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机械毕业设计

V400立式加工中心立柱部分设计

时间:2015-04-01 22:20:05   作者:   来源:   阅读:3514   评论:0
  
1.1数控加工中心概述
    数字控制是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术,是用数字化信号进行控制的一种方法[16]。采用数控技术进行控制的机床,称为数控机床[8]。加工中心(Machining Center,简称MC)是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。它是适应省力、省时和节能的时代要求而发展起来的,它综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、气动技术、拖动技术、现在控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断、刀具和应用编程技术的高技术产品,将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能聚集在一台加工设备上,且增设有自动换刀装置和刀库,可以在一次安装工件后,数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具,自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能;依次完成多面和多工序的端平面、孔系、内外倒角、环形槽及攻螺纹等加工[4]
    随着电子技术的迅速发展,以及各种性能良好的传感器的出现和运用,加工中心的功能日趋完善,这些功能包括:刀具寿命的监视功能,刀具磨损和损伤的监视功能,切削状态的监视功能,切削异常的监视、报警和自动停机功能,自动检测和自我诊断功能及自适应控制功能等[1]。加工中心还与载有随行夹具的自动托板进行有机连接,并能进行切屑自动处理,使得加工中心成为柔性制造系统、计算机集成制造系统合自动化工厂的关键设备和基本单元。
1.2 数控加工中心的分类
1.2.1 加工中心的组成
    加工中心有各种类型,虽然外形结构各异,但总体上是由以下几大部分组成。   
1)基础部件:由床身、立柱和工作台等大件组成,它们是加工中心结构中的基础部件。这些大件有铸铁件,也有焊接的钢结构件,它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载,因此必须具备更高的静动刚度,也是加工中心中质量和体积最大的部件。
2)主轴部件:由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴是加工中心的关键部件,其结构的好坏对加工中心的性能有很大的影响,它决定着加工中心的切削性能、动态刚到、加工精度等。
3)数控系统:由CNC装置、可编程控制器、伺服驱动装置及电机等部分组成。
4)自动换刀装置(ATC):由刀库、机械手、驱动机构等部件组成。该系统是加工中心区别于其他数控机床的典型装置,它解决工件一次装夹后多工序连续加工中,工序与工序间的刀具自动储存、选择、搬运和交换任务。
5)自动托盘交换系统。
6)辅助装置:包括润滑、冷却、排屑、防护、液压、气动、检测系统等部分。
1.2.2 按照机床形态分类
(1)卧式加工中心  指主轴轴线为水平状态设置的加工中心。卧式加工中心一般具有3-5个运动坐标。常见的有三个直线运动坐标(沿X、Y、Z轴方向)加一个回转坐标(工作台),它能够使工件一次装夹完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工。卧式加工中心较立式加工中心应用范围广,适宜复杂的箱体类零件、泵体、阀体等零件的加工。但卧式加工中心占地面积大,重量大;结构复杂,价格较高[1]
(2)立式加工中心  指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心。立式加工中心一般具有三个直线运动坐标,工作台具有分度和旋转功能,可在工作台上安装—个水平轴的数控转台用以加工螺旋线零件。立式加工中心多用于加工筒单箱体、箱盖、板类零件和平面凸轮的加工。立式加工中心具有结构简单、占地面积小、价格低的优点。
(3)龙门加工中心  与龙门铣床类似,适应于大型或形状复杂的工件加工。(4)万能加工中心  万能加工中心也称五面加工中心小工件装夹能完成除安装面外的所有面的加工;具有立式和卧式加工中心的功能。常见的万能加工中心有两种形式:一种是主轴可以旋转900既可象立式加工中心一样,也可象卧式加工中心一样;另一种是主轴不改变方向,而工作台带着工件旋转900完成对工件五个面的加工。在万能加工中心安装工件避免了由于二次装夹带来的安装误差,所以效率和精度高,但结构复杂、造价也高[12]
 1.2.3按换刀形式分类
(1)带刀库机械手的加工中心  加工中心换刀装置由刀库、机械手级组成,换刀动作由机械手完成。
(2)机械手的加工中心  这种加工中心的换刀通过刀库和主轴箱配合动作来完成换刀过程。
(3)转塔刀库式加工中心  一般应用于小型加工中心,主要以加工孔为主。
加工中心常按主轴在空间所处的状态分为立式加工中心和卧式加工中心,加工中心的主轴在空间处于垂直状态的称为立式加工中心,主轴在空间处于水平状态的称为卧式加工中心。主轴可作垂直和水平转换的,称为立卧式加工中心或五面加工中心,也称复合加工中心。按加工中心立柱的数量分;有单柱式和双柱式(龙门式) [7]
1.2.4按数控系统功能分类
    加工中心根据数控系统控制功能的不同分:有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数,联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数,从而实现刀具相对工件的位置和速度控制[11]
1.2.5按工作台的数量和功能分类
    有单工作台加工中心、双工作台加工中心,和多工作台加工中心。
1.2.6按加工精度分类
(1)普通加工中心  普通加工中心,分辨率为1μm,最大进给速度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,分辨率为0.1μm,最大进给速度为15~100m/min,定位精度为2μm左右。介于2~l0 μm之间的,以±5 μm较多,可称精密级[3]
1.3 加工中心的主要加工对象
    加工中心适宜于加工复杂、工序多、要求较高、需用多种类型的普通机床和众多刀具夹具,且经多次装夹和调整才能完成加工的零件。其加工的主要对象有箱体类零件、复杂曲面、异形件、盘套板类零件和特殊加工等五类[4-6]
1.3.1箱体类零件
    箱体类零件一般是指具有一个以上孔系,内部有型腔,在长、宽、高方向有一定比例的零件。这类零件在机床、汽车、飞机制造等行业用的较多。箱体类零件一般都需要进行多工位孔系及平面加工,公差要求较高,特别是形位公差要求较为严格,通常要经过铣、钻、扩、镗、铰、锪,攻丝等工序,需要刀具较多,在普通机床上加工难度大,工装套数多,费用高,加工周期长,需多次装夹、找正,手工测量次数多,加工时必须频繁地更换刀具,工艺难以制定,更重要的是精度难以保证。
    加工箱体类零件的加工中心,当加工工位较多,需工作台多次旋转角度才能完成的零件,一般选卧式镗铣类加工中心。当加工的工位较少,且跨距不大时,可选立式加工中心,从一端进行加工。
1.3.2复杂曲面
    复杂曲面在机械制造业,特别是航天航空工业中占有特殊重要的地位。复杂曲面采用普通机加工方法是难以甚至无法完成的。在我国,传统的方法是采用精密铸造,可想而知其精度是低的。复杂曲面类零件如:各种叶轮,导风轮,球面,各种曲面成形模具,螺旋桨以及水下航行器的推进器,以及一些其它形状的自由曲面。这类零件均可用加工中心进行加工。铣刀作包络面来逼近球面。复杂曲面用加工中心加工时,编程工作量较大,大多数要有自动编程技术。
1.3.3异形件
    异形件是外形不规则的零件,大都需要点、线、面多工位混合加工。异形件的刚性一般较差,夹压变形难以控制,加工精度也难以保证,甚至某些零件的有的加工部位用普通机床难以完成。用加工中心加工时应采用合理的工艺措施,一次或二次装夹,利用加工中心多工位点、线、面混合加工的特点,完成多道工序或全部的工序内容。
1.3.4盘、套、板类零件
    带有键槽,或径向孔,或端面有分布的孔系,曲面的盘套或轴类零件,如带法兰的轴套,带键槽或方头的轴类零件等,还有具有较多孔加工的板类零件,如各种电机盖等。端面有分布孔系、曲面的盘类零件宜选择立式加工中心,有径向孔的可选卧式加工中心。
1.3.5特殊加工
    在熟练掌握了加工中心的功能之后,配合一定的工装和专用工具,利用加工中心可完成一些特殊的工艺工作,如在金属表面上刻字、刻线、刻图案;在加工中心的主轴上装上高频电火花电源,可对金属表面进行线扫描表面淬火;用加工中心装上高速磨头,可实现小模数渐开线圆锥齿轮磨削及各种曲线、曲面的磨削等[78]
1.4加工中心的特点
    加工中心是典型的集高新技术于一体的机械加工设备,已成为现代机床发展的主流方向。与普通数控机床相比,加工中心具有以下几个突出的特点。
1)工序集中:加工中心备用刀库,能自动换刀,使工件在一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加工。这是加工中心最突出的特点。
2)对加工对象的适应性强:加工中心的柔性高,对特殊要求反应迅速,而且可以快速实现批量生产,提高市场竞争能力。
3)加工精度高:由于加工工序集中,避免了长工艺流程,减少了人为干扰,故精度高,质量稳定。
4)生产生产率高:加工中心带有刀库和自动换刀装置,实现了工序集中,可减少工件装夹、测量和机床的调整时间,减少工件半成品的周转、搬运和存放时间,使机床的切削利用率高于普通机床3~4倍。
5)操作者的劳动强度低,工作条件好:劳动者不需要进行繁重的重复性手工操作,劳动强度和紧张程度均大为减轻,劳动条件也得到很大的改善。
6)经济效益高。
(7)有利于生产管理的现代化。

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