車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計開題報告

本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )開題報告 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師姓名 課題來源 D、自擬課題 課題性質(zhì) A、工程設(shè)計 課題名稱 車銑復(fù)合加工機(jī)床 W 軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 內(nèi)容和意義 采用比較法，文獻(xiàn)分析法對車銑復(fù)合加工機(jī)床 W 軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)課題進(jìn)行分析與研究，畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容： 主要零件包括 :副主軸本體安裝板、滾珠絲杠 (W)副、軸承座、軸承、隔套、鎖緊螺母、聯(lián)軸器、聯(lián)接漲套、法蘭、限位擋塊等。 1、機(jī)械制圖 制 數(shù)控可編程尾架傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計 裝配圖 0 號圖 1 張 ， 繪制其它零件 紙折合 0 號 。 2、 設(shè)計計算 傳動機(jī)構(gòu)慣量匹配的 計算 ， 傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)給力的 計算 。 3、 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 各零件成本分析 ， 課題成本計算 。 本課題研究的意義： 1、車銑復(fù)合 加工機(jī)床的意義：通過一次裝夾零件完成多種加工工序，縮短了加工時間，提高了加工精度，因而受到用戶的歡迎。數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床是復(fù)合加工機(jī)床的一種主要機(jī)型，通常是在數(shù)控車床上實現(xiàn)平面銑削、鉆孔攻絲、銑槽等銑削加工工序，具有車削以及鏜削等復(fù)合功能，能夠?qū)崿F(xiàn)一次裝夾、全部完工的加工理念。 2、 W 軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)的意義： 車銑復(fù)合加工機(jī)床實現(xiàn)第二主軸軸向的運動執(zhí)行機(jī) 構(gòu)。該驅(qū)動伺服進(jìn)給系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)機(jī)床第二主軸的軸向進(jìn)給，還要實現(xiàn)進(jìn)給運動的速度自動控制，保證機(jī)床第二主軸的準(zhǔn)確定位。 3、通過分析與研究使自己了解到 W 軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)的重要性， W 軸進(jìn)給軸作為第二主軸的進(jìn)給機(jī)構(gòu)對于整個進(jìn)給系統(tǒng)來講，是不可缺少的一個組成部分。 4、通過本次課題設(shè)計，提高了我的分析問題、解決問題的能力，在自己所研究的課題上有了較為深入的了解，對我自己四年專業(yè)學(xué)習(xí)是一個很大的提高。 文獻(xiàn)綜述 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展背景與趨勢： 現(xiàn)狀：我國數(shù)控機(jī)床的研制工作起步比較晚，于 1958 年由清華大學(xué)和北京第一機(jī)床廠合作研制了我國第一臺數(shù)控銑床，并于 1958 年開始試制成功第一臺電子管數(shù)控機(jī)床。 1965 年開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到 20 世紀(jì) 60 年代末至 70 年代初成功研制。從 1980 年起，我國加大改革開放的力度，先后從日、德、美、西班牙等西方國家引進(jìn) 統(tǒng)，對各種機(jī)、電、液、氣等基礎(chǔ)原件進(jìn)行合作生產(chǎn)，極大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量 1?？傮w來說，從 1958 年研制出第一臺數(shù)控機(jī)床到現(xiàn)在，我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展大體可以分為三 個階段： 1958 至 1979 年為第一階段，在這一階段內(nèi)我國受到西方國家的封鎖和國內(nèi)環(huán)境的影響，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展采用的是封閉式摸索前進(jìn)，數(shù)控機(jī)床的一些關(guān)鍵技術(shù)，如電、氣、液等核心技術(shù)達(dá)不到可靠性要求，故障常出； 1980 年至 1995 年為第二階段，我國提出了改革開放的政策，積極引進(jìn)國外的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，利用國外的先進(jìn)產(chǎn)品配置和技術(shù)，期間我國的數(shù)控機(jī)床取得了長足的發(fā)展，逐漸縮小與國外先進(jìn)國家的差距，但總體來說，這個階段屬于我國的仿制時期，自主研發(fā)的產(chǎn)品占少數(shù)； 1996 年至今為第三階段，我國實施產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略，控機(jī)床進(jìn)入自主 研發(fā)的時期，數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)值比重也逐漸增大，數(shù)控機(jī)床無論從數(shù)量上還是在質(zhì)量上都取得了較大的進(jìn)步，某些核心的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)接近或者領(lǐng)先于世界水平 2。 趨勢： 20 世紀(jì) 90 年代開始，我國數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)完成了 16 位機(jī)向 32 機(jī)位轉(zhuǎn)變，伺服驅(qū)動從直流向交流全數(shù)字式轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)從封閉向開放轉(zhuǎn)變，控制系統(tǒng)由專用計算機(jī)向通用計算機(jī)轉(zhuǎn)變，加快了數(shù)控機(jī)床技術(shù)前進(jìn)的步伐，具體來說數(shù)控機(jī)床會朝著高速化、精密與超精密化、開放化、技術(shù)集成化與技術(shù)復(fù)合化、智能化幾個方向發(fā)展 3。 本課題主要研究車銑復(fù)合加工機(jī)床 W 軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)給 系統(tǒng)的精度、靈敏度、穩(wěn)定性直接影響數(shù)控機(jī)床的定位和輪廓加工精度。從 車銑復(fù)合加工機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是由復(fù)合加工機(jī)床的 C 軸、拖板部件的 X/Z 兩軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)及第二主軸軸向進(jìn)給W 軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成，是車銑復(fù)合加工機(jī)床實現(xiàn)第二主軸軸向的運動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該驅(qū)動伺服進(jìn)給系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)機(jī)床第二主軸的軸向進(jìn)給，還要實現(xiàn)進(jìn)給運動的速度自動控制，保證機(jī)床第二主軸的準(zhǔn)確定位。 從 系統(tǒng)控制的角度看，決定進(jìn)給系統(tǒng)性能的主要因素有系統(tǒng)的剛度、慣量、精度和動特性等 4。傳動系統(tǒng)的剛度和慣量，直接影響到進(jìn)給系統(tǒng)的切削能力和加減速性能；穩(wěn)定性和靈敏度；傳 動部件的精度與系統(tǒng)的動態(tài)特性，決定了機(jī)床的輪廓加工和定位精度，在閉環(huán)控制系統(tǒng)中還影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 文獻(xiàn)綜述 剛度： 提高絲杠的剛度勢必可以提高系統(tǒng)的加工精度、穩(wěn)定性和加速性，當(dāng)驅(qū)動電動機(jī)的加減速轉(zhuǎn)矩不變時，進(jìn)給系統(tǒng)的慣量直接決定了系統(tǒng)的加速度； 滾珠絲杠由于具有傳動效率高 、 磨損小 、 運動平穩(wěn)等特點 ， 在機(jī)床中得到了廣泛的應(yīng)用 5。 滾珠絲杠作為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的重要元件 ， 其性能直接影響了進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度 。滾珠絲杠的剛度是造成進(jìn)給系統(tǒng)失動的重要因素 ， 因此需要對滾珠絲杠進(jìn)行剛度分析 ， 以獲得最大失動量 ， 為進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計和定位精度提高提供依據(jù) 。 慣量： 當(dāng)驅(qū)動電動機(jī)的加減速轉(zhuǎn)矩不變時，進(jìn)給系統(tǒng)的慣量直接決定了系統(tǒng)的加速度。數(shù)控機(jī)床是一種高效加工設(shè)備，它對進(jìn)給系統(tǒng)的快速性要求較高，特別對于高速加工機(jī)床，為了在有限的行程內(nèi)，使得運動軸達(dá)到每分鐘數(shù)十米、甚至上百米的高速，進(jìn)給系統(tǒng)的加減速需要達(dá)到或超過 1g（ s），因此，在滿足系統(tǒng)剛度的前提下，其傳動部件應(yīng)盡可能減輕重量、縮小直徑，以降低慣量、加高快速性。 間隙： 傳動部件的間隙會影響系統(tǒng)的系統(tǒng)的定位精度，因此必須采取有效措施以消除傳動系統(tǒng)的間隙。滾珠絲杠螺母副和支承軸承的預(yù)緊是消除傳動系統(tǒng)間隙的常用措施，大部分傳動部件的消隙措施都會增加系統(tǒng)的摩擦阻力、引發(fā)發(fā)熱、甚至影響傳動部件的使用壽命 6。 摩擦： 進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦阻力不但會降低傳動效率、導(dǎo)致發(fā)熱；且還直接影響系統(tǒng)快速性。此外，由于動、靜摩擦系數(shù)的變化，可能會導(dǎo)致傳動部件的彈性變形而產(chǎn)生非線性的摩擦死區(qū)，從而影響系統(tǒng)的加工、定位精度，甚至引起低速爬行和動態(tài)不穩(wěn)定 7。 通過對進(jìn)給系統(tǒng)中出現(xiàn)的幾個問題進(jìn)行 分析與探討，并提出如下解決方法： 1、 提高滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械剛度的措施 ： 滾珠絲杠副的傳動剛度與滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)和軸承的結(jié)構(gòu)及布置、預(yù)緊力大小有關(guān)。因此，要提高滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的剛度主要從以下方面著手： （ 1） 當(dāng)減小滾珠直徑 ； （ 2） 適當(dāng)加大螺旋升角 ； （ 3） 施加合適的預(yù)緊力 ； （ 4） 改進(jìn)滾珠循環(huán) ； （ 5） 進(jìn)一步提高滾珠絲杠螺母副的加工精度 ； （ 6） 從根本上改進(jìn)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，合理布置支承形式，采用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計機(jī)床 8。 文獻(xiàn)綜述 2、減小慣量對進(jìn)給系統(tǒng)的影響： 數(shù)控機(jī)床 是以在自動加工中實現(xiàn)精確的運動精度和高性能穩(wěn)定性為其主要特征的，進(jìn)給傳動系統(tǒng)的慣量，直接影響其固有頻率，從而影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性 。 慣量越小，剛度越大，則固有頻率越高，所以應(yīng)選擇較小的慣量 9。 實踐和經(jīng)驗表明，在當(dāng)今數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計中，對于提高固有頻率 、 滿足穩(wěn)定性要求環(huán)節(jié)，主要是采取以下的方式： （ 1）通過慣量匹配和加速度校核環(huán)節(jié)，確保較小的機(jī)械傳動慣量，從而保證進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有較大的固有頻率 。 （ 2）不再采用低固有頻率的傳動機(jī)構(gòu)，而普遍采用高剛性 、 低摩擦系數(shù)的傳動機(jī)構(gòu) 。 （ 3）當(dāng)今數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)，已普遍 采用數(shù)字交流伺服形式，性能有了大幅度提高，一般系統(tǒng)本身設(shè)有自動測試共振點的功能，并設(shè)置有多個對應(yīng)不同頻率的抑制共振的濾波器，通過電氣調(diào)節(jié)，消除共振 10。 3、 減小間隙的措施： 采用滾珠絲杠螺母副和支承螺母的預(yù)緊等方式。 4、減小摩擦的措施： 需要配套減少對部件之間的摩擦有助于提高系統(tǒng)的傳動精度和定位精度，進(jìn)給系統(tǒng)部件必須有良好的防護(hù)措施，以避免灰塵或切屑、冷卻液的進(jìn)入。 總結(jié)： 一個良好的進(jìn)給系統(tǒng)需滿足剛度高、小慣量、無間隙、低摩擦等要素，剛度高會提高系統(tǒng)的加工精度、穩(wěn)定性和快速性；小的慣量減小系統(tǒng)的加 速度，提高進(jìn)給系統(tǒng)的加速精度；消除間隙會提高進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和動態(tài)穩(wěn)定性；部件之間的潤滑可減少系統(tǒng)摩擦阻力，提高運動精度，避免低速爬行。 文獻(xiàn)總素 參考文獻(xiàn)： 1廖朝洋 ,董大華 控車銑復(fù)合機(jī)床的設(shè)計 A2吳南星 ， 胡如夫 ， 孫慶鴻 數(shù)控車床絲杠進(jìn)給系統(tǒng)剛度對定位精度的影響 中國工程科學(xué) ， ， （ ）： 3 徐灝主編 械工業(yè)出版社 4機(jī)床設(shè)計手冊編寫組主編 第 三卷部件機(jī)構(gòu)及總體設(shè)計 5龔仲華 機(jī)械工業(yè)出版社， 506吳南星，胡如夫，孫慶鴻數(shù)控車床絲杠進(jìn)給系統(tǒng)剛度對定位精度的影響J中國工程科學(xué)， 2004， 6(9)： 46 49 7黃祖堯精密滾珠絲杠副實現(xiàn)高速化的前景 J制造技術(shù)與機(jī)床， 2001(3)：5 7 8張伯霖，黃曉明，范夢吾高速數(shù)控機(jī)床三種進(jìn)給系統(tǒng)的分析與評價 J產(chǎn)品與技術(shù)， 2003， 2(4)： 88 92 9黃祖堯精密高速滾珠絲杠副的最新發(fā)展及其應(yīng)用 J航空制造技 術(shù)，2003(4)： 36 40 10張政潑 A010:37研究內(nèi)容 解決車銑復(fù)合加工機(jī)床 W 軸進(jìn)給機(jī)構(gòu) 存在的問題： 在剛度方面： 如果進(jìn)給傳動部件的剛度不足，必將會產(chǎn)生彈性變形，影響系統(tǒng)的加工精度、穩(wěn)定性和快速性。 在慣量方面：車銑復(fù)合加工機(jī)床是一種高效的加工設(shè)備，它對進(jìn)給系統(tǒng)的快速性要求較高，特別對于高速加工機(jī)床，為了在有效的行程內(nèi)，使得運動軸達(dá)到每分鐘數(shù)十米、甚至上百米的高速，進(jìn)給系統(tǒng)的加減速需要達(dá)到要求。 在間隙方面：它直接 影響系統(tǒng)的定位精度，而且還影響系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性，因此，必須采取有效的措施以消除進(jìn)給系統(tǒng)的間隙。 在摩擦方面：摩擦阻力不但會降低傳動效率、導(dǎo)致發(fā)熱；而且還直接影響系統(tǒng)快速性。 研究計劃 研究周期與時間安排 第 1 周 ( 收集資料，學(xué)習(xí)有關(guān)書籍文獻(xiàn)，參觀工廠，搜集設(shè)計過程 中所要遵照的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行學(xué)習(xí) 第 2 周 ( 提出完成課題的基本思路和方法， 完成該課題所采用的技 路線、方案，要設(shè)計和完成的任務(wù) 第 3 周 ( 完成開題報告及外文材料翻譯 第 4 周 ( 完成裝配圖草圖設(shè)計，繪制進(jìn)給系統(tǒng)運動簡圖 第 5 周 ( 完成傳動機(jī)構(gòu)慣量匹配的計算、完成傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)給力的計算 第 6 周 ( 完成裝配圖設(shè)計 第 7 周 ( 設(shè)計畢業(yè)設(shè)計中期檢查 第 8 周 ( 進(jìn)行零件圖計算機(jī)繪圖 第 9 周 ( 完成零件圖計算機(jī)繪圖 第 10 周 ( 完成各零件及課題成本分析，完成各零件成本及課題成本 計算 第 11 周 ( 遞交論文初稿 第 12 周 ( 修改論文并定稿 第 13 周 ( 論文評審及答辯資格確定 第 14 周（ 辯 第 15 周 ( 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯