機(jī)床立柱加工工藝及專用刀具設(shè)計(jì),機(jī)床,立柱,加工,工藝,專用,刀具,設(shè)計(jì) 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 產(chǎn)品型號(hào) BXQ2316 零件圖號(hào) 20602 共 8 頁(yè) 產(chǎn)品名稱 輕型龍門(mén)刨銑床 零件名稱 右立柱 第 8 頁(yè) 材料牌號(hào) HT200 毛坯種類 鑄件 毛坯外形尺寸 每毛坯 件數(shù) 1 每臺(tái)件數(shù) 1 備注 工序號(hào) 工序名稱 工序內(nèi)容 車間 工段 設(shè)備 工藝裝備（夾具、刀具） 工時(shí) 準(zhǔn)終 單件 鉆、攻螺孔4－M12成 Φ10.2鉆頭，M12－H2絲錐 鉆錐銷孔4－Φ10成 Φ10鉆頭 ⑵ 鉆、攻連接梁結(jié)合面螺孔5－M16成 Φ13.9鉆頭，M16－H2絲錐 2 翻面，導(dǎo)軌面向下為基準(zhǔn)，床身結(jié)合面背向刀具 鉆立柱外側(cè)面孔2－Φ25成 Φ25鉆頭 反锪平地腳孔2－Φ45成 Φ45鉆頭 15 鉗 ⑴ 鉗銼平導(dǎo)軌及燕尾導(dǎo)軌下端周邊倒棱2×45°成 ⑵ 砂布拋光 描圖 16 銑 銑去2個(gè)工藝凸臺(tái)面，保持與毛坯面平齊 X7025 Φ200面銑刀 校圖 17 涂漆 刷漆 注：其余螺孔及錐孔配作 底圖號(hào) 裝訂號(hào) 編制 審核 會(huì)簽 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件名 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件名 簽字 日期 畢業(yè)設(shè)計(jì)中英文翻譯 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2013年 5 月 原文： 48.4.4 Autonomous and Intelligent Machine Tool The whole machining operation of conventional CNC machine tools is predetermined by NC programs. Once the cutting conditions, such as depth of cut and stepover, are given by the machining commands in the NC programs, they are not generally allowed to be changed during machining operations. Therefore NC programs must be adequately prepared and verified in advance, which requires extensive amounts of time and effort. Moreover, NC programs with fixed commands are not responsive to unpredictable changes, such as job delay, job insertion, and machine breakdown found on machining shop floors. Shirase proposed a new architecture to control the cutting process autonomously without NC programs. Figure 48.29 shows the conceptual structure of autonomous and intelligent machine tools (AIMac). AIMac consists of four functional modules called management, strategy, prediction, and observation. All functional modules are connected with each other to share cutting information. Fig. 48.29 Conceptual structure of AIMac Digital Copy Milling for Real-Time Tool-Path Generation A technique called digital copy milling has been developed to control a CNC machine tool directly. The digital copy milling system can generate tool paths in real time based on the principle of traditional copy milling. In digital copy milling, a tracing probe and a master model in traditional copy milling are represented by three-dimensional (3-D) virtual models in a computer. A virtual tracing probe is simulated to follow a virtual master model, and cutter locations are generated dynamically according to the motion of the virtual tracing probe in real time. In the digital copy milling, cutter locations are generated autonomously, and an NC machine tool can be instructed to perform milling operation without NC programs. Additionally, not only stepover, but also radial and axial depths of cut can be modified, as shown in Fig. 48.30. Also, digital copy milling can generate new tool paths to avoid cutting problems and change the machining sequence during operation [48.12]. Furthermore, the capability for in-process cutting parameters modification was demonstrated, as shown in Fig. 48.31 [48.13]. Real-time tool-path generation and the monitored actual milling are shown in the lowerleft corner and the upper-right corner of this figure. The monitored cutting torque, adapted feed rate, and radial and axial depths of cut are shown in the lowerright corner of this figure. The cutting parameters can be modified dynamically to maintain the cutting load. Fig. 48.30a–d Example of real-time tool-path generation. (a) Bilateral zigzag paths; (b) contouring paths; (c) change of stepover; (d) change of cutting depth Fig. 48.31 Adaptive milling on AIMac Fig. 48.32 Results of machining process planning on AIMac Flexible Process and Operation Planning System A flexible process and operation planning system has been developed to generate cutting parameters dynamically for machining operation. The system can generate the production plan from the total removal volume (TRV). The TRV is extracted from the initial and finished shapes of the product and is divided into machining primitives or machining features. The flexible process and operation planning system can generate cutting parameters according to the machining features detected. Figure 48.32 shows the operation sequence and cutting tools to be used. Cutting parameters are determined for the experimental machining shape. The digital copy milling system can generate the tool paths or CL data dynamically according to these results and perform the autonomous milling operation without requiring any NC program. 48.5 Key Technologies for Future Intelligent Machine Tool Several architectures and technologies have been proposed and investigated as mentioned in the previous sections. However, they are not yet mature enough to be widely applied in practice, and the achievements of these technologies are limited to specific cases. Achievements of key technologies for future intelligent machine tools are summarized in Fig. 48.33. Process and machining quality control will become more important than adaptive control. Dynamic toolpath generation and in-process cutting parameters modification are required to realize flexible machining operation for process and machining quality control. Additionally, intelligent process monitoring is needed to evaluate the cutting process and machining quality for process and machining quality control. A reasonable strategy to control the cutting process and a reasonable index to evaluate machining quality are required. It is therefore necessary to consider utilization and learning of knowledge, knowhow, and skill regarding machining Operations. A process planning strategy with which one can generate flexible and adaptive working plans is required. An operation planning strategy is also required to determine the cutting tool and parameters. Product data analysis and machining feature recognition are important issues in order to generate operation plans autonomously. Sections 48.4.2–48.5 are quoted from [48.14]. Fig. 48.33 Achievements of key technologies for future intelligent machine tools 譯文： 48.4.4 智能機(jī)床 整個(gè)傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械加工是在預(yù)定的數(shù)控程序下進(jìn)行的。一旦切削條件（如切削深度和進(jìn)給量）在數(shù)控程序指令中被指定，在機(jī)械加工操作中，他們一般不允許被改變。因此，數(shù)控程序必須有大量的時(shí)間和精力用來(lái)提前準(zhǔn)備和驗(yàn)證。此外，基于固定命令的數(shù)控程序在遇到不可預(yù)知的變化時(shí)不會(huì)響應(yīng)，比如工作延遲和加工車間中的機(jī)器故障。 Shirase提出了一種新的結(jié)構(gòu)在沒(méi)有數(shù)控程序的情況下可以自動(dòng)控制切削過(guò)程。圖48.29顯示了智能機(jī)床概念結(jié)構(gòu)。AIMAC包括四個(gè)功能模塊稱為管理、策略、預(yù)測(cè)和觀察。所有功能模塊都與彼此分享切削信息。 圖48.29 AIMac的概念結(jié)構(gòu) l 數(shù)字仿形銑削---對(duì)刀具軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)生成 數(shù)字仿形銑削技術(shù)被研發(fā)出來(lái)后，它可以直接控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)字仿形銑削系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)的仿形銑削及時(shí)生成刀具路徑。在數(shù)字仿形銑削中，傳統(tǒng)仿形銑削中的跟蹤探測(cè)器和主模型通過(guò)計(jì)算機(jī)用三維虛擬模型表現(xiàn)出來(lái)。虛擬跟蹤探測(cè)器模擬虛擬主模型，根據(jù)動(dòng)態(tài)的虛擬軌跡實(shí)時(shí)生成刀具坐標(biāo)。在數(shù)字仿形銑削中，刀具坐標(biāo)可自主生成，數(shù)控機(jī)床可以在沒(méi)有數(shù)控程序情況下可以按指示執(zhí)行銑削操作。此外，不僅是行距，而且徑向和軸向切削深度也可以修改（見(jiàn)圖48.30）。同時(shí)，數(shù)字仿形銑削可以生成新的刀具路徑，以避免切削問(wèn)題和改變操作工程中的加工順序[48.12]。 此外，對(duì)于切割過(guò)程中的參數(shù)修改能力也得到了證實(shí)，如圖48.31[48.13]。在這個(gè)圖的左下角和右上角體現(xiàn)了對(duì)刀具軌跡進(jìn)行即時(shí)生成和對(duì)當(dāng)前銑削的監(jiān)測(cè)。在此圖的右下角，監(jiān)測(cè)切削扭矩、改變進(jìn)擊速率以及徑向和軸向的切削深度。切削參數(shù)可以動(dòng)態(tài)修改以保持合適的切削載荷。 圖48.30 a-d對(duì)刀具軌跡即時(shí)生成案例 (a).雙邊曲折路徑 (b).輪廓線路徑 (c).改變間距 (d).改變切削深度 圖48.31 在AIMac下的自適應(yīng)銑削 圖48.32 在AIMac下的機(jī)械加工工藝 l 柔性加工系統(tǒng)和操作規(guī)劃系統(tǒng) 在機(jī)械加工中，柔性加工系統(tǒng)和操作規(guī)劃系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到可動(dòng)態(tài)生成切削參數(shù)。該系統(tǒng)可以根據(jù)總?cè)コ可缮a(chǎn)計(jì)劃?？?cè)コ渴歉鶕?jù)產(chǎn)品的初始形狀和最終的完成形狀決定，他可分成加工基元和加工特性。該系統(tǒng)會(huì)根據(jù)檢測(cè)到的加工特性生成切削參數(shù)。圖48.32顯示了加工順序和切削刀具的使用。切削參數(shù)確定了試驗(yàn)加工的形狀。數(shù)字仿形銑削系統(tǒng)可以生成刀具路徑或動(dòng)態(tài)CL數(shù)據(jù)，根據(jù)這些結(jié)果便可以獨(dú)立完成銑削加工而不需要任何數(shù)控程序。 48.5未來(lái)智能機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù) 如同上一節(jié)，該節(jié)提出和研究了一些結(jié)構(gòu)和技術(shù)。然而，他們還沒(méi)有足夠的成熟來(lái)被廣泛地應(yīng)用在實(shí)踐中。所以，這些科研成果只能被限制在特定情況下使用。 在圖48.33中概述了實(shí)現(xiàn)未來(lái)智能機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)。過(guò)程和加工質(zhì)量控制將成為更重要的自適應(yīng)控制。動(dòng)態(tài)刀具軌跡的生成和制造過(guò)程中的切削參數(shù)修改被要求實(shí)現(xiàn)靈活的加工操作和加工質(zhì)量控制。此外，智能過(guò)程控制是對(duì)加工過(guò)程質(zhì)量控制進(jìn)行切削程序和加工質(zhì)量的評(píng)估。必須用合理的方法來(lái)控制切削過(guò)程以及通過(guò)合理的指標(biāo)來(lái)評(píng)估加工質(zhì)量。因此考慮利用所獲取的學(xué)問(wèn)、專業(yè)知識(shí)和關(guān)于加工操作的技巧是非常必要的。 生產(chǎn)過(guò)程的規(guī)劃策略對(duì)于生成一個(gè)靈活和適應(yīng)性的工作計(jì)劃是必需的。一個(gè)操作規(guī)劃策略也需要確定的切削刀具和參數(shù)。為了生成自己的操作方案，產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析和加工特征識(shí)別顯得尤為重要。 圖48.33實(shí)現(xiàn)未來(lái)智能機(jī)床獲的關(guān)鍵技術(shù) ****學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 系 別： 機(jī)械工程與自動(dòng)化系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 設(shè) 計(jì) 題 目： 機(jī)床立柱的加工工藝及專用刀具設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師: 2013 年 3 月 25 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě)2000字左右的文獻(xiàn)綜述 文 獻(xiàn) 綜 述 一．本課題的研究背景及意義 立柱是機(jī)床中主要的構(gòu)件之一，它支撐著主軸系統(tǒng)。立柱的剛性是影響加工精度的重要因素之一。目前，許多立式數(shù)控機(jī)床采用了龍門(mén)式立柱。龍門(mén)式立柱只靠?jī)蓚?cè)的支腿與床身聯(lián)接．在切削過(guò)程中易發(fā)生左右和前后方向的變形和搖擺振動(dòng)．對(duì)加工精度有很大的影響。若要提高效控機(jī)床的加工精度和切削效率，必須增強(qiáng)龍門(mén)式立拄在左右和前后方向的動(dòng)、靜剛度。 龍門(mén)式機(jī)床由于其跨距大、整體高度較高、橫梁較重，立柱本身的低階振型表現(xiàn)為左右及前后方向振動(dòng)。要想提高立柱的剛度，必須加強(qiáng)支腿的剛度、減輕橫梁部分的質(zhì)量。[1] 龍門(mén)加工中心立柱主要用于支撐橫梁、導(dǎo)軌等部件，是大型龍門(mén)加工中心的重要組成部分，它的強(qiáng)度、剛度性能直接影響整機(jī)的加工精度，抗振性、切削效率和壽命。大型龍門(mén)加工中心立柱外形尺寸較大（長(zhǎng)度可達(dá)6米以上），受力狀況復(fù)雜。[2]通過(guò)在立柱內(nèi)部增設(shè)加強(qiáng)筋，在保持立柱體積不變，僅微量增加立柱重量的條件下，減小了受力后的變形量，顯著提高了立柱的剛度，有助于提高該型加工中心的加工精度穩(wěn)定性。[3] 機(jī)械制造工藝學(xué)（machinery technology）是研究集機(jī)械、電子、光學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)、激光學(xué)、管理學(xué)等最新成就為一體的一個(gè)新興技術(shù)與新興工業(yè)，歸納總結(jié)機(jī)械制造工藝的科學(xué)理論與實(shí)踐，探索解決工藝過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題，從而揭示出一般規(guī)律的一門(mén)科學(xué)。工藝是制造技術(shù)的靈魂、核心和關(guān)鍵?，F(xiàn)代制造工藝技術(shù)的重要組成部分，也是其最有活力的部分。產(chǎn)品從設(shè)計(jì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)是必須通過(guò)加工才能完成的，工藝是設(shè)計(jì)和制造的橋梁，設(shè)計(jì)的可行性往往會(huì)受到工藝的制約，工藝（包括檢測(cè)）往往會(huì)成為“瓶頸”，因此，工藝方法和水平是十分重要的。[4] 工藝是制造技術(shù)的靈魂、核心和關(guān)鍵。現(xiàn)代制造工藝技術(shù)的重要組成部分，也是其最有活力的部分。產(chǎn)品從設(shè)計(jì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)是必須通過(guò)加工才能完成的，工藝是設(shè)計(jì)和制造的橋梁，設(shè)計(jì)的可行性往往會(huì)受到工藝的制約，工藝（包括檢測(cè)）往往會(huì)成為“瓶頸”，因此，工藝方法和水平是十分重要的。不是所有設(shè)計(jì)的產(chǎn)品都能加工出來(lái)，也不是所有設(shè)計(jì)的產(chǎn)品通過(guò)加工都能達(dá)成預(yù)定的技術(shù)性能要求?！霸O(shè)計(jì)”和“工藝”都是重要的，把“設(shè)計(jì)”和“工藝”對(duì)立和割裂起來(lái)是不對(duì)的，應(yīng)該用廣義制造的概念統(tǒng)一起來(lái)。人們往往看重產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的作用，而未能正確評(píng)價(jià)工藝師的作用，這是當(dāng)前影響制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。工藝是生產(chǎn)中最活躍的因素。同樣的設(shè)計(jì)可以通過(guò)不同的工藝方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，工藝不同，所用的加工設(shè)備、工藝裝備也就不同，其質(zhì)量和生產(chǎn)率也會(huì)有差別。工藝是生產(chǎn)中最活躍的因素，有了某種工藝方法才有相應(yīng)的工具和設(shè)備出現(xiàn)，反過(guò)來(lái)，這些工具和設(shè)備的發(fā)展又提高了該工藝方法的技術(shù)性能和水平，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。[5] 隨著我國(guó)加入世界貿(mào)易組織和全球經(jīng)濟(jì)一體化環(huán)境的形成，機(jī)床行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)愈演愈烈。目前，國(guó)內(nèi)外機(jī)床產(chǎn)品技術(shù)水平之間的差距仍然很大，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品仿制多，創(chuàng)新少，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不足，利潤(rùn)低設(shè)計(jì)方法落后，機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尚處于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)、靜態(tài)、類比的設(shè)計(jì)階段，很少考慮結(jié)構(gòu)動(dòng)、靜態(tài)特性對(duì)機(jī)床產(chǎn)品性能產(chǎn)生的影響，產(chǎn)品精度低，質(zhì)量難以保證，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，成功率低，反復(fù)設(shè)計(jì)、試制與修改，產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，且成本高。龍門(mén)式機(jī)床是加工裝備中必不可少的一種機(jī)床。因此盡快應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，快速開(kāi)發(fā)出結(jié)構(gòu)合理、自動(dòng)化水平高、加工精度高、低振動(dòng)、低成本的龍門(mén)機(jī)床新產(chǎn)品響應(yīng)市場(chǎng)，這樣我國(guó)的機(jī)床工業(yè)才有出路。為了達(dá)到這一目的，掌握先進(jìn)的機(jī)床工藝設(shè)計(jì)方法就顯得尤為重要[6]。 總之，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)的用戶對(duì)重型、超重型龍門(mén)加工中心和數(shù)控龍門(mén)鏜銑床需求會(huì)愈來(lái)愈多，對(duì)機(jī)床的高速、高精、復(fù)合、環(huán)保、高效要求愈來(lái)愈高。[7] 二．本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近年來(lái)，隨著國(guó)家振興裝備制造業(yè)的16個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域振興計(jì)劃的施實(shí)，政府對(duì)航空航天、核電、風(fēng)電、鐵路機(jī)車、船舶艦艇、交通運(yùn)輸?shù)戎攸c(diǎn)工程加大投入力度。而這些重點(diǎn)工程對(duì)設(shè)備的要求也愈來(lái)愈高。這些工程設(shè)備的關(guān)鍵零部件也都是大尺寸、重噸位、高精度的工件。所以，要加工這樣的典型零件，必需開(kāi)發(fā)高水平的大型、重型、超重型數(shù)控機(jī)床，包括龍門(mén)加工中心和數(shù)控龍門(mén)鏜銑床。在CIMT2009展會(huì)上，展出整機(jī)重量超過(guò)100t的超重型龍門(mén)加工中心和數(shù)控龍門(mén)鏜銑床，就有沈一、中捷、大連、濟(jì)二、武重、桂林、日發(fā)、海天等8家之多。而沈一參展的凈重320t的龍門(mén)移動(dòng)式車銑中心，武重參展凈重170t的定梁龍門(mén)移動(dòng)車銑加工中心，大連參展凈重200t的雙交換臺(tái)龍門(mén)加工中心，濟(jì)二參展凈重110t的五軸聯(lián)動(dòng)定梁龍門(mén)移動(dòng)數(shù)控鏜銑床等幾臺(tái)展品更有特色，水平較高。 這充分說(shuō)明了改革開(kāi)放30年來(lái)，尤其是進(jìn)入2l世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)機(jī)床行業(yè)，特別是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)急需的大型、重型、超重型龍門(mén)加工中心和數(shù)控龍門(mén)鏜銑床，已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展期。[8] 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控是數(shù)控技術(shù)中難度最大、應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)。它集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)和精密加工技術(shù)于一體，應(yīng)用于復(fù)雜曲面的高效、精密、自動(dòng)化加工。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是發(fā)電、船舶、航天航空、模具、高精密儀器等民用工業(yè)和軍工部門(mén)迫切需要的關(guān)鍵加工設(shè)備。國(guó)際上把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)作為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的標(biāo)志。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用大大提高了加工效率，同時(shí)機(jī)械加工精度也有了質(zhì)的飛躍，符合市場(chǎng)的需要，同時(shí)因?yàn)槭袌?chǎng)的需要也促進(jìn)了五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。在北京CCMT2008展會(huì)上展出的14臺(tái)龍門(mén)加工機(jī)床中(據(jù)不完全統(tǒng)計(jì))具有五軸聯(lián)動(dòng)功能或可擴(kuò)展為五軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床就有6臺(tái)之多，占整個(gè)該系列機(jī)床展品的48％，可見(jiàn)五軸聯(lián)動(dòng)依舊是龍門(mén)類產(chǎn)品發(fā)展的主要趨勢(shì)。[9] 目前，我國(guó)重型立式加工中心龍門(mén)架的立柱導(dǎo)軌一般采用一字型導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，即立柱的兩個(gè)前導(dǎo)軌在同一平面內(nèi)，橫梁與立柱前導(dǎo)軌結(jié)合部位為一平板狀結(jié)構(gòu)，橫梁扭轉(zhuǎn)剛度低。并且，橫梁升降絲杠的中心位置一般在立柱前導(dǎo)軌的后部，由于一字型立柱導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的限制，橫梁升降絲杠的中心在橫梁整體重心偏后的位置上，從而使立柱導(dǎo)軌承受橫梁沒(méi)有被平衡的傾覆力矩；在垂直刀架進(jìn)行重載荷切削時(shí)，在切削力引起的傾覆力矩作用下，平板狀結(jié)構(gòu)的橫梁扭轉(zhuǎn)變形嚴(yán)重，大大影響機(jī)床的加工精度。另一方面，目前重型立式加工中心龍門(mén)架橫梁平衡裝置一般采用機(jī)械重錘平衡結(jié)構(gòu)，橫梁兩側(cè)的重錘平衡力不能隨著垂直刀架的移動(dòng)而相應(yīng)調(diào)整；在機(jī)床加工過(guò)程中，隨著垂直刀架的移動(dòng)，橫梁整體重心在x軸方向是動(dòng)態(tài)變化的，左、右重錘通過(guò)鋼絲繩施加給橫梁兩側(cè)固定不變的拉力，嚴(yán)重干擾了機(jī)床垂直刀架移動(dòng)x軸和橫梁升降W軸的數(shù)控精度。 為了解決上述問(wèn)題，我們對(duì)重型立式加工中心龍門(mén)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。首先，將立柱一字型導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)改進(jìn)為階梯導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，并將橫梁升降絲杠的中心位置和橫梁平衡裝置的平衡支點(diǎn)前移，使橫梁升降絲杠中心和橫梁的重心重合，使橫梁處于最佳受力狀態(tài)；并通過(guò)階梯導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)提高橫梁的扭轉(zhuǎn)剛度，使立柱和橫梁導(dǎo)軌的受力狀態(tài)和總體布局結(jié)構(gòu)更加合理，使立柱承受的整體扭轉(zhuǎn)力矩降至最小，從而大大提高龍門(mén)架的整體剛度。其次，將橫梁機(jī)械重錘平衡結(jié)構(gòu)改進(jìn)為雙油缸平衡結(jié)構(gòu)，在垂直刀架移動(dòng)過(guò)程中，雙油缸平衡力的大小可通過(guò)液壓伺服閥精確控制；改進(jìn)后的雙油缸橫梁平衡結(jié)構(gòu)具有隨動(dòng)精確平衡橫梁載荷的特點(diǎn)，尤其是在垂直刀架移動(dòng)過(guò)程中，數(shù)控系統(tǒng)可精確控制橫梁兩側(cè)平衡力的大小，從而精確控制固定在垂直刀架滑枕上刀尖的位置，因此大大提高重型立式加工中心垂直刀架X軸和橫梁升降W軸的數(shù)控精度。[10] 3． 本課題相關(guān)切削加工及刀具選擇綜述 在各機(jī)械加工部門(mén)中鑄鐵件約占機(jī)器質(zhì)量的45%-90%，鑄鐵件如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、變速箱體、機(jī)床床身上有許多平面、槽形需切削。鑄鐵組織為金屬基體加游離態(tài)石墨，切削加工時(shí)石墨形成易斷的崩碎切削，且其在切削刀具的選擇方面有更廣泛地選擇。[18] 3.1高速切削技術(shù) 良好的工藝路線、工藝方法可以大大縮短時(shí)間，提高效率。在加工中使用合理的切削用量，也是提高效率的方法之一。 近年來(lái)，我國(guó)對(duì)高速切削技術(shù)已有了更廣泛的重視，應(yīng)用范圍越來(lái)越大。我國(guó)現(xiàn)己進(jìn)口了大批高速加工機(jī)床，卻由于缺乏理論指導(dǎo)和配套技術(shù)，不能充分發(fā)揮其應(yīng)有的加工能力。另外，自主開(kāi)發(fā)的高速機(jī)床，由于設(shè)計(jì)、工藝、裝配等方面存在的問(wèn)題，同國(guó)外機(jī)床相比，在性能上還存在很大的差距。因此，對(duì)加工機(jī)床進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，充分了解其結(jié)構(gòu)特征和性能特性是開(kāi)發(fā)大型機(jī)床的行之有效的方法，對(duì)于建立機(jī)床的三維虛擬模型和分析設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)性、決策性的作用。[11] 鑄鐵加工通常都不用切削液，是典型的干切削加工方式。在干切削灰鑄鐵和淬硬鋼的應(yīng)用領(lǐng)域，陶瓷刀具和CBN刀具是可供選擇的，因此進(jìn)行成本、效率和加工質(zhì)量分析是非常必要的，以確定哪一種材料更經(jīng)濟(jì)。[12] 3.1.1陶瓷刀具 在ALO基體材料中加入TiC、WC、SIC、TaC、ZrO等，經(jīng)熱壓制成氧化鋁基復(fù)合陶瓷刀具，其硬度可達(dá)93-95HRA。用陶瓷刀具對(duì)等溫淬火球墨鑄鐵ADI干式高速切削的研究表明：最大磨損部位位于切削刃附近，其磨損包括磨料磨損、擴(kuò)散磨損、粘結(jié)磨損和微崩。 3.1.2超硬刀具材料 比陶瓷材料更硬的超硬刀具材料包括單晶金剛石、聚晶金剛石（PCD）、聚晶立方氮化硼（CBN）和CVD金剛石等。其中CBN使用聚晶立方氮化硼粉末摻入金屬或陶瓷結(jié)合劑，經(jīng)燒結(jié)合成再制成金屬切削工具。CBN刀片切削高合金鑄鐵較陶瓷刀具可提高生產(chǎn)效率5倍以上。 3.1.3硬質(zhì)合金刀具 硬質(zhì)合金是微米數(shù)量級(jí)的難熔高硬度金屬碳化物的粉末，用鈷、鉬、鎳等做粘結(jié)劑，在高溫高壓下燒制而成，其硬度89-92.8HRA，紅硬性可以達(dá)到800-1000攝氏度。在腐蝕性強(qiáng)和沖擊力打的鑄鐵切削領(lǐng)域，對(duì)作為切削工具的硬質(zhì)合金要求要具有高的抗彎強(qiáng)度和強(qiáng)度。[18] 3.2硬態(tài)切削 目前，硬態(tài)切削主要用于車削、銑削等加工工藝，與磨削相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)加工靈活性強(qiáng)，精度易于保證； (2)硬態(tài)切削加工成本低于磨削，通常僅為磨削的1／4； (3)硬態(tài)切削不需要專用機(jī)床、刀具和夾具，在現(xiàn)有加工設(shè)備上即可實(shí)現(xiàn)； (4)硬態(tài)切削的生產(chǎn)效率高于磨削； (5)磨削產(chǎn)生的磨屑與廢液混合物污染環(huán)境，而硬態(tài)切削易于實(shí)現(xiàn)干切削，產(chǎn)生的切屑可再利用。 如果將硬態(tài)切削與精磨工藝結(jié)合起來(lái)，則加工一個(gè)一般零件所花的成本將比在磨床上完成粗加工和精加工所花成本降低40％～60％。因此，后繼工序有超精加工或精密磨削要求時(shí)，硬態(tài)切削是最好的選擇。[13] 高速切削的工藝技術(shù)也是成功進(jìn)行高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。高速切削的工藝技術(shù)包括切削方法和切削參數(shù)的選擇優(yōu)化，對(duì)各種不同材料的切削方法、刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇等。 (1)對(duì)切削方法和切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，其中包括優(yōu)化切削刀具控制和切削過(guò)程等； (2)除了刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇外，在切削過(guò)程中還要采取不同的切削策略才能得到較好的切削效果。高速切削工藝方法也是研究的重要內(nèi)容之一； (3)在研究高速切削工藝技術(shù)中，切削方法和技術(shù)必須緊密結(jié)合刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇綜合進(jìn)行。[14] 3.3磨削加工 磨削是一種常用的半精加工和精加工方法，砂輪是磨削的主要切削工具。磨削的基本特點(diǎn)如下： （1）磨削除可以加工鑄鐵、碳鋼、合金鋼等一般結(jié)構(gòu)材料外，還能加工一般刀具難以切削的高硬度材料如淬火鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和玻璃等。但不適宜加工塑性較大的有色金屬工件。 （2）磨削加工的精度高，表面粗糙度值小。精度可達(dá)IT5及IT5以上；表面粗糙度值為1.25-0.01um ，鏡面磨削時(shí)為0.04-0.01 um。 （3）磨削的徑向磨削力Fy大，且作用在工藝系統(tǒng)剛性較差的方向上。因此，在加工剛性較差的工件時(shí)（如磨削細(xì)長(zhǎng)軸)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，防止因工件變形而影響加工精度。 （4）磨削溫度高。磨削產(chǎn)生的切削熱多，是80％-90％傳入工件，(10％-15％傳入砂輪，1％-10％由磨屑帶走)加上砂輪的導(dǎo)熱性很差，大量的磨削熱在磨削區(qū)形成瞬時(shí)高溫，容易造成工件表面燒傷和微裂紋。因此，磨削時(shí)應(yīng)采用大量的切削液以降低磨削溫度。 （5）砂輪有自銳作用。在磨削過(guò)程中，磨粒的破碎將產(chǎn)生新的較鋒利的棱角，同時(shí)由于磨粒的脫落而露出一層新的鋒利的磨粒，它們能夠使砂輪的切削能力得到部分的恢復(fù)，這種現(xiàn)象叫做砂輪的自銳作用，也是其他切削刀具所沒(méi)有的。磨削加工時(shí)，常常通過(guò)適當(dāng)選擇砂輪硬度等途徑，以充分發(fā)揮砂輪的自銳作用來(lái)提高磨削的生產(chǎn)效率。必須指出，磨粒隨機(jī)脫落的不均勻性會(huì)使砂輪失去外形精度；破碎的磨粒和切屑會(huì)造成砂輪的堵塞。因此，砂輪磨削一定時(shí)間后，需進(jìn)行修整以恢復(fù)其切削能力和外形精度。 （6）磨削加工的工藝范圍廣。磨削不僅可以加工外圓面、內(nèi)圓面、平面、成形面、螺紋、齒形等各種表面，還常用于各種刀具的刃磨。 （7）磨削在切削加工中的比重日益增大。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家磨床在機(jī)床總數(shù)中的比重已占到30％-40％，且有不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。磨削在機(jī)械制造業(yè)中將得到日益廣泛的應(yīng)用。[15] 3.4燕尾槽銑削與測(cè)量 燕尾槽是在實(shí)習(xí)教學(xué)中常見(jiàn)的一種機(jī)械結(jié)構(gòu)，槽的形狀是“∠ ” 形。它的作用通常是作機(jī)械相對(duì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)精度高、穩(wěn)定。燕尾槽常和矩形導(dǎo)軌配合使用，起導(dǎo)向和支撐作用。其經(jīng)常使用在機(jī)床的拖板上，如銑床的垂直導(dǎo)軌和橫梁導(dǎo)軌等都是燕尾槽。其加工程序?yàn)椋褐谱餮辔矘影逡辉诠ぜ蟿澗€并打上樣沖眼一使用刨床刨削(也可在立銑床上使用塔形銑刀加工)一用樣板測(cè)試成品精度。[16] 燕尾槽零件，在加工過(guò)程中通常采用燕尾塞規(guī)來(lái)測(cè)量．塞規(guī)測(cè)量雖然簡(jiǎn)便易行但存在著兩個(gè)問(wèn)題：一是它只能綜合測(cè)量燕尾槽加工的是否合適，不能確定零件在加工過(guò)程中的具體數(shù)值．二是燕尾規(guī)制作工藝復(fù)雜，精確度很難達(dá)到．制作成本較高．為此我們采用棒針測(cè)量法檢測(cè)燕尾槽底部寬度，效果很好．[17] 參考文獻(xiàn) [1] 張興朝，徐燕申.機(jī)床龍門(mén)式立柱結(jié)構(gòu)參數(shù)化動(dòng)態(tài)優(yōu)選設(shè)計(jì).吉林工業(yè)大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào).2001：5 [2] 郝鋅，閔小俊等.基于ANSYS的TH65100立柱結(jié)構(gòu)靜力分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù).2009（4） [3] 丁長(zhǎng)春，殷國(guó)富等.龍門(mén)加工中心立柱靜力學(xué)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法.2011,（3）：1-2 [4] 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大工件加工過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)管理也非常特別，首先要考慮工件在工廠內(nèi)的搬運(yùn)問(wèn)題，需配備大型叉車和天車，合理安排工序，盡量減少搬運(yùn)次數(shù)。由于大部分測(cè)量、機(jī)床調(diào)試工作是在大型工作臺(tái)上完成的，機(jī)床操作一定要有安全保護(hù)裝置和控制系統(tǒng)，確保操作人員的安全。 本課題主要研究的是某型號(hào)龍門(mén)機(jī)床立柱的加工工藝以及專用燕尾槽銑刀。其中加工工藝包括：零件圖的分析、零件的工藝分析、設(shè)計(jì)加工工藝方案、確定加工工序和走刀路線、選擇機(jī)床和加工工藝設(shè)備、設(shè)計(jì)加工工藝夾具、設(shè)計(jì)專用量具、確定切削用量、加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、編寫(xiě)加工工藝文件、以及編寫(xiě)加工程序等，燕尾槽專用銑刀的設(shè)計(jì)包括刀具的力學(xué)性能分析、尺寸設(shè)計(jì)等。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中要研究定位基準(zhǔn)的選擇、工件的定位方法、零件的結(jié)構(gòu)工藝性等。機(jī)械制造加工工藝是機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)，是生產(chǎn)高科技產(chǎn)品的保障。離開(kāi)了它就不能開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的產(chǎn)品和保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低成本和縮短生產(chǎn)周期。機(jī)械制造工藝技術(shù)是在人類生產(chǎn)實(shí)際中產(chǎn)生并不斷發(fā)展的，目前機(jī)械制造工藝技術(shù)向著高精度、高效率、高自動(dòng)化發(fā)展。具體包括： (1)了解立柱在龍門(mén)機(jī)床中的作用及工作原理。 (2)要根據(jù)零件圖，自行繪制零件的三維圖，并仔細(xì)分析零件結(jié)構(gòu)。 (3)根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，制定出二至三套完整的加工工藝過(guò)程。 (4)在指導(dǎo)教師的幫助下，修改完善，最終得到一套最優(yōu)的加工工序。 (5)選定每道工序的機(jī)床、刀具、定位、切削用量、工時(shí)。 (6)制作完整的工藝過(guò)程卡、工序卡。 二、擬進(jìn)行的工藝設(shè)計(jì)過(guò)程或初步方案 工藝人員按零件圖編制一個(gè)零件的一般加工步驟不難，但要編制一份好的工藝文件還是要下點(diǎn)功夫，需多多推敲。因?yàn)樵O(shè)計(jì)圖是唯一確定的，但加工路線與方法是多途徑的。工藝人員應(yīng)當(dāng)在多個(gè)加工路線中尋找一個(gè)較好的方案，以最短的工序，最少的投入加工出合格的零件。這就必須了解本行業(yè)機(jī)加零件的加工特點(diǎn)。加工設(shè)備是中型機(jī)械，一般年產(chǎn)量都不很大。零件加工難以形成流水線生產(chǎn)：加工設(shè)備受市場(chǎng)及用戶要求影響，品種規(guī)格繁多，并派生出一些分支，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可自行修改；加工設(shè)備受外界自然條件的限制，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一般都比較緊湊，自制件加工精度都不很高。 2.1 擬采用的工藝設(shè)計(jì)過(guò)程 (1)了解龍門(mén)機(jī)床立柱在實(shí)際生產(chǎn)中的作用以及加工特性，要廣泛查閱關(guān)于龍門(mén)機(jī)床的文獻(xiàn)，綜合選擇該零件適合的加工方案。 (2)看懂零件圖，繪制出三維圖，仔細(xì)分析設(shè)定零件的工藝過(guò)程，提出可行的加工方案，制定出二至三套完整的工序過(guò)程，并在指導(dǎo)教師的幫助下，仔細(xì)推敲，分析利弊，修改完善，最終得到一套最優(yōu)的加工工序。 (3)經(jīng)過(guò)指導(dǎo)教師的指點(diǎn)和幫助后，進(jìn)行方案修改和校核，驗(yàn)算有關(guān)數(shù)據(jù)，有可能的話，參觀或者實(shí)驗(yàn)加工過(guò)程，確定工藝過(guò)程的可行性。 (4)選定每道工序所用的機(jī)床，針對(duì)各工步選擇合適的刀具并確定切削用量、走刀路線，選擇或設(shè)計(jì)合適的夾具并確定夾緊方法，選擇適當(dāng)?shù)牧烤?，?jì)算工時(shí)。 (5)繪制工序圖，制作完整的工藝過(guò)程卡、工序卡。 (6)編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 2.2 進(jìn)度安排 2月25日～3月22日 參考相關(guān)文獻(xiàn)，完成開(kāi)題報(bào)告，熟悉二維、三維畫(huà)圖軟件。 3月23日～3月25日 完成三維圖的繪制。 3月26日～4月15日 完成工藝過(guò)程設(shè)計(jì)。 4月16日～4月25日 完成工藝流程卡及工序卡的編制。 4月26日～5月10日 完成專用刀具設(shè)計(jì)。 5月11日～5月13日 檢查，校對(duì)。 5月14日～5月30日 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見(jiàn) 系主任： 年 月 日 16