小型龍門加工中心主軸系統(tǒng)模塊化設(shè)計1第一章概述隨著全球化經(jīng)濟競爭的愈演愈烈，產(chǎn)品小批量、客戶化、快速交貨要求的不斷加強，迫切要求企業(yè)具有快速響應(yīng)市場能力。企業(yè)對市場響應(yīng)速度的快慢、產(chǎn)品開發(fā)一次成功率的高低，不僅決定了企業(yè)在市場上所占份額的大小，而且決定了企業(yè)能否立足市場的命運。如何在短期內(nèi)設(shè)計出符合客戶的個性化要求、質(zhì)量可靠、性能優(yōu)良、成本低廉的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，是企業(yè)在市場競爭中占據(jù)有利地位的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)大部分制造業(yè)企業(yè)的設(shè)計、制造手段比較落后，與發(fā)達國家的差距較大。隨著市場競爭日益激烈，如何使企業(yè)的產(chǎn)品快速響應(yīng)市場，在較短時間內(nèi)以較高性能價格比的產(chǎn)品占領(lǐng)市場，是企業(yè)得以生存和發(fā)展的關(guān)鍵。模塊化、并行設(shè)計等快速設(shè)計技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，大大縮短了機床新產(chǎn)品開發(fā)的周期；有限元分析、仿真技術(shù)、虛擬樣機技術(shù)等新技術(shù)不斷地運用到新產(chǎn)品的開發(fā)過程中，極大地提高了新產(chǎn)品的性能，并降低了開發(fā)的費用。結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性分析理論經(jīng)過科學(xué)工作者多年努力，發(fā)展到一定程度，隨著有限元方法的應(yīng)用，為數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設(shè)計理論建模提供了必要的數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)修改依據(jù)，使基于理論模型的新產(chǎn)品性能預(yù)測和優(yōu)化設(shè)計變得可能。1.1模塊化設(shè)計研究現(xiàn)狀模塊化設(shè)計是在對一定范圍內(nèi)的產(chǎn)品或系統(tǒng)進行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能獨立、結(jié)構(gòu)獨立的基本單元模塊，并使模塊系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品或系統(tǒng)，以滿足不同的需求的設(shè)計方法。模塊化設(shè)計方法已經(jīng)在機械、電工電子、船舶、建筑、電力、武器裝備等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的效益。因此，模塊化設(shè)計理論研究也得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。1.1.1模塊化設(shè)計與制造的意義模塊化設(shè)計是快速響應(yīng)設(shè)計的核心，它用功能模塊組成產(chǎn)品，模塊的可互換性和可組合性是實現(xiàn)產(chǎn)品快速設(shè)計的基礎(chǔ)。根據(jù)模塊化思想，產(chǎn)品將由傳統(tǒng)產(chǎn)品一部件一零件的構(gòu)成模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅K和模塊單元組成產(chǎn)品的模式。模塊化制造是用模塊化的概念構(gòu)造整個生產(chǎn)系統(tǒng)圈，即以模塊化裝備構(gòu)造模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)(MPS)，以產(chǎn)品模塊組織生產(chǎn)和管理，形成企業(yè)的經(jīng)營模式。從產(chǎn)品設(shè)計、制造系統(tǒng)設(shè)計，制造過程的實施和管理，均采用模塊化技術(shù)，按這一原則組成的制造系統(tǒng)稱為模塊化制造系統(tǒng)網(wǎng)。模塊化設(shè)計與制造具有以下優(yōu)點:(1)縮短產(chǎn)品的設(shè)計與制造周期。據(jù)統(tǒng)計，在設(shè)計過程中利用模塊化設(shè)計能節(jié)約時間50%。在新產(chǎn)品開發(fā)時，由于系統(tǒng)中存在大量通用模塊，產(chǎn)品設(shè)計時間可大為縮短；進行新產(chǎn)品開發(fā)時，只要增加少量專用模塊就可組成滿足用戶所需的特定產(chǎn)品品種。(2)有利于提高新產(chǎn)品的開發(fā)質(zhì)量。因為模塊為獨立單元，可根據(jù)科技發(fā)展的情況和可能，將新技術(shù)用于模塊的設(shè)計，并進行實驗考核，待結(jié)構(gòu)可靠、性能穩(wěn)定后，取代老的模塊結(jié)構(gòu)，以加速產(chǎn)品更新?lián)Q代。小型龍門加工中心主軸系統(tǒng)模塊化設(shè)計2(3)有利于降低成本，增強產(chǎn)品的競爭能力。由于按模塊組織生產(chǎn)，使得大多數(shù)的零部件由單件、小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榕炕a(chǎn)，于是便于采用先進工藝和專用設(shè)備組織專業(yè)化生產(chǎn)。在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，有助于提高勞動生產(chǎn)率，降低制造成本和減小廢品率。(4)適于產(chǎn)品的大規(guī)模定制和滿足產(chǎn)品客戶化的需求。大規(guī)模定制是企業(yè)采用各種技術(shù)和管理手段在大規(guī)模生產(chǎn)模式下實現(xiàn)產(chǎn)品對顧客的個性化定制，并要滿足預(yù)定的成本和時間目標(biāo)。采用模塊化設(shè)計，建立合理的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)，用大批量生產(chǎn)的成本實現(xiàn)產(chǎn)品的多品種、小批量個性化生產(chǎn)。因此模塊化設(shè)計是實現(xiàn)大規(guī)模定制的前提和條件。基于模塊化方法的機床設(shè)計有著重要的技術(shù)經(jīng)濟意義，主要體現(xiàn)在:1、節(jié)約設(shè)計時間，縮短供貨周期:采用模塊化設(shè)計方法，企業(yè)產(chǎn)品系列中已有很多通用模塊，在用戶提出要求后，可用己有模塊或設(shè)計制造少量專用模塊便可組成用戶所要求的產(chǎn)品。如德國SCHIESS公司，其機床產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計后，從訂貨到供貨一般只需四個月時間。2、便于產(chǎn)品更新?lián)Q代，發(fā)展變型產(chǎn)品:根據(jù)用戶需要，設(shè)計新的功能模塊，組合成具有新功能的模塊系統(tǒng).用新技術(shù)設(shè)計性能好的模塊，取代原有功能模塊，發(fā)展性能好的變型產(chǎn)品。3、提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本:模塊精心設(shè)計，批量加工，有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，既提高質(zhì)量又降低成本。模塊化不僅是設(shè)計方法的改革，而且是推動整個工廠技術(shù)、生產(chǎn)、管理及組織體制的改革。4、便于維修:由于產(chǎn)品由相對獨立的模塊組成，因此，很便于維修，必要時可更換模塊，而不致影響生產(chǎn)。5、便于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊:傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化建立在零件級基礎(chǔ)上，而模塊化則是根據(jù)產(chǎn)品的不同建立在模塊級上的標(biāo)準(zhǔn)化，是一種趨向于宏觀的標(biāo)準(zhǔn)化。它具有兩個特點:一是面向功能，而不是具體的形狀、結(jié)構(gòu)和制造上的標(biāo)準(zhǔn)化；二是注重結(jié)合面的標(biāo)準(zhǔn)化，從而把標(biāo)準(zhǔn)化管理部分地從細(xì)節(jié)中解脫出來，分層次、有側(cè)重。1.2課題的提出及論文的結(jié)構(gòu)體系現(xiàn)代加工技術(shù)日益向著高速、大切削量的方向發(fā)展，這就要求所設(shè)計的機床具有高速、高剛度、高精度的優(yōu)良勝能。為了適應(yīng)生產(chǎn)線的快速可重組性，現(xiàn)代數(shù)控機床對地基的要求越來越弱，或者根本就不需要特殊的地基，數(shù)控機床加工中的振動不僅產(chǎn)生噪音，還將嚴(yán)重影響零件加上表面的質(zhì)量。由于我國數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)和手段落后，因此有進行數(shù)控機床結(jié)構(gòu)研究的必要性。本課題研究的目的在于采用先進、科學(xué)的CAD手段，根據(jù)“模塊化設(shè)計”階段提出的方案設(shè)計，對加工中心的三種主軸系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，關(guān)鍵部位的計算。直至零部件和整機的各項性能指針都能滿足現(xiàn)在的高效率、高精度的要求，使機床在工作過程中實現(xiàn)低速、準(zhǔn)高速、高速三種主軸系統(tǒng)之間的快速調(diào)換，以增強機床的生產(chǎn)效率和競爭力。本課題的研究成功，可以為加工中心主軸系統(tǒng)部分提出有普遍意義的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，必將有助于縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、保證新產(chǎn)品特性、降低設(shè)計費用。為推動機床工業(yè)的發(fā)展起到一定的促進作用。1.2.1論文研究的主要內(nèi)容論文主要的章節(jié)和內(nèi)容：1.第一章綜述了龍門加工中心主軸系統(tǒng)模塊化設(shè)計的發(fā)展?fàn)顩r，闡述課題提出的目的和意義，小型龍門加工中心主軸系統(tǒng)模塊化設(shè)計3明確了本文研究的主要內(nèi)容。2.第二章對小型龍門加工中心的總體進行研究，進行總體布局設(shè)計。3.第三章對加工中心的三種主軸系統(tǒng)進行整體的設(shè)計，進行關(guān)鍵部件的設(shè)計與計算。4.第四章對加工中心主軸系統(tǒng)進行總體的裝配，完善各個主軸系統(tǒng)的整體設(shè)計。5.第五章對三種主軸系統(tǒng)進行三維設(shè)計建模。6.第六章結(jié)束語。小型龍門加工中心主軸系統(tǒng)模塊化設(shè)計4第二章龍門加工中心總體設(shè)計機床設(shè)計從常用的功能設(shè)計進一步發(fā)展為機床結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計、精度設(shè)計、高速化設(shè)計、誤差補償技術(shù)、壽命設(shè)計和可靠性設(shè)計等現(xiàn)代先進機床設(shè)計技術(shù)。為了實現(xiàn)精密機床設(shè)計要求，在機床設(shè)計中要對各方面進行綜合考慮。數(shù)控機床造型設(shè)計強調(diào)功能與造型的統(tǒng)一,造型以功能為基礎(chǔ)并體現(xiàn)外觀美。過分強調(diào)功能而忽視外觀美的創(chuàng)造,或者在不體現(xiàn)功能的條件下追求外觀美,都會影響產(chǎn)品的功能。數(shù)控機床是一種具有強烈的時代感和技術(shù)特征的產(chǎn)品,造型應(yīng)充分體現(xiàn)加工中心高技術(shù)、高效率、多功能、高精度、高可靠性、高自動化等特點,也就是通過理性、嚴(yán)謹(jǐn)、整體的造型語言表達產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)異、工藝技術(shù)精湛,以及高效率的內(nèi)在品質(zhì)。具體到產(chǎn)品設(shè)計上就是處理好形體線型、形體之間的過渡、表面肌理和裝飾、色彩搭配等,并把握好產(chǎn)品造型的視覺情感。圖2-1龍門加工中心整體布局2.1、機床支承大件的功能要求機床大件通常指床身、立柱、工作臺、