木制楼梯扶手弯头数控专用加工机床总体设计

论文摘要

近年来,随着生活品位及生活水平的不断提高,人们对家用室内楼梯的需求十分旺盛。木制楼梯扶手以其具有天然的纹理、自然环保、视觉舒适、富亲和力等特点而深受国内外消费者欢迎,在楼梯市场上占绝对的优势。木制楼梯扶手弯头具有丰富的转接曲线,它的加工技术已成为制约木制楼梯业发展的关键技术。传统的设备和手工加工方法存在诸多缺陷,已经不能满足要求;国外多采用多轴联动数控机床或加工中心进行生产,其设备价格十分昂贵,国内的楼梯企业很难承受。因此开发一种价格适宜的,适合我国国情的木制楼梯扶手弯头数控专用加工机床已是我国木材加工行业的当务之急。本文以典型的空间楼梯扶手弯头为加工对象,论述了该数控专用机床的整个设计过程。在本文的设计方案中,主运动系统采用高速电主轴直联成型铣刀的形式,实现铣削运动。进给系统由机床的横向进给(X方向)、纵向进给(Y方向)、垂直进给(Z方向)和三套数控夹具的转动进给(A向)组成。整个加工过程由三步工序组成,每个工序完成后采用换刀换夹具的方式进行下一个工序。通过机床的X、Y、Z三轴联动和三套数控夹具的定时匀速转动,实现工件的成型铣削。本文建立了空间楼梯扶手弯头刀具轨迹参数方程,并在Pro/E环境下建立了弯头的三维模型。本文以弯头的数控加工工序为基础,详细介绍了三套数控成组夹具及机床主运动和进给系统的设计,并简介了机床的机械结构组成及其功能。通过合理的选定德国西门子公司的SINUMERIK 802C base line开放式三轴数控系统,指出了利用软件编程通过系统的I/O接口分别实现三套专用数控夹具的定时匀速转动功能,实现了机床的四轴三联动功能。论文最后在Pro/E环境中建立了系统的运动模型,进行了模型的运动仿真分析,为进行实际生产提供指导。开发该项技术与设备以后,在很大程度上满足了人们对木制楼梯扶手弯头的需求,对提高我国木材加工业的数控化程度具有重要的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内楼梯扶手弯头加工技术与设备的发展现状
• 1.2.1 传统手工加工技术
• 1.2.2 仿形机床加工技术与设备
• 1.3 国外加工楼梯扶手弯头专用机床的发展趋势
• 1.4 我国楼梯扶手弯头类零件专用加工设备的发展前景展望
• 1.5 木制楼梯扶手弯头数控加工的工业化前景与效益预测
• 1.6 研发的目的及意义
• 1.7 论文研究的主要内容
• 2 木制楼梯扶手弯头数控加工工艺研究
• 2.1 楼梯扶手弯头的种类和形式介绍
• 2.2 空间楼梯扶手弯头刀具轨迹参数方程的建立
• 2.3 空间楼梯扶手弯头坯料形状及尺寸确定
• 2.3.1 空间楼梯扶手弯头零件图纸的确定
• 2.3.2 空间楼梯扶手弯头坯料零件图纸的确定
• 2.4 空间楼梯扶手弯头数控加工顺序的安排
• 2.5 空间楼梯扶手弯头数控加工运动方式的确定
• 2.5.1 数控系统按运动方式的分类
• 2.5.2 空间楼梯扶手弯头数控加工运动方式的分析
• 2.5.3 空间楼梯扶手弯头数控加工运动方式的简化及确定
• 2.6 空间楼梯扶手弯头数控加工工艺参数的确定
• 2.6.1 主轴转速的确定
• 2.6.2 进给速度的确定
• 2.6.3 切削深度的确定
• 2.7 本章小结
• 3 夹具设计
• 3.1 空间楼梯扶手弯头反面成型专用数控成组夹具设计
• 3.1.1 空间楼梯扶手弯头反面成型面的加工原理
• 3.1.2 夹具结构设计
• 3.1.3 夹具动力系统的选择
• 3.2 空间楼梯扶手弯头侧面成型专用数控成组夹具设计
• 3.2.1 空间楼梯扶手弯头侧面成型面的加工原理
• 3.2.2 夹具结构设计
• 3.2.3 夹具动力系统的设计
• 3.3 空间楼梯扶手弯头正面成型专用数控成组夹具设计
• 3.3.1 空间楼梯扶手弯头正面成型面的加工原理
• 3.3.2 夹具结构设计
• 3.3.3 夹具动力系统的选择
• 3.4 本章小结
• 4 楼梯扶手弯头数控专用加工机床的总体设计研究
• 4.1 楼梯扶手弯头数控专用加工机床的总体布局
• 4.1.1 总体布局的基本要求
• 4.1.2 影响总体布局的基本因素
• 4.1.3 机床结构形式分析
• 4.1.4 坐标系统的确定
• 4.1.5 坐标运动的分配
• 4.1.6 总体布局方案
• 4.2 主运动系统和进给系统的方案确定
• 4.3 机床结构介绍
• 4.3.1 机床结构组成
• 4.3.2 机床功能部件介绍
• 4.3.3 机床主要规格及技术参数
• 4.4 本章小结
• 5 楼梯扶手弯头数控专用加工机床主运动和进给系统设计
• 5.1 楼梯扶手弯头数控专用加工机床主运动系统设计
• 5.1.1 主轴电机切削功率的确定
• 5.1.2 机床的主轴结构
• 5.2 楼梯扶手弯头数控专用加工机床进给系统设计
• 5.2.1 进给功率的确定
• 5.2.2 进给传动链的组成
• 5.2.3 进给传动链的设计计算
• 5.2.4 步进电机的选择
• 5.3 本章小结
• 6 数控系统的选定及系统运动仿真分析
• 6.1 数控系统选型的基本原则
• 6.2 机床数控系统的选定
• 6.3 系统运动仿真分析
• 6.3.1 运动仿真的过程
• 6.3.2 运动仿真的实现
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢