毕业设计（论文）：卧式车铣复合加工中心后立柱及其进给系统设计.doc

1、 1 目录 中文摘要，中文关键字 -2 英文摘要，英文关键字 -3 第一章 卧式车铣复合加工中心发展概述 -4 第二章 总体方案设计 -14 第三章 后立柱进给系统的设计计算 -17 第四章 后立柱主轴的设计与计算 -45 第五章 电气 原理图的 -67 第六章 其他 -72 参考文献 -74 外文原文 -76 外文翻译 -81 致谢 2 摘要 本次设 计的题目是“卧式车铣复合加工中心 后立柱及其进给系统设计 ”，包括总体方案的比较与制定、 后立柱 及 其 进给系统设计 、 控制电路设计（包括辅助电路及操作系统）， 后立柱及其进给系统关键零件设计， 相关机械部件的校核设计。其中 后立柱副动力头

2、传动 系统 和后立柱纵向进给 的设计是核心内容，主要包括：方案比较与制定、变频调速电动机的选择、轴承的选择及轴承寿命的校核 、 伺服电机的选型，滚珠丝杠的选型等。 关键词 ： 卧式车铣复合加工机床 后立柱及进给系统 伺服电机 滚珠丝杠 3 Abstract Key words: Horizontal turning and milling compound center After pillar and feed system servo motor ball screw 第一章 卧式 车铣复合加工中心发展概述 一、复合机床的发展概况 复合机床是当前世界机床技术发展的潮流。复合加工在保持工序集

3、中和消除（或减少）工件重新安装定位的总的发展趋势中，使更多的不同加工过程复合在一台机床上，从而达到减少机床和夹具，免去工序间的搬运和储存，提高工件加工精度，缩短加工周期和节约作业面积的目的。这不仅能够满足用户在减少占地面积，减少零件传送和库存，保证加工精度等方面的需求，而且也适应了现代社会的节能减排要求。目前越来越多的复杂零件采用复合机床进行综合加工，复合机床成为各国机床制造商开发的热门产品。 复合机床大体可分为三类：第一类是以车削为主体的复合加工机床，如车铣复合中心、小型五轴车铣复合中心、车铣复合加工单元等；第二类是以铣削为主体的复合加工机床，如五轴棒料加工中心；第三类为车磨复合加工机和倒置

4、4 式车磨复合中心。先进的复合加工机床用双主轴、双刀架 、九轴控制，可实现四至五轴联动，机床可以在一次安装下完成所有车、铣、钻工序加工。 车铣复合加工 (后面简称车铣加工 )不是单纯的将车和铣两种工艺合并到一台机床上。车铣复合加工运动复杂，影响表面加工质量的因素多 (如刀具转速、工件转速、轴向进给量、切削深度、工件直径、刀具直径、刀齿数、工件与刀具的夹角和偏心量、刀具角度等 )，而且这些因素的影响又相互耦合，使得车铣复合加工工艺参数选择变得尤为复杂，目前尚未完全揭示出车铣复合加工参数对加工表面质量的影响规律，这在一定程度上影响了车铣复合加工技术的推广和应用。众所 周知，一方面车铣复合加工机床售

5、价仍然很高，同时也缺乏相应的工艺技术支持，尽管车铣复合加工具有非常好的加工优势，许多企业还是望而兴叹；另一方面，我国的军工企业进口的高档车铣复合加工中心，由于缺乏丰富的车铣工艺技术支持，未能充分发挥出车铣复合加工装备的优势。因此研究车铣复合加工工艺技术不仅意义重大，而且具有广阔的应用前景。 与其它科学技术一样，车铣技术的产生和发展与生产实践是分不开的。高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面取得可喜成绩。主要表现在： 1. 机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟。包括铣 -车复合、车铣复合、车 -镗 -钻 -齿轮加工等复

6、合，车磨复合，成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡，完全加5 工”等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。 2.智能化技术有新突破数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。如：自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参 数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。 3.机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性

7、线进一步缩短、效率更高。机器人与加工中心、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用。 二、车铣复合加工中心的发展 车铣复合加工中心是将车削中心和加工中心的加工特点集于一台机床之上， 一次装夹进行多工序完全加工 （ DONE IN ONE），能为用户带来提高加工效率、降低零件加工成本和提高加工精度等好处。所以，这种机床一经问世，就很受用户欢迎，发展迅速。我们从近几届展览会上可以看出，复合加工中心展品是越来越多，技术和工艺水平也越来越高，形式也呈多样化。 车铣复合加工机床上有立、卧两种形式；加工

8、特点分为： 1）以车削为主，如：台湾崴立的 VTC1600、杭州友佳的 HT30sy；2）以铣削为主，如：沈阳一机的 HTM40100h、齐重数控的HDVTM160和大连机床的 VHT800。以铣削为主的铣车复合加工中心均为多轴五联动机 床。产品各具特点：根据不同的用6 户群和零件加工需要，机床的结构形式和加工性能也有所不同。沈阳一机的 HTM40100h 和大连机床的 VHT800是在五轴联动加工中心的基础上增加了车削功能；江苏新瑞 LWV600、齐重数控的 HDVTM160和中传重机的 DVMT40则是在立式车削中心的基础上增加了铣削功能。由于用户多为航天航空、军工、船舶等领域，对于零件的

9、加工精度要求很高，因此这些设备 在加工精度和精度保持性方面下了很大的功夫，如：大连科德的 CXK50和 CXK65的定位精度达到了 0.006mm，重复定位精度 0.003mm，为以上同类产品中精度最高的。 三、车铣复合加工中心的发展趋势 车铣复合加工技术的先进理念就是提高产品质量和缩短产品制造周期，是一种集成了现代先进控制技术、精密测量技术和 CAD/CAM 应用技术的先进机械加工技术。该技术提供了一种完善的加工解决方法：一次装夹可实现零件多个表面或复杂形面的加工，大大简化了工件装夹和刀具系统的复杂性，减少了夹具和非生产时间。它不仅能够满足用户在提高生产效率，保证加工精度，减少零件传送和库存

10、，减少占地面积等方面的需求，也符合现代社会的节能减排要求，其工艺范围之广和能力之强，已成为当 今复合加工机床的佼佼者，是当前世界范围内最先进的机械加工设备之一。 航空航天、军工、船舶产品的制造领域一直是先进制造技术发挥作用的重要舞台，车铣复合加工技术在这些领域的应用具有很大的优势，特别是对一些形状复杂的异形零件的加工优势更为凸显。随着航空航天、军工、船舶领域产品的更新换代速度日益加快，工序分散的加工设备将会被工序集中的柔性、自动化设备所取代，这为车铣复合加工中心提供了更为广阔的7 发展和应用空间。由此可见，车铣复合加工中心技术的应用会越来越广泛，并朝着更高的精度、更高的效率、更广的工艺范围和模

11、块化方向发 展。 四、 车铣复合加工特点 车铣复合加工是利用铣刀旋转和工件旋转的合成运动来实现对工件的切削加工，使工件在形状精度、位置精度、表面粗糙度及残余应力等多方面达到使用要求一种先进切削加工方法。它不是车削与铣削的简单结合，而是在当今数控技术得到较大发展的条件下产生的一种高新切削技术。 车铣复合加工包括铣刀旋转、工件旋转、铣刀轴向进给和径向进给四个运动。铣刀的旋转运动是主切削运动。切削速度由铣刀旋转速度和工件旋转速度共同决定，其中铣刀旋转速度是决定切削速度的主要因素，特别是在高速车削加工中，工件旋转 速度对切削速度的影响可以被忽略。切削的进给速度由工件旋转速度、铣刀轴向进给速度和径向进给

12、速度三个基本速度共同决定，其中工件旋转速度对进给速度的影响远大于其它两个速度。工件旋转产生的切向线速度即为铣刀的周向速度，它的大小等于工件的转速与工件周长的乘积；铣刀的轴向进给速度等于工件的转速与铣刀在工件每转时沿上件轴向移动的距离的乘积。铣刀的直线进给运动根据不同加工的需要可采用轴向进给或径向进给运动。 车铣复合加工不是单纯的将车和铣两种加工手段合并到一台机床上，而是利用车铣台成运动来完成各类表面的加工。依据工 件旋转轴线与刀具旋转轴线相对位置的不同，车铣加工主要可分为轴向车铣、正交车铣以及一般车铣。依据工件和刀具旋转相对方向不同，它们又都分为顺铣和逆铣曲8 种不同的形式。其中轴向车铣和正交

13、车铣是应用范围最广泛的两类车铣加工方法 (图 a)，它们分别有各自的特点和局限性。轴向车铣由于铣刀与工件的旋转轴线相互平行，因此它不但可以加工外圆表面，也可以加工内孔表面。但由于它们的旋转轴线相互平行，如铣刀直径小于其主轴箱体径向尺寸时，就限制了铣刀的纵向行程，这种情况下不适宜用轴向车铣加工轴向行程较长的外圆表面或较深的内孔表面。与此相反，如铣刀直径大于其主轴箱体径向尺寸时，轴向车铣也可进行外圆和深孔内表面的车铣加工。正交车铣由于铣刀与工件的旋转轴线相互垂直，它不与其它传统切削方法一样，并不是所有零件的切削加工都适用于车铣复合加工，它只是在一些特定条件下能够充分发挥它的加工优势。 (a)轴向车

14、铣示意图 (b)正交车铣示意图 图 1 车铣加工不同加工方式示意图 作为一种先进的金属切削方法，其主要优点为： (1)车铣复合加工属于间断切削，间断切削使刀具有充足的冷却时间，因此无论加工何种 材料，刀具切削温度相对较低。 (2)与传统车削相比，车铣复合加工极易实现高速切削，因此高速切削的一切优点可在车铣复合加工中得以体现。如切削力比传统切削可下降 30，切削力的下降就意味着引起工件变形的径向力的明显下降，这有利于提高薄壁件和细长9 件加工的形状精度。同时由于切削力较小，机床和刀具承受的负荷小，也有利于机床精度的保持。 (3)由于车铣复合加工的切削速度是由工件和刀具的回转运动共 同合成的，因此

15、不需要使工件高速旋转也能实现高速切削，有利于对大型工件进行高速切削。尤其对于大型锻件毛坯，工件 的超低速旋转将消除因工件偏心而引起的振动，这些特点使得此类工件的切削过程十分平稳，有利于减少被加工件的形状误差。 (4)工件转速相对较低，加工薄壁件时几乎没有由于离心力产生的变形。 (5)当采用高速车铣时，切削变形过程主要是绝热剪切，故切屑和刀具带走热量较多，因此工件温度相对较低，热变形小。 (6)使用较大的纵向进给也能得到较小的表面粗糙度。 (7)车铣复合加工机床可以使所加工的工件在一次装夹中完成几乎所有的车、铣、钻、镗等工序，不需更换机床，大大缩短生产周期，防止了重复装夹误差。 (8)当车削长而

16、细且中 间无支撑的零件时，采用车铣加工可以大大减少零件发生的弯曲变形。 (9)车铣复合加工使用多刃刀具进行切削，其易断屑和排屑，刀具磨损小，这对新型难加工材料、大型回转体毛坯 (如大型轧辊 )的加工十分有益，省去了多次换刀的麻烦。 (10)对于微小零件采用车铣加工，很好的解决了微细轴加工时切削速度低的问题，也为基于微小型回转体零件的完整加工提供了可行方案。 虽然车铣复合加工有诸多优点，但目前还存在一些缺10 点： (1)车铣复合加工工艺在国内还不成熟，影响加工效果。在车铣加工中，影响加工表面粗糙度的因素比较多，如刀 具的轴向进给量、刀具于工件的转速比、刀具半径与齿数、刀具的偏心量、吃刀深度等，要全面掌握这些参数的影响规律难度大。 (2)由于对车铣复合加工工艺没有完全掌握，为了保证加工质量，实际加工中往往使工件转速较低，刀具进给速度慢，导致加工效率低、生产成本增加，从而严重影响了车铣复合加工技术的应用推广。 第二章 总体方案设计 2.1车铣复合机床运动形式分析：