毕业设计（论文）-基于UG对车铣加工中心床头箱虚拟设计.doc

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1、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；UG 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

2、.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113.1 UG软件的简介以及特点113.2 UG软件的主要功能123.3 车铣加工中心床头箱结构分析133.4 UG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224.2 UG虚拟装配的装配过程224.3 UG的爆炸视图的过程25总结28致谢29参考文献30451 引言1.1 国

3、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Millturn M40和M40-M数控车铣复合机床

4、，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

5、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400mm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

6、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

7、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-

8、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线的方向而失去意义，因此该类型的定、动轴的运动配置分

9、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

10、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

11、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回转轴电主轴头结构复合电主轴头通常带C回转坐标360，A(B)坐标旋转一定范围。在大型龙门移动式加工中心或铣床上得到最为广泛的应用。(5)回转工作台+工作台水平倾斜旋转结构在一些紧凑型5轴数控加工中心上得到应用，适合加工一些中小型复杂零件。可见，5轴数控机床结构相对复杂，制造技术难度大，因而造价高

12、。5轴数控机床和3轴数控机床最大区别在于：轴数控机床在其连续加工过程中可连续调整刀具和工件闻的相对方位。5轴数控机床已成为加工连续空间曲线和角度变化的3D空间曲面零件的同义词，通常要求配置更为先进与复杂的5轴联动数控系统和先进的编程技术。1.3 车铣加工中心的优势车铣中心的优势可以概括为：一次装夹，集成加工，精度高，产品转型、更新换代方便。(1)一次装夹：没有基准转换，减少装夹，减少辅助时间。(2)集成加工：在一台机床上完成全部车、铣、钻、镗、铰、攻丝等全部加工，减少设备和人员。(3)精度高：由于一次装夹，没有基准转换，所以加工精度容易保证，尤其对于有形状和位置公差要求的零件更有必要。(4)产

13、品转型、更新换代方便：车铣加工中心的集成化高精度的加工技术，以及大容量的刀具和快捷的换刀方式，使其具有高柔性。当用户根据市场需求，准备将产品转型或更新换代时，不必更换设备，只需更换刀具既可，可以节约资金和时问。更重要的是，可以抓住瞬间即逝的机会和市场，赢得竞争的主动。图1.1所示为印刷桶，这是一个比较典型的，可以发挥车铣中心优势的零件，此零件以回转体为主导形状，增添了平面、曲面和斜平面以及键槽、孔等镗、铣，钻工序。可以在车铣中心上一次装夹，全部加工完成。由于是一次装夹、车削棒料和铣削大U形槽是沿着同一个导轨做轴向移动。所以U形槽的两侧面与轴心线的平行度可以得到保证。而其对于轴心线的对称度则由C

14、轴的补偿功能保证。图1.1和图1.2为在车铣中心上加工印刷桶的部分工序示意图：首先利用车铣中心的车削功能车削棒料(图1.2)；其次，利用C轴、Y轴和Z轴、X轴铣削大U形槽及10斜边；最后，利用C轴、X轴进行镗孔加工。如果不用车铣中心，加工此零件则需要一台车削中心和一台立式数控镗铣床。这种方案的缺点是：至少需要配置两台机床，占地面积增加，人员增加，装夹具增加；不能一次装夹，全部加工完成，U形槽的两侧面与轴心的平行度和对轴心线的对称度不易保证。一旦产品更新换代，原有的设备极有可能失去作用，需要另增加设备。图1.1 印刷桶样品图1.2 车铣加工中心车削印刷桶的棒料 1.4 课题研究背景和意义车铣加工

15、中心可用于加工许多型面复杂的特殊关键零件，对航空、航天、船舶、兵器、汽车、电力、模具和医疗器械等制造业的快速发展，对改善和提升诸如飞机、导弹，发动机、潜艇及发电机组、武器等装备性能都具有非常重要的作用。车铣加工中心已成为装备制造业和先进国防武器装备产品快速研发与实现的关键基础性设备。因此，西方工业发达国家都将五轴数控机床列为国家战略物资严格管理，限制出口到发展中国家。正是在这一大的背景下，“十一五” 时期 ，我国用于国防装备领域的技改投入约有2500亿，我国国防工业将步入快速发展轨道，如此巨额的技改需求将进一步带动制造装备采购需求的快速增长。军工行业技改力度加大，对机床需求持续增长，航空、航天以及军工企业由于大多建厂早，设备老旧状态严重，企业的装5060年代产品占列设备的6070，90年代之后的设备仅有15左右。军工行业进入设备更新周期，随着国民经济的日益强大，航空航天以及军事工业也正发生着巨大变化，为了全面提高生产能力和科研能力，l0大军工集团均启动了一大批技术改造项目以求改变目前的装备状况， 该领域对高端机床需求持续增长。航空航天工业“十一五”期间航天器及运载火箭的发射将更为频繁，同时载荷的提