車(chē)銑加工中心左右立柱結(jié)構(gòu)與工藝面制造工藝設(shè)計(jì)（哈理工）

車(chē)銑加工中心左右立柱結(jié)構(gòu)與工藝面制造工藝設(shè)計(jì)（哈理工）,加工,中心,左右,擺布,立柱,結(jié)構(gòu),工藝,制造,設(shè)計(jì),理工 指導(dǎo)教師 姜彬 車(chē)銑加工中心左右立柱結(jié)構(gòu)與工藝面制造工藝設(shè)計(jì) 班級(jí) 機(jī)械07 11學(xué)生 車(chē)嘯龍學(xué)號(hào) 0701011110 研究方法與過(guò)程 本文遵從 功能決定結(jié)構(gòu) 的設(shè)計(jì)思想 利用多種手段 如文中借鑒國(guó)內(nèi)外知名書(shū)籍 論文 并借助了有限元分析法對(duì)課題進(jìn)行研究 由立柱的結(jié)構(gòu)分析入手 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 并設(shè)計(jì)工藝面工藝 第一部分 緒論第二部分 左右立柱結(jié)構(gòu)分析第三部分 左右立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第四部分 左右立柱與工藝面制造工藝 意義 立柱是數(shù)控機(jī)床中主要的構(gòu)件之一 它支撐主軸系統(tǒng) 立柱的剛性是影響加工村度的要因素之一 目前 許多立式數(shù)控機(jī)床采用了龍門(mén)式立柱 所以龍門(mén)式立柱的結(jié)構(gòu)和加工工藝對(duì)龍門(mén)機(jī)床產(chǎn)生重大影響 隨著人們認(rèn)識(shí)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力的不斷提高 機(jī)床機(jī)床支撐件的分析和研究成為機(jī)床制造行業(yè)中新產(chǎn)品研制的重要環(huán)節(jié) 在整個(gè)機(jī)床的各個(gè)組成部分中 機(jī)床床身和立柱是一個(gè)及其重要的大件 它起著支撐工件和連接工作臺(tái) 主軸箱等關(guān)鍵零部件的作用 立柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸和布局形式 決定了其本身的各個(gè)動(dòng)態(tài)特性 也決定了所加工工件的質(zhì)量 緒論 緒論 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi) 總體發(fā)展趨勢(shì)與國(guó)際數(shù)控機(jī)床的技術(shù)趨勢(shì)是一致的 主要仍然朝高精度 高速度 復(fù)合化 多軸聯(lián)動(dòng) 柔性化 大型化等技術(shù)方向發(fā)展 緒論 國(guó)外研究現(xiàn)狀 世界上加工中心的發(fā)展總趨勢(shì)是提高性能 降低價(jià)格 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展 滿足用戶(hù)不斷提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的需求 總而言之 市場(chǎng)和用戶(hù)對(duì)加工中心提出了越來(lái)越高的要求 如何加速培養(yǎng)人才 加強(qiáng)科研開(kāi)發(fā) 緊密合作是滿足市場(chǎng)需求的關(guān)鍵 第2章左右立柱結(jié)構(gòu)分析 按極限進(jìn)給時(shí)立柱端面的受力分析 第2章左右立柱結(jié)構(gòu)分析 以極限進(jìn)給量切削時(shí)作用于機(jī)床主軸的最大切削載荷 沿XYZ方向分量分別為10131N 8443N 7444N 影響機(jī)床立柱端面作用力的主要因素及受力分析 1 機(jī)床主軸最大切削載荷 2 主軸箱和拖板以及橫梁自重 3 機(jī)床主軸所處位置對(duì)立柱端面作用力的影響 4 立柱端面的螺栓孔及其簡(jiǎn)化假設(shè) 第2章左右立柱結(jié)構(gòu)分析 6 主軸箱和拖板自重與機(jī)床主軸最大切削載荷的合并 7 由橫梁自重導(dǎo)致的立柱端面工作點(diǎn)的作用力 f1z f2z f10z W 2x10 2423N 8 由Px導(dǎo)致立柱端面各工作點(diǎn)的作用力 第2章左右立柱結(jié)構(gòu)分析 9 由Py導(dǎo)致立柱端面工作點(diǎn)的作用力 10 由Pz導(dǎo)致立柱端面各工作點(diǎn)的作用力 11 按極限進(jìn)給量切削時(shí)機(jī)床立柱端面各工作點(diǎn)的總的作用力 由Py導(dǎo)致立柱端面工作點(diǎn)的作用力 第2章左右立柱結(jié)構(gòu)分析 立柱導(dǎo)軌工藝面的精度影響因素及立柱導(dǎo)軌直線度分析1 立柱導(dǎo)軌工藝面的精度要求及影響因素要求 精度保持性 抗振性與穩(wěn)定性 導(dǎo)向精度 運(yùn)動(dòng)靈敏度和定位精度 剛度影響因素 導(dǎo)軌制造誤差 導(dǎo)軌的安裝誤差 導(dǎo)軌磨損 其他因素2 立柱導(dǎo)軌直線度分析 1 機(jī)床導(dǎo)軌直線度誤差 第2章左右立柱結(jié)構(gòu)分析 2 立柱導(dǎo)軌直線度分析 1 機(jī)床導(dǎo)軌直線度誤差 第2章左右立柱結(jié)構(gòu)分析 2 機(jī)床導(dǎo)軌直線度的檢驗(yàn)與誤差的精確評(píng)定直線度誤差的測(cè)量方法 水平儀法 將水平儀放置在具有適當(dāng)跨距的板橋上 測(cè)量時(shí) 板橋的2個(gè)支點(diǎn)沿被測(cè)導(dǎo)軌首尾相接地按跨距移動(dòng) 同時(shí) 記錄水平儀讀數(shù) 第2章左右立柱結(jié)構(gòu)分析 直線度誤差的評(píng)定方法 采用構(gòu)造包容線法 第3章左右立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 龍門(mén)式立柱的元結(jié)構(gòu)1立柱元結(jié)構(gòu)選型 以立柱的低階固有頻率為選擇標(biāo)準(zhǔn) 通過(guò)ANSYS測(cè)試選型 第3章左右立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2元結(jié)構(gòu)高度h對(duì)其動(dòng)態(tài)特性的影響由圖可知 隨高度的增加 元結(jié)構(gòu)的低階固有頻率降低較快 所以在設(shè)計(jì)龍門(mén)式立柱時(shí) 應(yīng)根據(jù)工條件 盡可能減小立柱的高度 第3章左右立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3龍門(mén)立柱寬度W1對(duì)立柱頻率的影響由圖可知隨著立柱寬度的增加 立柱左右搖擺振動(dòng)頻率提高顯著 而前后方向的振動(dòng)頻率變化不大 圖中A B兩條線在300mm與400mm之間有一個(gè)交點(diǎn) 在交點(diǎn)附近 由于立柱寬度的增加 是立柱左右搖擺的頻率超過(guò)前后搖擺的頻率 第3章左右立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4龍門(mén)立柱厚度W2對(duì)立柱固有頻率的影響從圖中曲線可知 增加立柱的厚度 對(duì)立柱前兩階振動(dòng)頻率的提過(guò)效果并不明顯 但從圖b可以看出 增加立柱的厚度對(duì)提高扭轉(zhuǎn)頻率效果較好 第3章左右立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5龍門(mén)立柱傾角a對(duì)立柱固有頻率的影響由圖中曲線可知 隨著斜面傾角a的增加 立柱的左右頻率 A曲線 變化不大 同樣前后振動(dòng)頻率 B曲線 與扭轉(zhuǎn)頻率變化不大 第3章左右立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 立柱尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)以上的分析可知 不同的結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)立柱的固有頻率產(chǎn)生一定的影響 具有不同的動(dòng)態(tài)特性 所以根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系的影響和工作條件 初步設(shè)計(jì)立柱總體高度4500mm 立柱寬度800mm 厚度1000mm 傾角為0 壁厚優(yōu)化立柱結(jié)構(gòu)的最大許可彈性變形量為0 4222um 以立柱的壁厚為設(shè)計(jì)變量 而立柱結(jié)構(gòu)的變形為狀態(tài)變量 重量為目標(biāo)函數(shù) 其中設(shè)計(jì)變量和狀態(tài)變量的變化范圍為 立柱的壁厚初始設(shè)計(jì)為50mm 變化范圍設(shè)為O 50mm 狀在ANSYS下建立參數(shù)化立柱的有限元模型 立柱的壁厚由原來(lái)的50mm變化為35mm 即壁厚變小 第3章左右立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 立柱整體鑄造原則及工藝由于其材料應(yīng)滿足以下一些要求 在扭轉(zhuǎn) 彎曲 壓縮等外力作用下 產(chǎn)生的變形要小 所以選用HT300原因 1 吸震性要好 2 耐磨性能好 能長(zhǎng)期保持初始的精度 3 由于機(jī)床鑄件筋多 形狀復(fù)雜 因此要求其材料的鑄造性能要好 鑄造方法選擇的原則 一 兼顧鑄件的精度要求和成本 二 鑄造方法應(yīng)和生產(chǎn)批量相適應(yīng) 第4章左右立柱與工藝面制造工藝 鑄造工藝方案的確定 1分型面的確定2澆注位置的確定加工參數(shù)3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)4防止鑄件裂紋的工藝措施5鐵液準(zhǔn)備方案6澆注過(guò)程控制級(jí)鑄件應(yīng)力退火 第4章左右立柱與工藝面制造工藝 立柱導(dǎo)軌的制造工藝導(dǎo)軌的鑄造工藝方案的確定 1 分型面的確定 2 鑄造收縮率的確定 3 冒口形式及位置的確定 4 導(dǎo)軌中頻感應(yīng)淬火 5 導(dǎo)軌涂層材料及工藝技術(shù) 第4章左右立柱與工藝面制造工藝 工藝面制造工藝設(shè)計(jì)1立柱導(dǎo)軌面制造工藝設(shè)計(jì) 1 工藝面加工要求 精度等級(jí)不低于IT7 表面粗糙度不低于0 4 2 工藝方法 工工藝搭子法 3 刀具選用 硬質(zhì)合金面銑刀 200mm z 10 4 工藝路線及參數(shù)選定 粗銑 精銑 粗磨 精磨 第4章左右立柱與工藝面制造工藝 工藝面制造工藝設(shè)計(jì)1立柱導(dǎo)軌面制造工藝設(shè)計(jì) 1 工藝面加工要求 精度等級(jí)不低于IT9 表面粗糙度不低于3 2 2 工藝方法 百分表水平儀對(duì)照法 第4章左右立柱與工藝面制造工藝 特別說(shuō)明 3 刀具選用 硬質(zhì)合金面銑刀 200mm z 10 4 工藝路線及參數(shù)選定 粗銑 精銑 結(jié)論 1 由于立柱在加工工件的過(guò)程中 要具有好的剛度即其變形量要小 在借助ANSYS環(huán)境下運(yùn)行 得出初始結(jié)構(gòu)的最大變形為0 0004222mm 因此可以通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化 達(dá)到耗材最少的目的2 在理論基礎(chǔ)上 通過(guò)運(yùn)算 得出立柱結(jié)構(gòu)的階固有頻率及其振型 為預(yù)測(cè)其在不同的環(huán)境下工作的振動(dòng)情況提供了理論參考 3 現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展對(duì)提供工作母機(jī)的機(jī)床工業(yè)提出了越來(lái)越高的要求 除了要求機(jī)床具有越來(lái)越高的加工性能以外 還著重要求機(jī)床重量輕 成本低 使用方便和具有良好的加工工藝性 致謝 致謝本文是在姜彬教授的悉心指導(dǎo)下完成的 在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間 老師在選題 課題研究和撰寫(xiě)論文的過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)和極大的幫助 使我在理論和實(shí)踐上有了很大的提高 課題的順利完成和我所學(xué)到的知識(shí)及取得的成績(jī)都凝聚著老師的心血 更重要的是 姜老師淵博的學(xué)識(shí) 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 忘我的工作熱情 值得我終身學(xué)習(xí) 同時(shí)我院研究生李穎 王勝杰在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給予我很大的幫助 運(yùn)用有限元分析法幫我攻克論文中的難點(diǎn) 就此論文完成之際 謹(jǐn)向恩師及學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐致以衷心的感謝和崇高的敬意 借此機(jī)會(huì) 還要感謝機(jī)電工程學(xué)院的各位老師 感謝他們?cè)谶@四年中對(duì)我學(xué)習(xí)上給予幫助 最后 對(duì)所有關(guān)心我 支持我 幫助過(guò)我的老師 同學(xué)和朋友們表示衷心的感謝 請(qǐng)各位老師批評(píng)指正謝謝觀看