论文：五轴联动加工机床总体结构及数控系统设计原版

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1、论文：五轴联动加工机床总体结构及数控系统设计第一章绪论1.1课题的研究背景和意义数字控制是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号进行控制的一种方法，采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床。加工中心（MachiningCenter,简称MC）是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床，如图1所示。它是适应省力、省时和节能的时代要求而发展起来的，它综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、气动技术、拖动技术、现在控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断、刀具和应用编程技术

2、的高技术产品，将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能聚集在一台加工设备上，且增设有自动换刀装置和刀库，可以在一次安装工件后，数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、内外倒角、环形槽及攻螺纹等加工。图1加工中心随着电子技术的迅速发展，以及各种性能良好的传感器的出现和运用，加工中心的功能日趋完善，这些功能包括：刀具寿命的监视功能，刀具磨损和损伤的监视功能，切削状态的监视功能，切削异常的监视、报警和

3、自动停机功能，自动检测和自我诊断功能及自适应控制功能等，如图2所示。加工中心还与载有随行夹具的自动托板进行有机连接，并能进行切屑自动处理，使得加工中心成为柔性制造系统、计算机集成制造系统合自动化工厂的关键设备和基本单元。图2刀具寿命的监视功能和切削状态的监视功能企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进

4、技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求，如图3所示为数控机床。图3五轴联动数控机床数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛，数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。普通车床经过多次大修后，其零部件相互连接尺寸变化较大，主要传动零件几经更换和调整，故障率仍然较高，采用传统的修理方案很难达到大修验收标准，而且

5、费用较高，因此合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。1.2数控加工中心的分类1.2.1按照机床形态分类（1）卧式加工中心。指主轴轴线为水平状态设置的加工中心，如图4所示，卧式加工中心一般具有3-5个运动坐标。常见的有三个直线运动坐标(沿X、Y、Z轴方向)加一个回转坐标(工作台)，它能够使工件一次装夹完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工。卧式加工中心较立式加工中心应用范围广，适宜复杂的箱体类零件、泵体、阀体等零件的加工。但卧式加工中心占地面积大，重量大；结构复杂，价格较高。图4卧式加工中心（2

6、）立式加工中心指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心5所示，如图立式加工中心一般具有三个直线运动坐标，工作台具有分度和旋转功能，可在工作台上安装—个水平轴的数控转台用以加工螺旋线零件。立式加工中心多用于加工筒单箱体、箱盖、板类零件和平面凸轮的加工。立式加工中心具有结构简单、占地面积小、价格低的优点。图5立式加工中心（3）龙门加工中心与龙门铣床类似，适应于大型或形状复杂的工件加工，如图6所示。图6龙门加工中心（4）万能加工中心万能加工中心也称五面加工中心小工件装夹能完成除安装面外的所有面的加工；具有立式

7、和卧式加工中心的功能，如图7所示。常见的万能加工中心有两种形式：一种是主轴可以旋转900既可象立式加工中心一样，也可象卧式加工中心一样；另一种是主轴不改变方向，而工作台带着工件旋转900完成对工件五个面的加工。在万能加工中心安装工件避免了由于二次装夹带来的安装误差，所以效率和精度高，但结构复杂、造价也高。图7万能加工中心1.2.2按换刀形式分类（1）带刀库机械手的加工中心。加工中心换刀装置由刀库、机械手级组成，换刀动作由机械手完成。（2）机械手的加工中心。这种加工中心的换刀通过刀库和主轴箱配合动作来

8、完成换刀过程。（3）转塔刀库式加工中心。一般应用于小型加工中心，主要以加工孔为主。加工中心常按主轴在空间所处的状态分为立式加工中心和卧式加工中心，加工中心的主轴在空间处于垂直状态的称为立式加工中心，主轴在空间处于水平状态的称为卧式加工中心。主轴可作垂直和水平转换的，称为立卧式加工中心或五面加工中心，也称复合加工中心。按加工中心立柱的数量分；有单柱式和双柱式（龙门式）。1.2.3按数控系统功能分类加工中心根据数控系统控制功能的不同分：有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动