桌面立式3轴微细加工数控铣床设计(共27页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 SHANDONG UNIVEERSITY OF TECHNOLOGY毕业设计说明书桌面立式3轴微细加工数控铣床设计 学 院: 机械工程学院 专 业:机械设计制造及其自动化 学生姓名: 学 号: 指导教师: 2014年6月专心-专注-专业摘 要 当今制造业中,特别以医疗器械、微电子技术、航天、国防工业为代表的领域中,对精密、超精密三维微小零件的需求日益迫切。其形状结构的特意化、零件材料的多样化、尺寸及表面质量的高精度化成为三维微小零件以及其微型装备的显著特征。因此,微型化制造技术啊的研究已经成为现在科学研究的前沿和热点。微型机床系统与微细制造技术受到国内外学术界和工业
2、界的广泛关。 传统的加工系统中,即使最终产品的尺寸很小,所使用的机床依然很大。故而浪费的空间、资源和能源,并且效率低、灵活性差,加工难度大。所谓微细加工,就是用微小机床来加工微小零件。微小机床有助于提高空间利用率和降低成本。同时由于惯性较小,容易达到高速加工和高精度运动控制。微型铣削工艺具有加工任意材料、三维复杂形状零件的能力,而数控技术是是制造业实现自动化、柔性化、集成化的基础,因此对微细加工数控铣削机床的研究具有重要的理论意义和实际应用前景。所以我设计了这种桌面立式3轴微细加工数控铣床。关键词:桌面铣床 微细加工 数控AbstractIn the modern manufacturing,
3、 especially in medical apparatus and instruments, microelectronics, aerospace, defense industry, represented by domain, for precision and ultra precision 3 d micro parts demand is increasingly urgent. The shape of the structure of the specially, the diversification of parts material, size and surfac
4、e quality of high precision become 3 d micro parts and micro equipment characteristic. Therefore, miniaturization manufacturing technology research has become the forefront of scientific research and hot now. Miniature machine tool system with micro manufacturing technology widely held by academia a
5、nd industry both at home and abroad.Traditional machining system, even if the final product size is small, the use of machine tool remains large. So the space of the waste, resources and energy, and low efficiency, poor flexibility, processing is difficult. The so-called micro machining, is the use
6、of tiny machine tool for processing small parts. Small machine tools can help improve the space utilization and reduce cost. At the same time due to inertia is small, easy to achieve high-speed processing and high precision motion control. Micro milling technology with any material, capable of 3 d c
7、omplex shape parts, and numerical control technology is the is the foundation of manufacturing automation, flexibility, integration, so the study of micro machining CNC milling machine has important theoretical significance and practical application. So I design this desktop 3 axis micro machining v
8、ertical CNC milling machine.Key words:Desktop milling machine Micro machining CNC目录:第一章 引言1.1微型铣床1.1.1微型铣床的意义在现代的制造业中,特别以医疗器械、微电子技术、航天、国防工业为代表的领域中,对精密、超精密三维微小零件的需求日益迫切。其结构形状的特意花、零件材料的多样化、尺寸及表面质量的高精度化成为三维微小零件及其微型装备的显著特征。因此,微型化制造技术啊的研究已经成为现在科学研究的前沿和热点。微型机床系统与微细制造技术受到国内外学术界和工业界的广泛关。 传统的加工系统中,即使最终产品的尺寸很
9、小,所使用的机床依然很大。故而浪费的空间、资源和能源,并且效率低、灵活性差,加工难度大。所谓微细加工,就是用微小机床来加工微小零件。微小机床有助于提高空间利用率和降低成本。同时由于惯性较小,容易达到高速加工和高精度运动控制。微型铣削工艺具有加工任意材料、三维复杂形状零件的能力,而数控技术是是制造业实现自动化、柔性化、集成化的基础,因此对微细加工数控铣削机床的研究具有重要的理论意义和实际应用前景。1.1.2近年来微型铣床的国内外研究现状近年来,随着航空航天、国防工业、微电子行业、现代医学以及生物工程技术的发展,民用及国防等领域对微细加工的需求与日俱增,微细机械加工技术受到了世界各国的高度重视。日
10、本、美国和欧洲发达国家近年来都投入了大量的人力、物力和财力开展微小型加工单元的研究与开发。(1)国外:日本通产省机械技术技术研究所最早于1990年提出了桌面微工厂的概念,并于1999年制成了世界上第一套由车床、铣床、冲压床、搬运机械手和装运机械手组成的桌面微工厂。桌面式微工厂体积小巧并且可以使用先进的制造技术加工微小零件,特别具有节能环保等优势。2000年“科学技术周”期间又展示了手提式微小型加工系统,都验证了“微小型机床加工微小零件”的可行性。美国的麻省理工学院、佐治亚理学院、加州大学伯克利分校、密西根大学、威斯康辛大学等都针对微小加工制造系统开展了广泛的研究,一些研究成果已成功用于航空航天
11、、生物医疗等领域。德国的阿亨工业大学、卡尔斯鲁厄大学近年也开展了淬火钢和硬铝材料微细零件的微洗削技术研究。卡尔斯鲁厄大学与奔驰汽车厂合作研制了世界上首台转速为rpm的精密微小型铣床,用以加工微小型模具,实现了用微小设备高速加工微小零件。(2)国内: 我国对微型数控机床的研究才刚刚起步,哈尔滨工业大学、南京航空航天大学和上海交通大学的研究所已经开展了卓有成效的研究工作。哈尔滨工业大学精密工程研究所已研制出小型卧式及立式铣床,其中最新研制出的微小型超精密三轴联动数控铣床建立了NC嵌入PC型开放式跑数控系统,开发了界面友好的控制软件并集成了视频采集模块。另外,北京航空精密机械研究所、清华大学、西北工
12、业大学等也针对微细机床开展了积极的研究。但我国研制的微型数控机床在稳定性、精度、灵敏度等方面与发达国家还相差很远。1.1.3微型铣床设计方案的可行性分析微细数控铣床尺寸的微小化并不是将传统数控铣床直接微型化,而且远超出了传统数控铣床的概念和范畴,在尺度效应、结构、材料、制造方法和工作原理等方面都与传统铣床截然不同。所以,微系统的尺度效应、物理特性和微切削应用技术、微切削热理、微切削工艺研究是本课题研究的主要内容。 数控铣削加工是一种最灵活和最常见的精密加工方式,桌面机床是近些年伴随着高性能数控系统而出现的,具有占地面积小、节能等优点,是精密机床设计技术的发展趋势。本次毕业设计是针对某企业的实际
13、需要,设计一台立式三轴数控铣床,其中重点解决内容为:(1)根据加工对象及工艺的要求,确定结构参数;(2)确定各个轴的配置方式及性能参数;(3)进行相关设计计算;(4)完成各个运动部件的设计;(5)完成微细加工桌面三轴数控铣床总体方案设计。1.2数控机床数控机床的操作和监控全部在单元中完成。数控铣削加工除了具有普通铣床加工的特点外,而且对零件加工的适应性好、灵活性强,能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件,如模具类零件、壳体类零件等;还能加工普通机床无法加工或很难加工的零件,如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件;能加工一次装夹定位后,需进行多道工序加工的零件。同时具有加工精度
14、高、加工质量稳定可靠;生产自动化程序高,可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化;生产效率高等特点。与普通机床相比,数控机床有如下特点:1、对加工对象的适应性强,适应模具等产品单件生产的特点,为模具的制造提供了合适的加工方法。2、加工精度高并且具有稳定的加工质量。这是因为数控机床是按数字信号形式控制的,而且机床进给传动造成的误差可由数控装置进行补偿。3、进行多坐标的联动进而加工形状复杂的零件。在数控机床上加工零件,主要取决于加工程序,它与普通机床不同,不需要更换许多模具、夹具,不需要经常重新调整机床。加工同一批零件,在同一机床,在相同加工条件下,使用相同刀具和加工程序,刀具的走刀轨迹完全
15、相同,零件的一致性好,质量稳定。4、效率高。一方面,数控加工前是机床经调整好后,输入程序并启动,机床就能有自动连续地进行加工,直至加工结束。操作者要做的只是程序的输入、编辑、零件装卸、刀具准备、加工状态的观测、零件的检验等工作,劳动强度大降低,机床操作者的劳动趋于智力型工作。所以加工零件改变时,只需要更改数控程序,可节省生产准备时间。另一方面,机床一般是结合起来,既清洁,又安全。5、有利于管理、生产的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息,使用了计算机控制方法,为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础;数控机床的加工,可预先精确估计加工时间,对所使用的刀具、夹具可进行规范化,
16、现代化管理,易于实现加工信息的标准化,已与计算机辅助设计与制造有机地结合起来,是现代化集成制造技术的基础。第二章 铣床总体设计2.1铣床的总体布局铣床布局应该主要考虑减少微型铣床占用的空间,缩小机床整体尺寸,同时考虑应用的广泛性,本立式铣床XYZ三个自由度的分布采用主轴在Z、X轴方向相互叠加移动,工作台只在Y轴方向上移动的布局形式。X方向部件 电主轴 Z方向部件 Y方向部件 工作台 底座 图1 Solidworks画出的铣床三维结构图2.2控制系统为了实现铣床的高精度、微细加工,铣床的控制系统采用数控系统控制。数控机床的操作和监控全部在单元中完成。数控铣削加工除了具有普通铣床加工的特点外,而且
17、对零件加工的适应性好、灵活性强,能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件,如模具类零件、壳体类零件等;还能加工普通机床无法加工或很难加工的零件,如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件;能加工一次装夹定位后,需进行多道工序加工的零件。同时具有加工精度高、加工质量稳定可靠;生产自动化程序高,可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化;生产效率高等特点。与普通机床相比,数控机床有如下特点:1、对加工对象的适应性强,适应模具等产品单件生产的特点,为模具的制造提供了合适的加工方法。2、加工精度高并且具有稳定的加工质量。这是因为数控机床是按数字信号形式控制的,而且机床进给传动造成的误差
18、可由数控装置进行补偿。3、进行多坐标的联动进而加工形状复杂的零件。在数控机床上加工零件,主要取决于加工程序,它与普通机床不同,不需要更换许多模具、夹具,不需要经常重新调整机床。加工同一批零件,在同一机床,在相同加工条件下,使用相同刀具和加工程序,刀具的走刀轨迹完全相同,零件的一致性好,质量稳定。4、效率高。一方面,数控加工前是机床经调整好后,输入程序并启动,机床就能有自动连续地进行加工,直至加工结束。操作者要做的只是程序的输入、编辑、零件装卸、刀具准备、加工状态的观测、零件的检验等工作,劳动强度大降低,机床操作者的劳动趋于智力型工作。所以加工零件改变时,只需要更改数控程序,可节省生产准备时间。
19、另一方面,机床一般是结合起来,既清洁,又安全。5、有利于管理、生产的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息,使用了计算机控制方法,为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础;数控机床的加工,可预先精确估计加工时间,对所使用的刀具、夹具可进行规范化,现代化管理,易于实现加工信息的标准化,已与计算机辅助设计与制造有机地结合起来,是现代化集成制造技术的基础。2.3传动系统2.3.1主轴及其驱动传动系统 主轴是本桌面式微小铣床的关键性部件,其运动误差特性将会直接影响零件的表面质量和精度。为了使桌面微小铣床在满足结构紧凑的同时提高加工精度,我们要求主轴满足以下几个需求: 1.调速范围大。
20、数控加工时的切削用量特别是切削速度的选择,关系到机床表面加工质量和机床生产率。因此对于本数控铣床,为适应各种工序和不同材料加工的要求,更需要主传动动变速范围很大。 2.要求主轴能在整个速度范围内均能提供切削所需的功率或扭矩,特别是在强力切削时有足够的驱动功率或输出扭矩。 3.动态响应性良好。既要主轴升降速时间短又要调速时运转平稳。而且能同时能实现正、反转切削,即要求换向时均可进行自动加减速控制。 4.主轴回转精度高。要求主轴部件具有足够的刚度和抗振性、较好的热稳定性,在随温度变化时主轴的轴向和径向尺寸变化尽可能小。因此,这同时要求主传动的传动链要短。 5.恒线速切削以及联动功能。为了提高工件表
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