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寧XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(論文)
精度數(shù)控立式萬能磨床基礎(chǔ)件的設(shè)計
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
磨床可以加工各種表面，如內(nèi)、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進行切斷等，工藝范圍十分廣泛。
磨床可以加工各種表面，如內(nèi)、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床的種類很多，按其工作性質(zhì)可分為：外圍磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床，工具磨床以及一些專用磨床。如螺紋磨床、球面磨床、花鍵磨床、高精度數(shù)控立式萬能磨床與無心磨床等。高精度數(shù)控立式萬能磨床就是一種按照工作性質(zhì)劃分出來的磨床。
本文主要是對高精度數(shù)控立式萬能磨床進行設(shè)計與研究。
關(guān)鍵詞：高精度數(shù)控立式萬能磨床，磨床，磨床設(shè)計
III
Abstract
The grinder can process a variety of surfaces, such as inner, outer cylindrical surface and a conical surface, plane, tooth profile of involute spiral surface and various surface, forming surface. The grinder can be hogging machining, rough machining, finish machining and ultra precision machining, can be a variety of high hard, superhard materials processing, can also be grinding tool and cutting process, a very wide range of.
The grinder can process a variety of surfaces, such as inner, outer cylindrical surface and a conical surface, plane, tooth profile of involute spiral surface and various surface, forming surface. Grinder of many types, according to the nature of their work can be divided into: external grinder, internal grinder, surface grinder, grinding machine tools and some special grinding machine. Thread grinder, grinding machine, such as spherical spline grinding machine, grinder and centerless grinder. Rail grinding machine is a kind of according to the nature of the work out of the grinder.
This paper is mainly about the design and research of guideway grinder.
Key Words: Rail grinding machine, grinding machine, grinding machine design
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒 論 1
1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 2
1.3數(shù)控機床的發(fā)展 2
1.4論文研究的主要內(nèi)容 8
第2章 高精度數(shù)控立式萬能磨床總體方案設(shè)計 9
2.1 機床的設(shè)計要求 9
2.2 設(shè)計方案 9
2.3 本章小節(jié) 11
第3章 立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計 12
3.1 立柱的結(jié)構(gòu)選型與三維建模 12
31.1 三維設(shè)計應(yīng)用的趨勢 12
3.1.2 選擇三維設(shè)計軟件的關(guān)鍵考慮因素 13
3.1.3 SolidWorks的功能 13
3.2 立柱結(jié)構(gòu)的有限元分析 13
第4章 床身、橫梁設(shè)計 21
4.1 床身結(jié)構(gòu) 21
4.1.1 對床身結(jié)構(gòu)的基本要求 21
4.1.2 床身的結(jié)構(gòu) 22
4.2橫梁設(shè)計 23
4.3橫梁有限元分析 25
4.4 本章小節(jié) 27
結(jié) 論 28
參考文獻 29
致 謝 30
畢業(yè)設(shè)計（論文）
第1章 緒 論
1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
20世紀人類社會最偉大的科技成果是計算機的發(fā)明與應(yīng)用，計算機及控制技術(shù)在機械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進步。自從1952年美國第１臺數(shù)控銑床問世至今已經(jīng)歷了50個年頭。
數(shù)控設(shè)備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機，形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有10～20萬臺，產(chǎn)值上百億美元。 世界制造業(yè)在20世紀末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。90年代的全世界數(shù)控機床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國、德國等幾大制造商都經(jīng)過較大變動，從90年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國機床行業(yè)從2000年至今已接受３個月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。
我國數(shù)控機床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。但總的來說，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所以在90年代初期面臨國家經(jīng)濟由計劃性經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年最困難的蕭條時期，那時生產(chǎn)能力降到50％，庫存超過４個月。從1995年“九五”以后國家從擴大內(nèi)需啟動機床市場，加強限制進口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進作用，尤其是在1999年以后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。從2000年８月份的上海數(shù)控機床展覽會和2001年４月北京國際機床展覽會上，也可以看到多品種產(chǎn)品的繁榮景象。
數(shù)控技術(shù)經(jīng)過50年的２個階段和６代的發(fā)展： 第１階段：硬件數(shù)控（NC） 第１代：1952年的電子管 第２代：1959年晶體管分離元件 第３代：1965年的小規(guī)模集成電路。第２階段：軟件數(shù)控（CNC） 第４代：1970年的小型計算機 第５代：1974年的微處理器 第６代：1990年基于個人PC機（PC-BASEO） 第６代的系統(tǒng)優(yōu)點主要有：
（１） 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可達到５萬小時以上；
（2） 提供了開放式基礎(chǔ)，可供利用的軟、硬件資源豐富，使數(shù)控功能擴展到很寬的領(lǐng)域（如CAD、CAM、CAPP，連接網(wǎng)卡、聲卡、打印機、攝影機等）；
（3） 對數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠來說，提供了優(yōu)良的開發(fā)環(huán)境，簡化了硬件。 目前，國際上最大的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠是日本FANUC公司，１年生產(chǎn)５萬套以上系統(tǒng)，占世界市場約40％左右，其次是德國的西門子公司約占15％以上，再次是德海德漢爾，西班牙發(fā)格，意大利菲亞，法國的ＮＵＭ，日本的三菱、安川。
1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢
隨著機械產(chǎn)品精度、可靠性和壽命的要求不斷提高以及新型材料的應(yīng)用增多，磨削加工技術(shù)正朝著超硬度磨料磨具、開發(fā)精密及超精密磨削（從微米、亞微米磨削向納米磨削發(fā)展）和研制高精度、高剛度、多軸的自動化磨床等方向發(fā)展[4]，如用于超精密磨削的樹脂結(jié)合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至4μm、磨削精度高達0.025μm；使用電主軸單元可使砂輪線速度高達400m/s，但這樣的線速度一般僅用于實驗室，實際生產(chǎn)中常用的砂輪線速度為40－60m/s；從精度上看，定位精度＜2μm，重復(fù)定位精度≤±1μm的機床已越來越多；從主軸轉(zhuǎn)速來看，8.2kw主軸達60000r/min，13kw達42000r/min，高速已不是小功率主軸的專有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工60HRC硬度材料的加工中心。
北京第二機床廠引進日本豐田工機公司先進技術(shù)并與之合作生產(chǎn)的GA（P）62－63數(shù)控外圓/數(shù)控端面外圓磨床，砂輪架采用原裝進口，砂輪線速度可達60m/s，砂輪架主軸采用高剛性動靜壓軸承提高旋轉(zhuǎn)精度，采用日本豐田工機公司GC32－ECNC磨床專用數(shù)控系統(tǒng)可實現(xiàn)二軸（X和Z）到四軸（X、Z、U和W）控制。
此外，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。大量的工業(yè)清洗機和切削液處理機系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對環(huán)保越來越高的要求。
1.3數(shù)控機床的發(fā)展
隨著機械制造生產(chǎn)模式的演變,對機械制造裝備提出了不同的要求.在50年代“剛性”生產(chǎn)模式下，通過提高效率，自動化程度,進行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟”實現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。從90年代開始，為了對世界生產(chǎn)進行快速響應(yīng)，逐步實現(xiàn)社會制造資源的快速集成，要求機械制造裝備的柔性化程度更高,采用擬實制造和快速成形制造技術(shù)。
工業(yè)發(fā)達國家都非常注重機械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對比之下，我國目前機械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機械制造裝備基本上是通用機床加專用工藝裝備，數(shù)控機床在機械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致“剛性”強,更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過多；自動化程度基本上還是“一個工人，一把刀，一臺機床”，導(dǎo)致勞動生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 因此，要縮小我國同工業(yè)發(fā)達國家的差距,我們必須在機械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個方面就是增加數(shù)控機床在機械制造裝備中的比重。
數(shù)控設(shè)備的發(fā)展方向 六個方面：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高速、高精度、符合、環(huán)保。目前德國和瑞士的機床精度最高，綜合起來，德國的水平最高，日本的產(chǎn)值最大。美國的機床業(yè)一般。中國大陸、韓國。臺灣屬于同一水平。但就門類、種類多少而言，我們應(yīng)該能進世界前4名。
數(shù)控系統(tǒng) 由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關(guān)、傳感器構(gòu)成。目前世界最大的三家廠商是：日本發(fā)那客、德國西門子、日本三菱；其余還有法國扭姆、西班牙凡高等。國內(nèi)由華中數(shù)控、航天數(shù)控等。國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開始產(chǎn)業(yè)化、水平質(zhì)量一般。高檔次的系統(tǒng)全都是進口。 華中數(shù)控這幾年發(fā)展迅速，軟件水平相當(dāng)不錯，但差就差在電器硬件上，故障率比較高。華中數(shù)控也有意向數(shù)控機床業(yè)進軍，但機床的硬件方面不行，質(zhì)量精度一般。目前國內(nèi)一些大廠還沒有采用華中數(shù)控的。廣州機床廠的簡易數(shù)控系統(tǒng)也不錯。 我們國家機床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。
機床精度 1.機械加工機床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精度和幾何精度）、定位精度、重復(fù)定位精度等5種。 2.機床精度體系：目前我們國家內(nèi)承認的大致是四種體系：德國VDI標(biāo)準(zhǔn)、日本JIS標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)ISO標(biāo)準(zhǔn)、國標(biāo)GB，國標(biāo)和國際標(biāo)準(zhǔn)差不多。3.看一臺機床水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺機床的重復(fù)定位精度如果能達到0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計法),就是一臺高精度機床，在0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計法)以下，就是超高精度機床，高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。4.加工出高精度零件，不只要求機床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。
目前世界著名機床廠商在我國的投資情況 1. 2000年，世界最大的專業(yè)機床制造商馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“寧夏小巨人機床公司”的機床公司，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心和車銑復(fù)合中心。機床質(zhì)量不錯，目前效益良好，年產(chǎn)600臺，目前正在建2期工程，建成后可以年產(chǎn)1200臺。 2. 2003年，德國著名的機床制造商德馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產(chǎn)數(shù)控車床和立式加工中心120臺左右。 3. 2002年，日本著名的機床生產(chǎn)商大隈公司和北京第一機床廠合資建廠，年生產(chǎn)能力為1000臺，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心、臥式加工中心。 4.韓國大宇在山東青島投資建廠，目前生產(chǎn)能力不知。 5.臺灣省的著名機床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產(chǎn)能力800臺。
民營企業(yè)進入機床行業(yè)情況 1.浙江日發(fā)公司，2000年投產(chǎn)，生產(chǎn)數(shù)控車床、加工中心。年生產(chǎn)能力300臺。 2．2004年，浙江寧波著名的鑄塑機廠商海天公司投資生產(chǎn)機床，主要是從日本引進技術(shù)，目前剛開始，起點比較高。 3．2002年，西安北村投產(chǎn)，名字象日本的，其實老板是中國人，采用日本技術(shù)。生產(chǎn)小型儀表數(shù)控車床，水平相當(dāng)不錯。
軍工企業(yè)技改情況 軍工企業(yè)得到國家撥款開始于當(dāng)年“大使館被炸”，后來臺灣阿扁上臺后，大規(guī)模技改開始了，軍工企業(yè)進入新一輪的技改高峰，我們很多軍工企業(yè)開始停止購買普通設(shè)備。尤其是近3年來，我們的軍工企業(yè)從歐洲和日本買了大批量的先進數(shù)控機床。也從國內(nèi)機床廠哪里采購了大批普通數(shù)控機床，國內(nèi)機床廠商為了迎接這次大技改，也引進了不少先進技術(shù)，爭取軍工企業(yè)的高端訂單。 聽在軍工企業(yè)的朋友講，阿扁如果再能“頂”三年，我們的整體水平會上一個臺階。 其實，胡錦濤總書記掌權(quán)以來，已經(jīng)把國防事業(yè)提到了和經(jīng)濟發(fā)展一樣的高度上，他說，我們要建立和經(jīng)濟發(fā)展相適應(yīng)的國防能力，相信再過10年，隨著我國國防工業(yè)和汽車行業(yè)的發(fā)展，我們國家會誕生世界水平的機床制造商，也將會超越日本，成為世界第一機床生產(chǎn)大國。
數(shù)控技術(shù)是先進制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。數(shù)控裝備的整體水平標(biāo)志著一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國力的強弱。
數(shù)控機床的發(fā)展在很大程度上取決于數(shù)控系統(tǒng)的性能和水平，而數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及其技術(shù)基礎(chǔ)離不開微電子技術(shù)和計算機技術(shù)。隨著計算機及其軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺趨于一致化，而控制系統(tǒng)軟件的競爭日益加劇。我國的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過“六五”期間的引進，“七五”期間的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)，“八五”期間的數(shù)控應(yīng)用技術(shù)研究以及“九五”期間的主數(shù)控系統(tǒng)軟件開發(fā)應(yīng)用，已逐步形成了以航天數(shù)控、藍天數(shù)控、華中數(shù)控和中華數(shù)控為主的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。
近年來，我國數(shù)控機床的產(chǎn)量持續(xù)增長，數(shù)控化率也顯著提高。另一方面我國數(shù)控產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量也不斷提高。目前我國一部分普及型數(shù)控機床的生產(chǎn)已經(jīng)形成一定規(guī)模，產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)較為成熟，價格合理，在國際市場上具有一定的競爭力。我國數(shù)控機床行業(yè)所掌握的五軸聯(lián)動數(shù)控技術(shù)較成熟，并已有成熟商品走向市場。
我國在數(shù)控機床高端產(chǎn)品的生產(chǎn)上取得了一定的突破。目前我國已經(jīng)可以供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的數(shù)控機床。同時，我國也已進入世界高速數(shù)控機床生產(chǎn)國和高精度精密數(shù)控機床生產(chǎn)國的行列。目前我國已經(jīng)研制成功一批主軸轉(zhuǎn)速在8000~10000轉(zhuǎn)/分以上的數(shù)控機床。
我國數(shù)控機床行業(yè)近年來大力推廣應(yīng)用CAD等信息技術(shù)，很多企業(yè)已開始和計劃實施應(yīng)用ERP、MRPⅡ和電子商務(wù)。如，濟南第二機床集團有限公司的CAD普及率達100%，是國家級“CAD示范企業(yè)”，企業(yè)的MRPⅡ系統(tǒng)應(yīng)用也非常成功，現(xiàn)代化管理水平較高。
但是和發(fā)達國家相比，我國數(shù)控機床行業(yè)在信息化技術(shù)應(yīng)用上仍然存在很多不足。
一、信息化技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，對國外技術(shù)依存度高。我國數(shù)控機床行業(yè)總體的技術(shù)開發(fā)能力和技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，信息化技術(shù)應(yīng)用程度不高。行業(yè)現(xiàn)有的信息化技術(shù)來源主要依靠引進國外技術(shù)，對國外技術(shù)的依存度較高，對引進技術(shù)的消化仍停留在掌握已有技術(shù)和提高國產(chǎn)化率上，沒有上升到形成產(chǎn)品自主開發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的高度。具有高精、高速、高效、復(fù)合功能、多軸聯(lián)動等特點的高性能數(shù)控機床基本上還得依賴進口。
二、產(chǎn)品成熟度較低，可行性不高。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在10000小時以上，國內(nèi)自主開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)僅3000-5000小時；整機平均無故障工作時間國外達800小時以上，國內(nèi)最好只有300小時。
三、創(chuàng)新能力低，市場競爭力不強。我國生產(chǎn)數(shù)控機床的企業(yè)雖達百余家，但大多數(shù)未能形成規(guī)模生產(chǎn)，信息化技術(shù)利用不足，創(chuàng)新能力低，制造成本高，產(chǎn)品市場競爭能力不強。
隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計算機集成系統(tǒng)的不斷成熟，對數(shù)控加工技術(shù)提出了更高要求。當(dāng)今數(shù)控機床信息化正朝著以下幾個方面發(fā)展。
高速度、高精度化。速度和精度是數(shù)控機床的兩個重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，我國生產(chǎn)的第六代數(shù)控機床系統(tǒng)均采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運算速度，使得高速運算、模塊化及多軸成組控制系統(tǒng)成為可能。同時，新一代數(shù)控機床將采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。
智能化?，F(xiàn)代數(shù)控機床的智能化發(fā)展將通過對影響加工精度和效率的物理量進行檢測、建模、提取特征、自動感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速作出實現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對機床的工藝參數(shù)進行實時控制，使機床的加工過程處于最佳狀態(tài)。
基于CAD和CAM的數(shù)控編程自動化。隨著計算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前CAD/CAM圖形交互式自動編程已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢。它是利用CAD繪制的零件加工圖樣，經(jīng)計算機內(nèi)的刀具軌跡數(shù)據(jù)進行計算和后置處理，從而自動生成數(shù)控機床零部件加工程序，以實現(xiàn)CAD與CAM的集成。隨著CIMS技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前又出現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM集成的全自動編程方式，其編程所需的加工工藝參數(shù)不必由人工參與，直接從系統(tǒng)內(nèi)的CAPP數(shù)據(jù)庫獲得，推動數(shù)控機床系統(tǒng)自動化的進一步發(fā)展。
發(fā)展可靠性最大化。數(shù)控機床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)。新一代的數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，減少元器件的數(shù)量，從而提高可靠性。同時通過自動運行診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進行故障診斷和報警。
一、是高速加工技術(shù)發(fā)展迅速
?高速加工技術(shù)發(fā)展迅速，在高檔數(shù)控機床中得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用新的機床運動學(xué)理論和先進的驅(qū)動技術(shù)，優(yōu)化機床結(jié)構(gòu)，采用當(dāng)前數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展趨勢
高性能功能部件，移動部件輕量化，減少運動慣性。在刀具材料和結(jié)構(gòu)的支持下，從單一的刀具切削高速加工，發(fā)展到機床加工全面高速化，如數(shù)控機床主軸的轉(zhuǎn)速從每分鐘幾千轉(zhuǎn)發(fā)展到幾萬轉(zhuǎn)、幾十萬轉(zhuǎn)；快速移動速度從每分鐘十幾米發(fā)展到幾十米和超過百米；換刀時間從十幾秒下降到10秒、3秒、1秒以下，換刀速度加快了幾倍到十幾倍。應(yīng)用高速加工技術(shù)達到縮短切削時間和輔助時間，從而實現(xiàn)加工制造的高質(zhì)量和高效率。
二、是精密加工技術(shù)有所突破
??? 通過機床結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制造和裝配的精化，數(shù)控系統(tǒng)和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和溫度、振動誤差補償技術(shù)的應(yīng)用等，從而提高機床加工的幾何精度、運動精度，減少形位誤差、表面粗糙度。加工精度平均每8年提高1倍，從1950年至2000年50年內(nèi)提升100倍。目前，精密數(shù)控機床的重復(fù)定位精度可以達到1μm，進入亞微米超精加工時代。
三、是技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合趨勢明顯
技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合是數(shù)控機床技術(shù)最活躍的發(fā)展趨勢之一，如工序復(fù)合型——車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工技術(shù)復(fù)合，跨加工類別技術(shù)復(fù)合——金切與激光、沖壓與激光、金屬燒結(jié)與鏡面切削復(fù)合等，目前已由機加工復(fù)合發(fā)展到非機加工復(fù)合，進而發(fā)展到零件制造和管理信息及應(yīng)用軟件的兼容，目的在于實現(xiàn)復(fù)雜形狀零件的全部加工及生產(chǎn)過程集約化管理。技術(shù)集成和復(fù)合形成了新一類機床——復(fù)合加工機床，并呈現(xiàn)出復(fù)合機床多樣性的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。
四、是數(shù)字化控制技術(shù)進入了智能化的新階段
數(shù)字化控制技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個階段:數(shù)字化控制技術(shù)對機床單機控制；集合生產(chǎn)管理信息形成生產(chǎn)過程自動控制；生產(chǎn)過程遠程控制，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和無人化工廠的智能化新階段。智能化指工作過程智能化，利用計算機、信息、網(wǎng)絡(luò)等智能化技術(shù)有機結(jié)合，對數(shù)控機床加工過程實行智能監(jiān)控和人工智能自動編程等。加工過程智能監(jiān)控可以實現(xiàn)工件裝卡定位自動找正，刀具直徑和長度誤差測量，加工過程刀具磨損和破損診斷、零件裝卸物流監(jiān)控，自動進行補償、調(diào)整、自動更換刀具等，智能監(jiān)控系統(tǒng)對機床的機械、電氣、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障自動診斷、報警、故障顯示等，直至停機處理。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，遠程故障診斷專家智能系統(tǒng)開始應(yīng)用。數(shù)控系統(tǒng)具有在線技術(shù)后援和在線服務(wù)后援。人工智能自動編程系統(tǒng)能按機床加工要求對零件進行自動加工。在線服務(wù)可以根據(jù)用戶要求隨時接通INTERNET接受遠程服務(wù)。采用智能技術(shù)來實現(xiàn)與管理信息融合下的重構(gòu)優(yōu)化的智能決策、過程適應(yīng)控制、誤差補償智能控制、故障自診斷和智能維護等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技術(shù)在制造系統(tǒng)上的應(yīng)用，發(fā)展成柔性制造單元和智能網(wǎng)絡(luò)工廠，并進一步向制造系統(tǒng)可重組的方向發(fā)展。
五、是極端制造擴張新的技術(shù)領(lǐng)域
極端制造技術(shù)是指極大型、極微型、極精密型等極端條件下的制造技術(shù)。極端制造技術(shù)是數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展的重要方向。重點研究微納機電系統(tǒng)的制造技術(shù)，超精密制造、巨型系統(tǒng)制造等相關(guān)的數(shù)控制造技術(shù)、檢測技術(shù)及相關(guān)的數(shù)控機床研制，如微型、高精度、遠程控制手術(shù)機器人的制造技術(shù)和應(yīng)用；應(yīng)用于制造大型電站設(shè)備、大型艦船和航空航天設(shè)備的重型、超重型數(shù)控機床的研制；IT產(chǎn)業(yè)等高新技術(shù)的發(fā)展需要超精細加工和微納米級加工技術(shù)，研制適應(yīng)微小尺寸的微納米級加工新一代微型數(shù)控機床和特種加工機床；極端制造領(lǐng)域的復(fù)合機床的研制等。
1.4論文研究的主要內(nèi)容
論文主要的章節(jié)和內(nèi)容：
1.第一章綜述了高精度數(shù)控立式萬能磨床的發(fā)展?fàn)顩r，闡述課題提出的目的和意義，明確了本文研究的主要內(nèi)容。
2.第二章對高精度數(shù)控立式萬能磨床的總體進行研究，進行總體布局設(shè)計。
3.第三章對高精度數(shù)控立式萬能磨床主軸系統(tǒng)進行整體的設(shè)計，進行關(guān)鍵部件的設(shè)計與計算。
5.第五章對床身工作臺導(dǎo)軌的設(shè)計。
31
第2章 高精度數(shù)控立式萬能磨床總體方案設(shè)計
磨床的總體設(shè)計方案由以下三部分組成：
1.技術(shù)參數(shù)設(shè)計：主要尺寸規(guī)格、運動參數(shù)（轉(zhuǎn)速和進給范圍)、動力參數(shù)（電機功率，最大拉力）。
2.總體布局設(shè)計：相互位置關(guān)系、運動分析、運動仿真（干涉檢查）、外觀造型。
3.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計：整機靜剛度、整機的運動性能、整機的熱特性。
總布局與使用要求：
1.便于同時操作和觀察。
2.刀具、工件，裝卸、夾緊方便。
3.排屑和冷卻。
2.1 機床的設(shè)計要求
本機床的設(shè)計，符合國家機床標(biāo)準(zhǔn)。已定設(shè)計參數(shù)：
工作臺直徑(帶磁盤)φ1250mm，最大加工工件高度550mm，最大加工工件重量2500Kg
X軸橫向移動行程1760mm，X1軸橫向移動行程1300mm，Z軸垂直移動行程650mm
Z1軸垂直移動行程650mm，工作臺回轉(zhuǎn)精度(軸向及徑向)0.0015mm
工作臺轉(zhuǎn)速(無級)1-100rpm，主軸回轉(zhuǎn)精度(軸向及徑向)0.001mm
立式動靜壓主軸最大轉(zhuǎn)速4500r/min ，臥式動靜壓主軸最大轉(zhuǎn)速2400r/min
立式動靜壓主軸電機功率15KW，臥式動靜壓主軸電機功率7.5KW
X、Z、X1、Z1軸進給分辨率0.001mm
高速高效，結(jié)構(gòu)簡單可靠，功能強大，性能穩(wěn)定，精度較高，可用于銑削板材以及多種工件等。
2.2 設(shè)計方案
我設(shè)計的主要內(nèi)容是工作臺移動高精度數(shù)控立式萬能磨床。工作臺高精度數(shù)控立式萬能磨床是指工作臺作縱向移動的龍門高精度數(shù)控立式萬能磨床。工作臺移動龍門高精度數(shù)控立式萬能磨床的最大特點是：（1）造價便宜,容易制造生產(chǎn)。工作臺移動式龍門高精度數(shù)控立式萬能磨床，整機長度必須兩倍于縱向行程長度，而移動式龍門高精度數(shù)控立式萬能磨床的整機長度只需縱向行程加上龍門架側(cè)面寬度即可。（2）機床的動態(tài)響應(yīng)好。工作臺移動式龍門高精度數(shù)控立式萬能磨床采用的是固定龍門架,工作臺移動可以銑刀做切削運動時更加穩(wěn)定，從而保證了加工精度和機床的響應(yīng)性能。
2.2.1 機械部分設(shè)計
整機分為床身、龍門架、滑臺、主軸箱、三軸進給驅(qū)動機構(gòu)機械部分及相關(guān)數(shù)控伺服部分?，F(xiàn)把設(shè)計過程中的重點闡述如下：
床身是本次設(shè)計工作的基礎(chǔ)，床身的尺寸設(shè)計影響著對整機的設(shè)計，而且設(shè)計的合理性直接影響到整機的剛度。床身的上平面即工作臺面設(shè)計有 K 條T形槽，為方便床身工作臺面和T形槽的精刨加工，槽完全貫通。床身的左、右兩下腳各設(shè)計有一個狹長平面，用來安放滾動直線導(dǎo)軌副。我把導(dǎo)軌面設(shè)計在床身的兩下側(cè)，主要是考慮力的傳遞方向與卸荷問題。因床身會受到龍門框架的重力、切削力和工件的重力，這樣的設(shè)計可使龍門框架的重力直接傳入到機床的基礎(chǔ)上，而床身只受到工件的重力。
龍門框架采用的是整體龍門架的設(shè)計概念，即把橫梁與左右立柱設(shè)計成一體，雖然使鑄造和裝配調(diào)整時的難度加大，但整體龍門框架的剛性更好，更重要的是使主軸箱、滑臺等部件有了裝配基準(zhǔn)。
滑臺的設(shè)計是在龍門架和主軸箱的幾何尺寸確定后，按照主軸的中心盡量貼近橫梁上的導(dǎo)軌面為原則，并把Z軸驅(qū)動安裝位置設(shè)計在滑臺上，有效地減輕滑臺的重量。
設(shè)計進給驅(qū)動機構(gòu)的構(gòu)思如下：X 軸的進給驅(qū)動機構(gòu)采用雙邊齒輪齒條副加重預(yù)壓滾動直線導(dǎo)軌副，Y 軸與 X 軸采用大直徑預(yù)壓滾珠絲杠副加硬導(dǎo)軌副，且導(dǎo)軌滑動部分貼有工程塑料，避免低速時產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，而且導(dǎo)軌部分設(shè)計有斜鑲條可調(diào)裝置。這樣設(shè)計使機床的整體進給性能得以協(xié)調(diào)，各軸的進給速度和進給力得到了最佳匹配。
主軸箱的上下垂直運動Z軸采用滾珠絲杠副傳動。由于本機床不是高速高精度數(shù)控立式萬能磨床，Z軸的進給系統(tǒng)為伺服電動機通過傳動比為4的平行軸定比齒輪箱帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)。Z 軸的安全問題。首先選用帶電磁剎車的伺服電動機，其次在滾珠絲杠上裝有一雙向超越離合器，防止?jié)L珠螺母自轉(zhuǎn)引起主軸箱機械式下垂。當(dāng)然，為了保護Z軸進給機構(gòu)的精度，還在滑臺上裝有兩個平衡油缸。
平衡力Q等于主軸箱部件質(zhì)量的85﹪。
主軸箱的左右移動為Y軸，為了保證Y軸的傳動精度，并使絲杠只受水平軸向力，故采用伺服電動機與滾珠絲杠直聯(lián)方式。筆者選用的聯(lián)軸器帶有過載保護裝置，在過載時聯(lián)軸器會自動脫開。
2.3 本章小節(jié)
本章主要講解了高精度數(shù)控立式萬能磨床的總理方案設(shè)計，其主要內(nèi)容有機械部分的設(shè)計和數(shù)控部分設(shè)計，根據(jù)所給要求制定出總體設(shè)計方案。
第3章 立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 立柱的結(jié)構(gòu)選型與三維建模
機架型式有三梁四柱式、三梁雙柱式、整體框架式。通過比較這幾種型式，選擇整體框架式機架。整體焊接式框架是常見的型式，組成一個剛性的封閉框架，承受全部工作載荷。
圖5－1立柱的結(jié)構(gòu)
立柱的設(shè)計老師建議采用三維建模的形式進行。
31.1 三維設(shè)計應(yīng)用的趨勢
三維設(shè)計即實體建模技術(shù)。比較二維軟件，三維軟件的革新之處在于：
1、產(chǎn)品形象直觀，方便理解，不易出錯。
2、可評估配合和公差，易于糾錯。
3、能設(shè)計大型裝配。
4、創(chuàng)建即時工程圖?？筛鶕?jù)所設(shè)計的實體模型自動創(chuàng)建等軸測視圖、爆炸視圖、局部視圖和剖面視圖。
5、方便修改設(shè)計。三維設(shè)計中工程圖相互關(guān)聯(lián)。對實體模型的設(shè)計進行更改時，可自動更改所有相關(guān)工程圖和關(guān)聯(lián)視圖。
6、在下游的工程和制造工作可使用設(shè)計數(shù)據(jù)，提高產(chǎn)品制造效率
三維設(shè)計軟件的集成模塊可直接將設(shè)計數(shù)據(jù)導(dǎo)入應(yīng)力分析、切削創(chuàng)建和數(shù)控編程。
7、電子模型節(jié)省制造樣機的時間和成本。由于上述功能，自上世紀90年代起，國際CAD設(shè)計領(lǐng)域已逐漸轉(zhuǎn)向三維技術(shù)。下圖按用戶數(shù)量比例列出了11種主流CAD設(shè)計軟件，其中三維數(shù)據(jù)格式已占大部分。
據(jù)國外用戶的資料，三維實體建模技術(shù)的應(yīng)用有效縮短設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量和削減開發(fā)成本。應(yīng)用三維軟件也有助于國際間數(shù)據(jù)的交流。為與國際的接軌，應(yīng)用三維設(shè)計已是勢在必行。
3.1.2 選擇三維設(shè)計軟件的關(guān)鍵考慮因素
1、是否易于使用
早期三維軟件較為復(fù)雜，學(xué)習(xí)和培訓(xùn)周期長，不易操作。隨著技術(shù)的改進，現(xiàn)在已出現(xiàn)了SolidWorks等較為操作的三維軟件，其易用性好于平面AutoCAD。
2、設(shè)計效率是否高效
3、雙向關(guān)聯(lián)性和參數(shù)化設(shè)計能力
雙向關(guān)聯(lián)是指模型的所有元素都是相互關(guān)聯(lián)。在裝配體模型、工程圖、局部視圖和物料清單之間都是雙向。一旦對其中的任何數(shù)據(jù)進行更改，都將在所有關(guān)聯(lián)文件中自動進行相應(yīng)更改。
參數(shù)化設(shè)計在創(chuàng)建設(shè)計模型時，所有特征和尺寸作為設(shè)計參數(shù)進行保存。通過修改參數(shù)值可以迅速更改設(shè)計。
4、設(shè)計大型裝配的能力
5、與Office等桌面效率工具的集成程度
6、輔助工具。是否具備分析工具、設(shè)計交流等工具，并與輔助工具集成。
7、應(yīng)用基礎(chǔ)。應(yīng)用的廣泛程度和教育教學(xué)方面的廣泛程度。
3.1.3 SolidWorks的功能
從功能和需求角度綜合評估，SolidWorks是較好的一種三維設(shè)計工具。理由如下：
1、應(yīng)用基礎(chǔ)廣泛。SolidWorks是目前世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣的設(shè)計格式。多數(shù)學(xué)校已將SolidWorks列入教學(xué)。
2、方便易用。
3、功能特性較為齊全。
4、提供多種文件轉(zhuǎn)換程序，方便管理舊有二維數(shù)據(jù)。特別面向AutoCAD，提供對DWG格式文件進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的插件。
5、提供零件庫功能，節(jié)省設(shè)計資源。設(shè)計中來自外購的零件大部分可從SolidWorks在線零件庫選取。
6、設(shè)計功能與分析功能集成，方便設(shè)計驗證
3.2 立柱結(jié)構(gòu)的有限元分析
COSMOS為 SolidWorks 用戶提供了一容易使用的有限元分析工具。COSMOS通過在計算機上測試您的設(shè)計而取代昂貴并費時的實地測試可幫助您降低成本及上市時間。SolidWorks公司推出COSMOS 2007分析軟件，將驗證這步驟整合到設(shè)計過程中，讓設(shè)計者可輕易尋找和糾正設(shè)計中可能存在的缺陷。利用SolidWorks2007自帶的有限元分析軟件COSMOS對立柱單側(cè)承載梁進行加載分析,模擬本試驗臺的最大工作載荷。
圖3－2 啟動COSMOSXpress
1.材料
號數(shù)
零件名稱
材料
質(zhì)量
體積
1
立柱
[SW]灰鑄鐵
4421.34 kg
0.5742 m^3
圖3－3 選擇材料
2.載荷和約束信息
約束
假設(shè)一端固定 <框架單側(cè)承載梁>
于1面immovable (no translation).
圖5－4 設(shè)定約束
載荷
加載壓力 <框架單側(cè)承載梁>
于 1 面 應(yīng)用法向力 -8.5e+006 N使用均勻分布
圖5－6 填寫載荷大小
算例屬性
網(wǎng)格信息
網(wǎng)格類型:
實體網(wǎng)格
所用網(wǎng)格器:
標(biāo)準(zhǔn)
自動過渡:
關(guān)閉
光滑表面:
打開
雅各賓式檢查:
4 Points
單元大小:
83.118 mm
公差:
4.1559 mm
品質(zhì):
高
單元數(shù):
16439
節(jié)數(shù):
33478
完成網(wǎng)格的時間(時;分;秒):
00:00:16
計算機名:
4FB67FB0EBB24EE
解算器信息
品質(zhì):
高
解算器類型:
自動
圖5－7 采用系統(tǒng)默認網(wǎng)格劃分設(shè)置
圖5－8 COSMOSXpress運行分析中
4結(jié)果（圖5－9）
圖5－9 顯示分析結(jié)果
應(yīng)力（圖5－10）
名稱
類型
最小
位置
最大
位置
圖解1
VON:von Mises 應(yīng)力
8.53554e+007 N/m^2
(540 mm,
-101.25 mm,
0 mm)
1.98313e+008 N/m^2
(-15 mm,
285 mm,
-41.3532 mm)
圖5－10 框架應(yīng)力分析結(jié)果
位移（圖5－11）
名稱
類型
最小
位置
最大
位置
圖解2
URES:合位移
0 mm
(0 mm,
0 mm,
0 mm)
8.52536 mm
(-30 mm,
-315 mm,
-11000 mm)
6.結(jié)論
通過模擬本試驗臺的最大加載載荷，單側(cè)最大承載8500kN。通過COSMOSXpress對立柱單側(cè)承載梁進行加載分析，結(jié)果安全系數(shù)為3.12851，完全滿足本試驗臺設(shè)計時出定的安全系數(shù)1.5的要求。所以本框架的結(jié)構(gòu)可行。
圖5－11 框架位移分析結(jié)果
7.附錄
材料名稱:
[SW]碳素鋼
材料來源:
所使用的 SolidWorks 材質(zhì)
材料模型類型:
線性彈性同向性
屬性名稱
數(shù)值
單位
彈性模量
2.1e+011
N/m^2
泊松比
0.28
NA
質(zhì)量密度
7700
kg/m^3
屈服強度
6.2042e+008
N/m^2
COSMOSXpress 設(shè)計分析結(jié)果基于線性靜態(tài)分析，且材料設(shè)想為同象性。 線性靜態(tài)分析設(shè)想:材料行為為線性，與 Hooke 定律相符。誘導(dǎo)位移很小以致由于載荷可忽略剛性變化。載荷緩慢應(yīng)用以便忽略動態(tài)效果。
第4章 床身、橫梁設(shè)計
4.1 床身結(jié)構(gòu)
4.1.1 對床身結(jié)構(gòu)的基本要求
機床的床身是整個機床的基礎(chǔ)支持件，一般用來放置導(dǎo)軌，主軸箱等重要部件。為了滿足數(shù)控機床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動化程度的要求，與普通機床相比，數(shù)控機床應(yīng)有高的靜、動剛度，更好的抗振性。
一、對數(shù)控機床的床身主要在以下3 個方面提出了更高的要求：
1．很高的精度和精度保持性
在床身上有很多安裝零部件的加工面和運動部件的導(dǎo)軌面，這些面本身的精度和相互位置精度要求都很高，而且要長時間保持。另外，機床在切削加工時，所有的靜、動載荷最后往往都傳到床身上，所以，床身受力很復(fù)雜。為此，為保證零部件之間的相互位置或相對運動精度，除了滿足幾何尺寸位置等精度要求外，還需要滿足靜、動剛度和抗振性、熱穩(wěn)定性、工藝性等方面的技術(shù)要求。
2．應(yīng)具有足夠的靜、動剛度
靜剛度包括：床身的自身結(jié)構(gòu)剛度、局部剛度和接觸剛度，都應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，最后達到有較高的剛度-質(zhì)量比。動剛度直接反映機床的動態(tài)性能，為了保證機床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動及自激振動的能力，可以通過適當(dāng)?shù)脑黾幼枘?、提高固有頻率等措施避免共振及因薄壁振動而產(chǎn)生噪音。
3．較好的熱穩(wěn)定性
對數(shù)控機床來說，尤其是高精度數(shù)控機床，熱穩(wěn)定性已經(jīng)成了一個突出問題，必須在設(shè)計上要做到使整機的熱變形小，或使熱變形對加工精度的影響小。熱變形將直接影響機架的原有的精度，從而是產(chǎn)品精度下降，如立軸矩臺平面磨床，立柱前臂的溫度高于后臂，是立柱后傾，其結(jié)果磨出的零件工作表面與安裝基面不平行；有導(dǎo)軌的機架，由于導(dǎo)軌面與底面存在溫差，在垂直平面內(nèi)導(dǎo)軌將產(chǎn)生中凸或中凹熱變形。因此，床身結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)使熱變形盡量小。
二、床身機架設(shè)計的一般要求 ：
1） 在滿足強度和剛度的前提下，機架的重量應(yīng)要求輕、成本低；
2） 抗振性好。把受迫振動振幅限制在允許范圍內(nèi)；
3） 躁聲??；
4） 溫度場分布合理，熱變形對精度的影響??；
5） 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機械加工；
6） 結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件；
7） 有導(dǎo)軌的機架要求導(dǎo)軌面受力合理、耐磨性良好；
8） 造型好。使之既適用經(jīng)濟，有美觀大方。
4.1.2 床身的結(jié)構(gòu)
1．床身結(jié)構(gòu)
根據(jù)數(shù)控機床的類型不同，床身的結(jié)構(gòu)形式有各種各樣的形式。例如數(shù)控車床床身的結(jié)構(gòu)形式有平床身、斜床身、平床身斜導(dǎo)軌和直立床身等四種類型。
另外，斜床身結(jié)構(gòu)還能設(shè)計成封閉式斷面，這樣大大提高了床身的剛度。數(shù)控鉆高精度數(shù)控立式萬能磨床、加工中心等這一類數(shù)控機床的床身結(jié)構(gòu)與數(shù)控車床有所不同。例如加工中心的床身有固定立柱式和移動立柱式兩種。前者一般使用于中小型立式和臥式加工中心，而后者又分為整體T形床身和前后床身分開組裝的T形床身。所謂T形床身是指床身是由橫置的前床身和與它垂直的后床身組成。整體式床身，剛性和精度保持性都比較好，但是卻給鑄造和加工帶來很大不便，尤其是大中型機床的整體床身，制造時需要大型設(shè)備。而分離式T形床身，鑄造工藝性和加工工藝性都大大改善。前后床身聯(lián)接處要刮研，聯(lián)接時用定位鍵和專用定位銷定位，然后再沿截面四周， 用大螺栓固緊。這樣聯(lián)接成的床身，再剛度和精度保持性方面，基本能滿足使用要求。這種分離式T形床身適用于大中型臥式加工中心。 由于床身導(dǎo)軌的跨距比較窄，致使工作臺在橫溜板上移動到達行程的兩端時容易出現(xiàn)翹曲，將會影響加工精度，為了避免工作臺翹曲，有的立式加工中心增設(shè)了輔助導(dǎo)軌。
2．床身的截面形狀
數(shù)控機床的床身通常為箱體結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計床身的截面形狀及尺寸，采用合理布置的肋板結(jié)構(gòu)可以在較小質(zhì)量下獲得較高的靜剛度和適當(dāng)?shù)墓逃蓄l率。床身肋板一般根據(jù)床身結(jié)構(gòu)和載荷分布情況，驚醒設(shè)計，滿足床身剛度和抗振性要求，V形肋板有利于加強導(dǎo)軌支承部分的剛度；斜方肋和對角肋結(jié)構(gòu)可明顯增強床身的扭轉(zhuǎn)剛度，并且便于設(shè)計成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)。
此外，還有縱向肋板和橫向肋板，分別對抗彎剛度和抗扭剛度有明顯效果；米字形肋板和井字形肋板的抗彎剛度也較高，尤其是米字形肋板更高。
3．床身的結(jié)構(gòu)設(shè)計
床身結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)盡量避免薄壁結(jié)構(gòu)并簡化表面形狀。根據(jù)本設(shè)計的具體情況及要求，床身的結(jié)構(gòu)設(shè)如下：
4.床身的設(shè)計步驟
⑴根據(jù)床身上的零件、部件情況和設(shè)計要求初步確定床身及機架的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，以保證機架內(nèi)外的零件能正常運動
⑵根據(jù)產(chǎn)品批量和結(jié)構(gòu)形式初步確定制造方法，合理選擇材料，單件小批量的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備機架可以采用焊接和鍛喊結(jié)合的機架
⑶分析承載情況，根據(jù)承載情況合理的選擇截面形式，確定主要設(shè)計參數(shù)
⑷畫出結(jié)構(gòu)草圖，進行必要的強度和剛度計算和尺寸修改
⑸對重要設(shè)備的床身，還應(yīng)該進行模擬實驗設(shè)計和模擬實驗，并根據(jù)實驗結(jié)果對設(shè)計進行修改。
4.2橫梁設(shè)計
梁設(shè)計的要求
與軸心受壓相仿，鋼梁設(shè)計應(yīng)考慮強度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定各個方面滿足要求。
(1)梁的強度計算主要包括抗彎、抗剪和折算應(yīng)力等強度應(yīng)足夠。
(2)剛度主要是控制最大撓度不超過按受力和使用要求規(guī)定的容許值。
(3)整體穩(wěn)定指梁不會在剛度較差的側(cè)向發(fā)生彎扭失穩(wěn)，主要通過對梁的受壓翼緣設(shè)足夠的側(cè)向支承，或適當(dāng)加大梁截面以降低彎曲壓應(yīng)力至臨界應(yīng)力以下。
(4)局部穩(wěn)定指梁的翼緣和腹板等板件不會發(fā)生局部凸曲失穩(wěn)，在梁中主要通過限制受壓翼緣和腹板的寬厚比不超過規(guī)定，對組合梁的腹板則常設(shè)置加勁肋以提高其局部穩(wěn)定性。
梁的截面選擇
一、型鋼梁截面的選擇
型鋼梁截面應(yīng)滿足梁的強度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定四個要求，其中強度包括抗彎、抗剪、局部壓應(yīng)力和折算應(yīng)力。由于型鋼截面的翼緣和腹板等板件常有足夠的厚度，一般不必驗算局部穩(wěn)定，無很大孔洞削弱時一般也不必驗算剪應(yīng)力。局部壓應(yīng)力和折算應(yīng)力只在有較大集中荷載或支座反力時計算。
型鋼梁設(shè)計通常是先按抗彎強度(當(dāng)梁的整體穩(wěn)定有保證或Mmax處截面有較多孔洞削弱時)或整體穩(wěn)定(當(dāng)需計算整體穩(wěn)定時)選擇型鋼截面，然后驗算其它項目是否足夠，不夠時再作調(diào)整。為了節(jié)省鋼材，應(yīng)盡量采用牢固連接于受壓翼緣的密鋪面板或足夠的側(cè)向支承以達到不需計算整體穩(wěn)定的要求。
按抗彎強度或整體穩(wěn)定(φb值可先估計假定)選擇單向(強軸)彎曲梁的型鋼截面時，所需要的截面抵抗矩為：
2、腹板尺寸
梁高確定后腹板高也就確定了，腹板高為梁高減兩個翼緣的厚度，在取腹板高時要考慮鋼板的規(guī)格尺寸，一般使腹板高度為50mm的模數(shù)。從經(jīng)濟角度出發(fā)，腹板薄一些比較省鋼，但腹板厚度的確定要考慮腹板的抗剪強度，腹板的局部穩(wěn)定和構(gòu)造要求。從抗剪強度角度來看，應(yīng)滿足下式：
3、翼緣尺寸
由式5.2.1求得需要的凈截面模量，則整個截面需要的慣性矩為：
4.3橫梁有限元分析
4.4 本章小節(jié)
本章主要講述了床身的結(jié)構(gòu)特點和結(jié)構(gòu)合理性特點，橫梁的類型結(jié)構(gòu)特點設(shè)計要求最終的選擇的類型。
結(jié) 論
短短的幾個月的畢業(yè)設(shè)計是我們對大學(xué)的機械知識的整體總結(jié)，也是理論與實踐的結(jié)合，通過這次畢業(yè)設(shè)計我們收益非淺，這次設(shè)計，主要是對立式數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)進行設(shè)計。在進行畢業(yè)設(shè)計中，我學(xué)到了許多新的知識。我深刻的認識到，要想成為一名合格技術(shù)人員只掌握本專業(yè)的知識是遠遠不夠的，我們應(yīng)該具有更加淵博的知識。
沒有具體的了解，經(jīng)常會有無從下手的感覺，碰到問題只有去問老師和看相關(guān)書籍，確實雖然完成了大概模型，有許多地方還是不是完全吃透的，這需要在以后的工作學(xué)習(xí)中進一步加深學(xué)習(xí)，期間我得到了許多教師的大力幫助。本次設(shè)計算基本符合設(shè)計要求。在此，我表示由衷地感謝！
立柱設(shè)計部分，借助于三維軟件SolidWorks 2007進行設(shè)計，對框架結(jié)構(gòu)進行了三維建模，并借助于SolidWorks 2007自帶的一款有限元分析工具COSMOS進行了應(yīng)力分析。
具體的研究結(jié)論如下：
1.在新產(chǎn)品開發(fā)和立柱的基礎(chǔ)研究方面,通過測試可驗證立柱技術(shù)性能是否達到預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。通過對測試數(shù)據(jù)的分析, 可判斷立柱的結(jié)構(gòu)方案是否合理、所用材料是否最佳, 解決立柱在設(shè)計、加工、材料等方面存在的問題; 幫助分析立柱最佳工作范圍, 以便確定液壓缸合理工況, 延長立柱使用壽命。
2.制造企業(yè)對批量產(chǎn)品進行質(zhì)量控制時, 通過定期和隨機抽樣測試, 驗證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性, 消除潛在問題, 保證產(chǎn)品質(zhì)量, 提高用戶對產(chǎn)品的信任, 有助于開發(fā)和穩(wěn)固市場。
參考文獻
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致 謝
本論文是在導(dǎo)師XX的悉心指導(dǎo)下完成的，在這次畢業(yè)設(shè)計中，XX老師給了我很大的幫助，不僅讓我在規(guī)定時間能完成了畢業(yè)設(shè)計，還使我學(xué)到了很多有用的經(jīng)驗。在這里我衷心的感謝她。我還要感謝這四年能教授我知識的老師們，還有曾經(jīng)幫過我的同學(xué)們。
經(jīng)過幾個月的努力，畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲。由于實踐經(jīng)驗的匱乏，本次設(shè)計難免有考慮不周的地方。如果沒有XX老師的悉心指導(dǎo)以及本組人員的支持，恐怕設(shè)計不會這么順利完成。自開題一來，XX老師一直認真指導(dǎo)設(shè)計的每個環(huán)節(jié)，從資料的查閱到具體方案的修改，任老師都提出了寶貴的建議，讓我受益匪淺。除此之外，何老師科學(xué)嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和淵博的專業(yè)知識更是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣。再次對老師及本組的同學(xué)表示衷心的感謝！
畢業(yè)設(shè)計很快已經(jīng)結(jié)束了，在這段時間里，不僅僅感覺到的是忙碌，還有忙碌后作完一件令自己心動的東西時的那種無聲的喜悅。
在寫致謝信的這個時候心里想有一些說出的東西，想想自己在做畢業(yè)設(shè)計時的種種困難，在老師同學(xué)的用心幫助下也一一解決了，說句實話，憑自己的能力要作完畢業(yè)設(shè)計是有些太困難了，但是在你的身邊總有一些人會給你帶來驚喜，自己的能力畢竟有限，在面對別人無私幫助的時候我的內(nèi)心十分感激，帶自己畢業(yè)設(shè)計的王老師會有問必答，有難必解，雖然接觸不是很多，但有些東西使用心感覺的。還有好多老師在這次畢業(yè)設(shè)計中給于我一些幫助，我非常的感激。當(dāng)然還有我身邊的那些同學(xué)，在我有疑惑的時候總是不厭其煩的給我解釋清楚。在我設(shè)計的時候，因為我以前從沒接觸過的東西，一開始很是迷茫，我的好幾位同學(xué)都在這時候一邊忙自己的事，一邊還要在我有疑惑的時候為我?guī)兔Ψ治?，共同解決。最終自己終于完成了主傳動系統(tǒng)設(shè)計這一部分的畢設(shè)要求?，F(xiàn)在想起來，有時候最能讓自己感動的事就發(fā)生在自己的身邊。
這次畢業(yè)設(shè)計不僅給我?guī)砹酥R上的收獲，在做人方面也教會了我許多許多，在對待事情方面，尤其是有選擇的時候自己該放棄什么，該抓住什么。什么是該自己作的，什么時候做，我明白了好多。
在此，我對給我?guī)椭睦蠋?，同學(xué)至以誠摯的謝意和由衷的感激。感謝您們對我的幫助，和教會我那些人生的道理。
在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！
附 錄