开题报告PPT

立式加工中心工作台的设计与特性分析 Vertical Machining Center Workbench Design and Characteristics Analysis,姓名：马云治 学号：2014010503 专业：机械设计及其自动化 指导教师：王红军教授,北京信息科技大学学士论文开题报告,2,实现方法、预期的目标,研究目标、内容及拟解决的问题,国内外研究现状与发展趋势,目录,课题综述,计划 进度安排,主要参考文献,1 课题综述,1.1 五轴联动立式加工中心工作台介绍,五轴机床（5 Axis Machining），顾名思义，是指在X、Y、Z，三根常见的直线轴上加上两根旋转轴。A、B、C三轴中的两个旋转轴具有不同的运动方式，以满足各类产品的技术需求。而在5轴加工中心的机械设计上，机床制造商始终坚持不懈地致力于开发出新的运动模式，以满足各种要求。综合目前市场上各类五轴机床，其机械结构形式多种多样。 在现有的三坐标联动数控机床的工作台上再增加两个旋转自由度，将其安装在原有的工作台上，与原有的工作台成为一个整体，成为一个多自由度的回转工作台。再通过对数控系统的升级（不属于此题范畴），使该机床成为五坐标联动的数控机床。这样的双回转数控工作台不仅可以沿X、Y、Z方向作平行移动，在A、B两轴能同时摆动，在A轴上能够左右摆动30度，在B轴上可以前后摆动30度。不仅可以加工简单的直线、斜线弧，还可适应更复杂的曲面和球形零件的加工。,1 课题综述,1.12五轴联动立式加工中心工作台的分类,五轴联动立式加工中心的分类：五轴联动加工中心有摇篮式、立式、卧式、NC工作台+NC分度头、NC工作台+90B轴、NC工作台+45B轴、NC工作台+通用卧式五轴联动数控机床 A轴、二轴NC 主轴等。 (1)双摆头形式（+A ,+C） (2)俯垂型摆头式（+B ,+C 刀具） (3)双转台形式(NC工作台) (4)俯垂型工作台式（+B ,+CNC工作台） (5)一摆一转形式（+A ,NC工作台）,1 课题综述,1.12五轴联动立式加工中心工作台的特点,1、可有效避免刀具干涉 2、对于直纹面类零件，可采用侧铣方式一刀成型 3、对一般立体型面特别是较为平坦的大型表面，可用大直径端铣刀端面贴近表面进行加工 4、可一次装卡对工件上的多个空间表面进行多面、多工序加工 5、五轴加工时，刀具相对于工件表面可处于最有效的切削状态。零件表面上的误差分布均匀 6、在某些加工场合，可采用较大尺寸的刀具避开干涉进行加工,1 课题综述,1.12五轴联动立式加工中心工作台的特点,1. 保持刀具最佳切削状态，改善切削条件 如上图，在左图中三轴切削方式，当切削刀具向顶端或工件边缘移动时，切削状态逐渐变差。而要在此处也保持最佳切削状态，就需要旋转工作台。而如果我们要完整加工一个不规则平面，就必须将工作台以不同方向旋转多次。可以看见，五轴机床还可以避免球头铣刀中心点线速度为0的情况，获得更好的表面质量。,1 课题综述,1.12五轴联动立式加工中心工作台的特点,2. 有效避免刀具干涉 如上图，针对航空航天领域内应用的叶轮、叶片和整体叶盘等零件，三轴设备由于干涉原因无法满足工艺要求。而五轴机床就可以满足。同时五轴机床还可以使用更短的刀具进行加工，提升系统刚性，减少刀具的数量，避免了专用刀具的产生。,1 课题综述,1.12五轴联动立式加工中心工作台的特点,3. 减少装夹次数，一次装夹完成五面加工 如右图可以看出五轴加工中心还可以减少基准转换，提高加工精度。在实际加工中，只需一次装夹，加工精度更容易得到保证。同时五轴加工中心由于过程链的缩短和设备数量的减少，工装夹具数量、车间占地面积和设备维护费用也随之减少。这意味着您可以用更少的夹具，更少的厂房面积和维护费用，来完成更高效更高质量的加工！,2 国内外研究现状与发展趋势,2.1国内外研究现状,1.国内研究现状 由于我国工业基础薄弱，国外同类产品的技术封 锁，国内五轴联动数控机床相对于国外整体水平还较 低，具体体现在关键功能还不能自主研发或者与国外 同类产品比，稳定性、精度等相差较大。但是在国家相 关政策的支持及相关企业、学校等部门的努力下，我国 五轴数控机床技术也得到了飞快的发展，逐渐形成了 较为成熟的产品。从CIMT2007展会上所展机床情况来 看，我国五轴联动数控机床已经形成了品种多样、技术 成熟、拥有自主技术知识产权的特点151。沈阳机床展出 了适合于航空工业钛合金和铝合金机框加工的主轴 /I、B轴摆动的VMC25100u五轴立式加工中心。这类产品长期以 来一直依靠国外进口，是国外限制出口的髙科技产品， 这是我国五轴联动数控机床产业的一重大突破。,2.国外研究现状 当前国外五轴联动数控机床以欧美、日本为代 表，这些国家的五轴联动数控机床代表了当今五轴联 动数控机床发展的最髙水平。目前国外著名机床厂五 轴联动数控机床技术发展重点可归结为：高速、高精 度、环保、智能、复合化。力矩电机在国外作为回转坐 标驱动装置的广泛使用，使得国外机床进给机构实现 了高速、低损耗、高精度、高效率的目标|5DMG公司 的DMC165在配上了旋转工作台后，可以进行五轴联 动的数控加工。该机床的最高转速可达到30 000 r/ min,由于采用高性能直线电机驱动，其最快移动可达 到90m/min，加速度2 g。,2 国内外研究现状与发展趋势,2.2发展趋势,高速、高效率。 高可靠性。 高精度。 复合化。 智能化、网络化、柔性化。,3研究目标、内容及拟解决的问题,3.1研究内容及目标,1）立式加工中心工作台的总体设计，包括总体结构设计，运动方案、进给运动方案、道具方案等设计； 2）工作台的机械系统的设计计算，包括进给运动系统的设计计算，以及机械强度校核等； 3）工作台运动电机和滚珠丝杠的选择； 4）用三维设计软件设计有关零部件，并进行装配，生成二维图； 5）基于pro/E的工作的运动仿真。 6) 基于ANSYS对工作台模型进行有限元分析。,3研究目标、内容及拟解决的问题,3.2拟解决的问题,对工作台的可能出现的问题进行评估预测（比如会出现爬行，机械振动等），优化这些问题。 首先是结构形式的确定，选择合理的形式和尺寸。工作台的设计重要的是在满足设计要求的前提下实现结构的最简化、重量的最轻巧，因此设计的刚度、强度和稳定性计算是设计研究的主要问题。 工作台装配图及其关键零件的绘制和运动仿真。、 对工作太关键零件进行有限元分析，提前预防机械事故的发生,4 实现方法及预期目标,4.1实现方法,根据设计要求和原始资料进行初步的计算：查找相关资料并阅读，并最终确定结构方案； 设计并计算工作台部分的主要零部件，如传动部件、支撑部件、控制电机等。 利用proe,ansys软件绘制工作台的装配图以及重要零件图； 利用三维设计软件进行运动仿真； 对工作台关键零件进行有限元分析；,4 实现方法及预期目标,4.2预期目标,1.立式加工中心工作台总体布局的基本要求有一下几点： 1）、首先必须满足如加工范围、工作精度、生产率和经济性等等各种要求； 2）、确保实现既定工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置与相对运动。在经济合理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率； 3）、确保工作台具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗振性、热变形及噪音水平； 4）、应便于观察加工过程，便于操作、调整和维修，便于输送、装卸工件和清理，注意防护，确保安全； 5）、结构简单，合理可靠，便于加工和装配。,4 实现方法及预期目标,4.2预期目标,(1)双摆头形式（+A ,+C）,1.立式加工中心工作台总体布局的大概可以分为以下五种形式： (1)双摆头形式（+A ,+C） (2)俯垂型摆头式（+B ,+C 刀具） (3)双转台形式(NC工作台) (4)俯垂型工作台式（+B ,+CNC工作台） (5)一摆一转形式（+A ,NC工作台）,2.选择确定加工台结构 工作台在X,Y,Z轴方向的移动，在A，B轴上的摆动（前后左右各30度）,5 进度安排,(1)双摆头形式（+A ,+C）,1-2 周:熟悉课题；收资、调研、实习、记录。 3-4周:掌握设计任务，对可行方案进行论证、分析。 5-7周: 运动以及动力设计计算，确定总体设计方案，绘制方案草图。 8-12周: 加工中心主轴组件设计，设计图纸绘制。 13-14周: 工作台装配，垂直进给系统设计。 15-16 周: 撰写说明书，翻译和其他工作。 17周: 完善图纸及其论文说明书，进行试答辩。 18周: 打印图纸说明书， 准备答辩。,5 参考文献,(1)双摆头形式（+A ,+C）,肖潇，郑兴睿主编. 数控机床原理与结构M. 北京：清华大学出版社, 2017.01. 杨飞, 高东强, 闫媛媛,等. 立式加工中心工作台系统的动态特性分析及结构优化J. 机械设计与制造, 2013(11):235-237. 陈洁训, 赵伟宜. 五轴立式加工中心耳轴式回转工作台技术要点分析J. 现代制造技术与装备, 2017(3):29-30. 李强, 林慧. 一种高效率立式加工中心数控机床:, CN206230318UP. 2017. 杜贝. 龙门加工中心结构设计与静动态特性分析D. 陕西科技大学, 2016. 罗晓燕, 何宁, 宋春明,等. 立式铣床工作台的静动态特性分析J. 陕西理工学院学报(自科版), 2016, 32(1):10-14. 徐壮. 高精度双驱滚动工作台的装配与调整J. 橡塑技术与装备, 2016(8):76-77. 王爱玲，王俊元，马维金，彭彬彬. 现代数控机床伺服及检测技术 第4版M. 北京：国防工业出版社, 2016.04. 侯延星. 浅谈五轴立式加工中心的新发展J. 世界制造技术与装备市场, 2017(5):52-55. 蒲凡, 胡光忠, 邹亮,等. 立式加工中心立柱动静态特性分析与拓扑优化J. 现代制造工程, 2017(1):70-75. 刘永贤. 机械工程概论 第2版M. 北京：机械工业出版社, 2016.03. 王美妍, 张文亭, 刘其兵. 高速立式加工中心工作台的结构设计与静态性能有限元分析J. 机械制造, 2017, 55(4):9-10. 山晓媛, 桑会庆. 立式加工中心进给系统的联动控制J. 科学与财富, 2016(12). 朱军. 高速立式加工中心模态分析及结构优化设计D. 上海交通大学, 2010. 仇政, 张松, 田昆,等. 加工中心进给系统动态特性分析及工作台尺寸优化设计J. 制造技术与机床, 2017(4):56-62. Wang M. Malfunction Analysis of High Speed Vertical Machining CenterJ. New Technology & New Process, 2017. Vibhute G G. Twin spindle gantry type vertical machining centre (vmc):, WO 2016110863 A1P. 2016. Luo X Y, Ning H E, Song C M, et al. Static and dynamic characteristics analysis and research of vertical milling machine workbenchJ. Journal of Shaanxi University of Technology, 2016. Liu K, Sun M, Yuliang W U, et al. Thermal Error Compensation without Temperature Sensors for CNC Machine Tools Feed Dr