第一篇：文獻(xiàn)綜述-五坐標(biāo)機(jī)床用兩座回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)

文 獻(xiàn) 綜 述

機(jī)械工程系

班級(jí)：機(jī)

0205

學(xué)號(hào)：08

姓名：祝生

指導(dǎo)教師：王科社

北京信息科技大學(xué)（籌）

2006.3.17

文獻(xiàn)綜述

班級(jí)：機(jī)0205 姓名：祝生

指導(dǎo)教師：王科社

通過(guò)大學(xué)四年的學(xué)習(xí)，我掌握了許多機(jī)械方面的理論知識(shí)，對(duì)各種機(jī)器有了大概的了解，大四后半學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)所學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)體現(xiàn)，因此需要以綜述的形式把所選畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的設(shè)計(jì)必要性及需要達(dá)到的設(shè)計(jì)效果做一具體闡述，通過(guò)文獻(xiàn)綜述材料的描述可以明了所設(shè)計(jì)內(nèi)容在當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r及具體的設(shè)計(jì)要求，更可以體現(xiàn)設(shè)計(jì)者在此設(shè)計(jì)方面的知識(shí)程度。下面是對(duì)所設(shè)計(jì)內(nèi)容的具體文獻(xiàn)綜述。

兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)作為五面體或五坐標(biāo)加工中心的主要組成部分，其性能和可靠性的高低對(duì)加工中心的加工效率有決定性的影響，作為高效機(jī)床的典型代表，各國(guó)機(jī)床設(shè)計(jì)者和使用者都已對(duì)此給與了高度重視。由此，在對(duì)兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的開(kāi)始發(fā)展之時(shí)，我對(duì)相關(guān)資料做了了解和整理，通過(guò)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，試行來(lái)對(duì)五坐標(biāo)機(jī)床兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

兩坐標(biāo)回轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)，能作為一個(gè)功能部件，安裝在現(xiàn)有的立式或臥式加工中心上的工作臺(tái)上，使其成為五面體或五坐標(biāo)加工中心。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)為加工中心和數(shù)控銑床提供了回轉(zhuǎn)坐標(biāo)，通過(guò)第四軸、第五軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)或分度頭完成等分、不等分或連續(xù)的回轉(zhuǎn)加工，完成復(fù)雜曲面加工，使機(jī)床原有的加工范圍得以擴(kuò)大。

對(duì)于五坐標(biāo)機(jī)床，不管是哪種類型，它們具有兩個(gè)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)。相對(duì)于靜止的工件來(lái)說(shuō)，其運(yùn)動(dòng)合成可使刀具軸線的方向在一定的空間內(nèi)任意控制，從而具有保持最佳切削狀態(tài)及有效避免刀具干涉的能力。因此，五坐標(biāo)加工又可以獲得比四坐標(biāo)加工更廣的工藝范圍和更好的加工效果，特別適宜于三維曲面零件的高效高質(zhì)量加工以及異型復(fù)雜零件的加工。采用五軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅加工表面粗糙度低，而且效率也大幅度提高。

加工中心一般分為立式加工中心和臥式加工中心，立式加工中心（三軸）最有效的加工面僅為工件的頂面，臥式加工中心借助回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，也只能完成工件的四面加工。目前高檔的加工中心正朝著五軸控制的方向發(fā)展，五軸聯(lián)動(dòng)加工中心有高效率、高精度的特點(diǎn)，工件一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸聯(lián)動(dòng)的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工，更能夠適宜像汽車零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代模具的加工。立式五軸加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式，其一就是工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸。設(shè)置在床身上的工作臺(tái)可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30度至-120度。工作臺(tái)的中間還設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái),環(huán)繞Z軸回轉(zhuǎn)，定義為C軸，C軸都是360度回轉(zhuǎn)。這樣通過(guò)A軸與C軸的組合，固定在工作臺(tái)上的工件除了底面之外，其余的五個(gè)面都可以由立式主軸進(jìn)行加工。A軸和C軸最小分度值一般為0.001度，這樣又可以把工件細(xì)分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。A軸和C軸與XYZ三直線軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，就可加工出復(fù)雜的空間曲面，當(dāng)然這需要高檔的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺(tái)不能設(shè)計(jì)太大，承重也較小，特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)大于等于90度時(shí)，工件切削時(shí)會(huì)對(duì)工作臺(tái)帶來(lái)很大的承載力矩。為了達(dá)到回轉(zhuǎn)的高精度，高檔的回轉(zhuǎn)軸還配置了圓光柵尺反饋，分度精度都在幾秒以內(nèi)，當(dāng)然這類主軸的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本也較高。近年來(lái)，用戶對(duì)金屬加工機(jī)床的技術(shù)要求越來(lái)越高，市場(chǎng)對(duì)機(jī)床生產(chǎn)廠家的壓力也越來(lái)越大。機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)必須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)為用戶提供高質(zhì)量的機(jī)床，以經(jīng)濟(jì)性的價(jià)格占領(lǐng)市場(chǎng)。為機(jī)床用戶提供高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性的加工設(shè)備是機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)在當(dāng)前和未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)，只有通過(guò)增加生產(chǎn)能力和提高產(chǎn)品質(zhì)量才能達(dá)到這一目的。因此，要求數(shù)控鉆-銑機(jī)床和數(shù)控加工中心必須能在一次裝夾中完成從粗加工到精加工直到拋光加工的全部加工工序。五軸數(shù)控加工中心可以在一次裝夾中完成工件的全部機(jī)械加工工序，滿足從粗加工到精加工的全部加工要求，即適用于單件小批量生產(chǎn)也適用于大批量生產(chǎn)，減少了加工時(shí)間和生產(chǎn)費(fèi)用，提高了數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)性。

國(guó)外五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是為適應(yīng)多面體和曲零件加工而出現(xiàn)的。隨著機(jī)床復(fù)合化技術(shù)的新發(fā)展，在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，又很快生產(chǎn)出了能進(jìn)行銑削加工的車銑中心。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，其加工效率相當(dāng)于兩臺(tái)三軸機(jī)床，甚至可以完全省去某些大型自動(dòng)化生產(chǎn)線的投資，大大節(jié)約了占地空間和工作在不同制造單元之間的周轉(zhuǎn)運(yùn)輸時(shí)間及費(fèi)用。市場(chǎng)的需求推動(dòng)了我國(guó)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，CIMT99展會(huì)上，國(guó)產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床登上機(jī)床市場(chǎng)的舞臺(tái)。自江蘇多棱數(shù)控機(jī)床股份有限公司展出第一臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)龍門(mén)加工中心以后，北京機(jī)電研究院、北京第一機(jī)床廠、桂林機(jī)床股份有限公司、濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司等企業(yè)，相繼開(kāi)發(fā)了五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。目前我國(guó)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)市場(chǎng)主要被大陸和臺(tái)灣地區(qū)的生產(chǎn)廠家所占領(lǐng)，少量高端產(chǎn)品由日本公司占領(lǐng)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品主要以中檔產(chǎn)品為主。煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司有豐富的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，是中國(guó)生產(chǎn)機(jī)床附件產(chǎn)品的骨干企業(yè)。主要生產(chǎn)各種型號(hào)的數(shù)控刀架、數(shù)控分度頭、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)控自定心中心架、機(jī)械分度頭、機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)等機(jī)床附件及多種數(shù)控專用機(jī)床。其產(chǎn)品TK13系列數(shù)控立臥回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)此領(lǐng)域先進(jìn)產(chǎn)品的空白。還有，武漢重型機(jī)床廠為發(fā)電設(shè)備制造業(yè)提供了一大批重型關(guān)鍵加工設(shè)備，為上海電機(jī)廠的主機(jī)配備了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，面積為4×8m，承重140t，這是國(guó)內(nèi)目前承重最大的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。

隨著計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，許多文獻(xiàn)資料及專業(yè)書(shū)籍都對(duì)此有詳盡的專業(yè)技術(shù)描述，如：

(1)張建民主編的《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》(第二版)(2)李福生主編的《實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)》

(3)趙松年、張奇鵬主編的《機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》(4)何玉安主編的《數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用》

(5)袁哲俊等編寫(xiě)的《五坐標(biāo)端銑數(shù)控加工計(jì)算理論分析》

這說(shuō)明隨著人們使用的需要，對(duì)機(jī)械加工的精度要求會(huì)越來(lái)越高，在使用上也要求越來(lái)越智能化，這就好比原先用尺丈來(lái)衡量的，今天已小到納米級(jí)了。通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)備的精確計(jì)算功能，可以使人們免去繁瑣的數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程，并且能使加工結(jié)果更加可靠。對(duì)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的操作就是要通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)使精確加工更方便、更準(zhǔn)確。

此外，在數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)應(yīng)用中還廣泛引進(jìn)了液壓技術(shù)和電子設(shè)備，這樣便可在操作控制方面更容易實(shí)現(xiàn)。液壓技術(shù)和電子技術(shù)在機(jī)械加工方面中的應(yīng)用已日趨成熟，國(guó)內(nèi)外都有大量的資料可以查閱。我通過(guò)圖書(shū)館查閱了一些相關(guān)的篇章，如：

(1)章宏甲、黃誼主編的《液壓傳動(dòng)》

(2)王繼文等編著的《淺析普通機(jī)床的數(shù)控改造，機(jī)床與液壓》(3)宋學(xué)義主編的《袖珍液壓氣動(dòng)手冊(cè)》(下冊(cè))(4)徐灝主編的《新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》(下冊(cè))(5)郭慶鼎、王成元等著的《直線交流伺服系統(tǒng)的精密控制技術(shù)》

液壓技術(shù)被引入工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有一百多年的歷史了，隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，液壓技術(shù)更日新月異。伴隨著數(shù)學(xué)、控制理論、計(jì)算機(jī)、電子器件和液壓流體學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了液壓伺服系統(tǒng)，并作為一門(mén)應(yīng)用科學(xué)已經(jīng)發(fā)展成熟，形成自己的體系和一套行之有效的分析和設(shè)計(jì)方法。不僅如此，當(dāng)前的液壓技術(shù)及其設(shè)備已能夠完成許多以前不可能完成的任務(wù)，為機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展開(kāi)辟了新篇章。另外，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)了電子電路控制功能，并且對(duì)數(shù)控技術(shù)的使用是相當(dāng)大的支持。近年來(lái)像AutoCAD、Pro/E等繪圖軟件的普遍使用，更是大大方便了人們對(duì)機(jī)械的設(shè)計(jì)加工。

再有，隨著回轉(zhuǎn)工作臺(tái)功能的不斷完備，人們對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)和操作更多的開(kāi)始考慮環(huán)保因素和使之更加人性化、系統(tǒng)化，并由此轉(zhuǎn)化成為一種設(shè)計(jì)思路，從而使設(shè)備在整體結(jié)構(gòu)上的配置更加細(xì)致、更加符合人們的需要。不難發(fā)現(xiàn)在此方面繼續(xù)發(fā)展的潛力非常大，國(guó)內(nèi)外在此領(lǐng)域的許多大型設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠商也相繼引入了這一理念，其相關(guān)資料有：

(1)陳繼平、李元科編的《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》(2)黃靖遠(yuǎn)等編寫(xiě)的《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)》（第2版）(3)朱龍根主編的《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》（第2版）(4)郝靜如主編的《計(jì)算機(jī)輔助工程》

(5)牟致忠、朱文予主編的《機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)》

現(xiàn)在的機(jī)械設(shè)備是越來(lái)越實(shí)用化，對(duì)人們所需進(jìn)行的加工任務(wù)更是實(shí)現(xiàn)的淋漓盡致。由于對(duì)設(shè)備的要求越來(lái)越苛刻，因此也促使今后所設(shè)計(jì)生產(chǎn)的設(shè)備更加完善，更符合先進(jìn)化要求。

伺服系統(tǒng)的應(yīng)用已十分廣泛，其組成及性能特點(diǎn)也各不相同，工程上對(duì)伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求也有差別。伺服系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)包括兩個(gè)方面，一是對(duì)系統(tǒng)基礎(chǔ)性能的要求，包括對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能兩方面的要求；二是對(duì)一般系統(tǒng)的要求，包括工作方式、可靠性、使用壽命、工作環(huán)境、外形、重量以及經(jīng)濟(jì)性等。

但是，目前兩坐標(biāo)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的性能水平和可靠性都不很高，并且工藝水平也較為滯后。一般工作臺(tái)不能設(shè)計(jì)太大，承重也較小，特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)大于等于90度時(shí)，工件切削時(shí)會(huì)對(duì)工作臺(tái)帶來(lái)很大的承載力矩。編程復(fù)雜、難度大。因?yàn)橛袃蓚€(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參與，其所形成的合成運(yùn)動(dòng)的空間軌跡非常復(fù)雜和抽象，一般難以想象和理解。如為了加工出所需的空間自由曲面，往往需通過(guò)多次坐標(biāo)變換和復(fù)雜的空間幾何運(yùn)算，同時(shí)還要考慮各軸運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性，避免干涉、沖撞，以及插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)要適時(shí)適量等，以保證所要求的加工精度和表面質(zhì)量，編程難度就更大了。對(duì)數(shù)控及伺服控制系統(tǒng)的要求也較高。由于合成運(yùn)動(dòng)中有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的加入，這不僅增加了插補(bǔ)運(yùn)算的工作量，而且由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的微小誤差有可能被放大從而大大影響加工的精度，因此要求數(shù)控系統(tǒng)要有較高的運(yùn)算速度和精度。

由此看出，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是：在規(guī)格上向兩頭延伸，即開(kāi)發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺(tái)；在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力；在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。對(duì)兩個(gè)回轉(zhuǎn)部件，既要求其結(jié)構(gòu)緊湊，又要具有足夠大的力矩和運(yùn)動(dòng)的靈敏性及精度。

通過(guò)以上的闡述，可以大體上對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的發(fā)展?fàn)顩r及設(shè)計(jì)需要有所了 解。雖然所述內(nèi)容算不上十分詳盡和深入，但相信會(huì)對(duì)此方面的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題有所幫助。

參考文獻(xiàn) 趙松年,張奇鵬主編.機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998 2 王繼文,景順,志強(qiáng).淺析普通機(jī)床的數(shù)控改造,機(jī)床與液壓,2001-6-2 3 章宏甲,黃誼主編.液壓傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000 4 宋學(xué)義主編.袖珍液壓氣動(dòng)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1995 5 李福生主編.實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè).北京：北京出版社,1993 6 郭慶鼎,王成元等著.直線交流伺服系統(tǒng)的精密控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社(2000)1-25,40-58 7 張建民主編.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社,2001 8 何玉安主編.數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004 9 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組編.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè),第一冊(cè),部件、機(jī)構(gòu)及總體設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1996 10 陳繼平,李元科編.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法.武漢：華中科技大學(xué)出版社,1997 11張春良,陳子辰,梅德慶.直線電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù).2001,11 12 WrightP.K.,21stCentury Manufacturing, Prentice Hall,2001 13 Jianming Yang,Yoshikazu Suematsu,and Zibo Kang,Two-Degree-of-Freedom controller to reduce the vibration of Vehicli Engine-Body System,IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY,Vol.9,No.2,MARCH2001 14 徐灝主編.新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)(下冊(cè)).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1995 15 郝靜如主編.計(jì)算機(jī)輔助工程.北京：航空工業(yè)出版社,2000 16 機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1994