实现了高转速与大扭矩的兼顾，Y/B轴部分的设计功能更完善，刚性更高，尾台的设计充分考虑刚性及高的自动化和安全性，高性能车铣复合机床的刀库及机械手换刀装置为完全自主知识产权。开发出五轴车铣复合加工中心并完成了系列化、规格化产品的设计和生产。主轴最高转速7000r/min，可满足形状复杂的大型回转体零件加工要求，如飞机发动机主轴、起落架、船用发动机活塞、增压器蜗杆差速换向器、螺旋叶片合装的高速高效加工等。沈阳机床上个世纪末开始至今，通过自主开发设计，完善形成了车削直径400mm2到1250mm，具有卧式五轴五联动功能的车铣加工中心系列，它是一种集成了车、铣、钻、镗、攻丝等功能于一台设备上的高柔性机床，对于一些形状复杂、精度要求高的异形回转体零件可在一次装夹中完成全部或大部分工序的加工，既可保证精度，又可提高效率、降低成本。2004年沈阳机床全套引进了德国SCHIESS大型立车及立式车铣加工中心图纸及工艺，并在德国专家的协助下，形成了从车削直径1200mm到10000mm，载重几吨到百吨以上的全系列的大型立式车铣加工中心。此类机床主要用于军工产品。发电设备、造船、风机。航空航天、交通运输等行业，加工各种精度高、工序多、形状复杂大型盘类零件。使用该机床可以节省工艺装备、缩短生产准备周期、保证零件加工质量、提高生产效率。1.2车铣加工中心各轴的运动原理及实现五坐标是指在三个平动坐标轴基础上增加两个转动坐标轴(A，B或A，C或B，C)且五个轴可以联动。由于具有两个转动轴，五坐标机床可以有很多种运动轴配置方案，但它们可以归于如下三大结构类型：(1)刀具摆动型这种结构类型是指两个转动轴都作用于刀具上，由刀具绕两个互相正交的轴转动以三元整体叶轮的几何造型与五坐标数控加工使刀具能指向空间任意方向。由于运动是顺序传递的，因而在两个转动轴中，有一个的轴线方向在运动过程中始终不变，成为定轴，而另一个的轴线方向则是随着定轴的运动而变化，成为动轴(动轴紧靠刀具)。对于定、动轴的配置，理论上存在A-B，A-C，B-C，B-A，C-A和C-B等六种组合情况。但由于在A-C，B-C的情况下动轴轴线与刀具轴线平行而没有意义，因此定、动轴的运动配置主要是A-B，B-A，C-A和C-B四种，这类机床的主要特点是摆动机构结构较复杂，一般刚性较差，但其运动灵活，机床使用操作(如装卡工件)较方便。(2)工作台回转／摆动型这种结构类型是指两个转动轴都作用于工件上，根据运动的相对性原理，它与由刀具摆动产生的效果在本质上是一样的。这种结构也是定、动轴结构，只是其动轴紧靠工件。对于其定、动轴的配置，理论上也有A-B，A-C，B-C，B-A,C-A和C-B六种组合情况。但由于此时的定轴到刀具间只存在平动，因而选C轴作为定轴将不能改变刀具轴3线的方向而失去意义，因此该类型的定、动轴的运动配置分类是A-B，A-C，B-C，B-A四种，而且A-B，A-C，B-A，B-C实质上也可看成是等效的结构(初始状态不同)。这类机床的主要特点是其旋转，摆动工作台刚性容易保证、工艺范围较广，而且容易实现。但由于工件要随工作台在空间摆动，因此这种结构主要适合于中小规格的机床用于加工体积不大的零件。(3)刀具与工作台回转，摆动型这种结构类型是指刀具与工件各具有一个转动运动。这种结构不是定、动轴结构，两个回转轴在空间的方向都是固定的。对于其两个转动轴的配置情况，若按先工件后刀具的顺序，则理论上也有A-B，A-C，B-A，B-C,C-A和C-B六种组合情况．显然，刀具绕其转动的轴不能取为平行于C，否则同样将因不能改变刀具轴线的方向而失去意义。因此该类型机床中的两个转动轴的配置情况是A-B,B-A,C-A和C-B四种。这类机床的特点介于上述两类机床之间。对于五坐标机床，不管是哪种类型，由于他们具有两个回转坐标，相对于静止的工件来说，其运动合成可使刀具轴线的方向在一定的空间内(受机构结构限制)任意控制，从而具有保持最佳切削状态及有效避免刀具干涉的能力，因此，五坐标加工又可以获得比四坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果，特别适宜于大型或直母线类零件的高效高质量加工以及异型复杂零件的加工。常见的5轴数控机床或加工中心结构，主要通过5种技术途径实现。(1)双转台结构采用复合A(B)、C轴回转工作台，通常一个转台在另一个转台上，要求两个转台回转中心线在空间上应能相交于一点。(2)双摆角结构装备复合A、回转摆角的主轴头，同样要求两个摆角回转中心线在空间上应能相交于一点。双摆角结构将5轴数控机床列为国家战略物资严格管理，在大型龙门式数控铣床上也得到了较多应用。(3)回转工作台+摆角头结构(4)复合A(B)C回转轴电主轴头结