數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-開題報(bào)告

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題目： 數(shù)控銑床 Z 軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專 業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： D 機(jī)加工 121 學(xué) 號(hào)： 231120333 學(xué)生姓名： 謝 順 指導(dǎo)教師： 卞榮 /劉桂芝 2016 年 2 月 23 日 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )開題報(bào)告 學(xué)生姓名 謝順 學(xué) 號(hào) 231120333 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng) 指導(dǎo)教師姓名 卞榮 /劉桂芝 職 稱 講師 /教授 級(jí)高工 所在院系 工業(yè)中心 課題來源 自擬課題 課題性質(zhì) 工程設(shè)計(jì) 課題名稱 數(shù)控銑床 Z 軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)的 內(nèi)容和意義 采用 類比 的方法 ，進(jìn)行 數(shù)控銑床 Z 軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 的設(shè)計(jì) ，使其滿足 對(duì)刀具和工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度 及位置的 自動(dòng)控制 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容： 1、 進(jìn)行 Z 軸向慣量匹配的計(jì)算 2、 進(jìn)行 Z 軸向轉(zhuǎn)矩匹配的計(jì)算 3、 進(jìn)行 Z 向進(jìn)給力的計(jì)算 4、進(jìn)行 Z 向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計(jì)算 5、確定數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其主要零件： Z 向滾珠絲杠，軸承座 ,法蘭，齒形皮帶輪，隔套 ,支柱，電機(jī)安裝板，聯(lián)接漲套 , 鎖緊螺帽 , 法蘭 ,限位塊等 。 6、 制共 0 號(hào)圖紙，其中數(shù)控銑床 Z 軸驅(qū)動(dòng)裝配圖 0 號(hào)圖 1 張， 數(shù)控銑床 Z 軸運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 ,紙折合 0 號(hào) （約 15 個(gè)零件）。 7、進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。 8、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文），不少于 15000。 本課題研究的意義： 本課題對(duì)數(shù)控銑床 Z 軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì) ，其意義如下： 1、數(shù)控銑床其傳動(dòng)系統(tǒng)的精度和剛度是數(shù)控銑床 Z 軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。它決定了數(shù)控銑床的加工精度，其精度越高，工廠的自動(dòng)化效率就越高，為工廠創(chuàng)造的價(jià)值也就越大。 2、 Z 軸與 Y/Y 兩軸驅(qū)動(dòng)的伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)不僅對(duì)刀具和工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，還要對(duì)工件相對(duì)于刀具的位置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。該部件的性能直接影響工件的加工質(zhì)量和切削生產(chǎn)率 ,是決定機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。 3、通過此次數(shù)控銑床 Z 軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將我大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)方面的知識(shí)進(jìn)行了一番梳理，將其運(yùn)用于實(shí)踐設(shè)計(jì)。使得原本并不深刻清晰的專業(yè)知識(shí)，變得更加形象具體。并且在查找相關(guān)資料的同時(shí)也 了解到了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史，現(xiàn)階段高端技術(shù)，發(fā)展前景等。 提高了文獻(xiàn)搜索的能力。 文獻(xiàn)綜述 數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品。是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動(dòng)化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī) 1。 隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界制造業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。目前，歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國(guó)從 20 世紀(jì) 80 年代開始起步，仍處于發(fā)展階段。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工 業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)中，普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)械所代替 2。大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)，已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑 3。其中， 高速數(shù)控銑床成為世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家主要發(fā)展的項(xiàng)目之一 4。 數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)是由數(shù)控銑床工作臺(tái)及 X/Y/中 是決定機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。 對(duì)于數(shù)控銑床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要從控制類型選擇 、 驅(qū)動(dòng)裝置選擇 、 傳動(dòng)部件選擇和導(dǎo) 軌選擇四個(gè)方面進(jìn)行 。 對(duì)于伺服系統(tǒng)一般要求調(diào)速范圍比較寬 、 精確度高 、 穩(wěn)定性能好 、反應(yīng)迅速 。 而且根據(jù)發(fā)電機(jī)不同可以分為交流 、 直流和步進(jìn)伺服等 ， 一般步進(jìn)伺服比較常用 5。 為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度 、 定位精度和防止爬行，必須降低數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦并減少靜 、 動(dòng)摩擦系數(shù)之差 。 因此，形成不太長(zhǎng)的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常用滾珠絲杠副 。 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高達(dá) 85%- 98%，是普通滑動(dòng)絲杠副的 2- 4 倍 。 滾珠絲杠副的摩擦角小于 1 ，因此不自鎖 6。 滾珠運(yùn)動(dòng)的摩擦熱、液壓流體、電動(dòng)機(jī)、齒輪箱機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)熱所造成的熱膨脹會(huì)造成定位精 度的降低。如果在導(dǎo)軌或床身上產(chǎn)生變形，即使能夠防止?jié)L珠絲桿的溫升，也不可能獲得高的精度。在分析精度的時(shí)候，來自所有熱源的熱影響都必須加以考慮。在計(jì)算由滾珠絲桿本身產(chǎn)生的熱量時(shí)，高的工作負(fù)載是一個(gè)最大的潛在原因。通常，工作負(fù)載大約是滾珠絲桿頂緊力的 3倍 7。 在現(xiàn)代機(jī)械中，特別是數(shù)控系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)中，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌已經(jīng)成為一種重要的支撐部件。它不僅使得安裝簡(jiǎn)便、維護(hù)和潤(rùn)滑容易，還降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和能耗，極大降低了設(shè)備全壽命周期的成本 8。 受傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)計(jì)思維的影響，人們?cè)跀?shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中往往只重視轉(zhuǎn)矩 (功率 )匹配， 而忽視慣量匹配，從而嚴(yán)重影響整機(jī)性能，導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床不能適應(yīng)高速精密加工的要求 9。因此，為了提高機(jī)床整體性能，高精度，高性能，必須進(jìn)行 慣量匹配和轉(zhuǎn)矩匹配的 計(jì)算。 為了適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)在近 30年來發(fā)生了相當(dāng)大的變化。設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)工具更為先進(jìn)，計(jì)算精度更高，計(jì)算速度更快 10。 參考文獻(xiàn)： 1. 師鴻飛 ,鄒翠波 ,張彩虹 2004， 6:83. 馮銀蘭，周會(huì)成 科學(xué)之友 ， 2008， 14:136. 崔陳龍 . 數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)淺析 2011， 5:135. 岳少雷 ,任妍欣 J,2005， 10:33- 34. 5. 苑忠春 . 數(shù)控銑床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析 2015， 12： 131 6. 王澤蛟 . 銑床數(shù)控軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 裝備制造技術(shù) ， 2012， 3： 226. 張巧云 . 如何保持滾珠絲桿的精度 . 精密制造與自動(dòng)化 ， 2013， 2： 59 8. 高飛 . 直線滾動(dòng)滾子導(dǎo)軌壽命分析 . 機(jī)床與液壓 ， 2015， 11： 59. 余清華，朱宏杰，郭軍， 田紅陽，楊沛湛 . 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)必須慣量匹配 2011， 3： 530. 董剛，李建功，潘鳳章 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2000： 3 研究?jī)?nèi)容 軸進(jìn)給系統(tǒng)總體方案確定 該進(jìn)給機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng) Z 向齒形帶傳動(dòng)， 驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控銑床 Z 軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 為提高銑床整體性能，高速度，高精度等，需進(jìn)行慣量匹配。 角加速度越小，則數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令到進(jìn)給系統(tǒng)執(zhí)行完畢之間的時(shí)間越長(zhǎng)，也就是通常所說的系統(tǒng)反應(yīng)慢。如果角加速度變化，則系統(tǒng)的反應(yīng)將忽快忽慢，影響加工精度。當(dāng)進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)已選定，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的最大值基本不變。如果希 望角加速度的變化小，應(yīng)使 電動(dòng)機(jī)本身的慣量 +折合到電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載慣量 的變化盡量小，則最好使 電動(dòng)機(jī)本身的慣量 +折合到電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載慣量 所占比例小一些。這就是“ 慣量匹配”原則。 為提高銑床整體性能，高速度，高精度等，需進(jìn)行轉(zhuǎn)矩匹配。 選擇伺服電動(dòng)機(jī)時(shí)，最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得超過電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。折算至電動(dòng)機(jī)軸的最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩 。 4. 滾珠絲杠的計(jì)算及校核 滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成，可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力精度和效率高。首先根據(jù)絲杠的工作行程初選 絲杠的工作長(zhǎng)度，計(jì)算工作載荷，查表選型號(hào)然后進(jìn)行校核。 研究計(jì)劃 研究周期與時(shí)間安排 畢業(yè)設(shè)計(jì)起止日期： 1 周 第 15 周） 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(jì)過程中所要遵照的有關(guān)國(guó)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，暨完成該課題所采用的技術(shù)路線、方案，要設(shè)計(jì)和完成的任務(wù) 第 3 周 ( 開題報(bào)告及外文材料翻譯 第 4 周 ( 完成裝配圖草圖設(shè)計(jì)，繪制進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 第 5 周 ( 完成 Z 軸向慣量 ,轉(zhuǎn)矩 ,匹配的計(jì)算、完成 Z 向進(jìn)給力 ,第 6 周 ( 完成裝配圖設(shè)計(jì) 第 7 周 ( 畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查 第 8 周 ( 進(jìn)行零件圖計(jì)算機(jī)繪圖 第 9 周 ( 完成零件圖計(jì)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(jì)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(píng)審 第 14 周 ( 答辯資格確定 第 15 周 ( 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯 第 16 周（ 整理資料存檔 特色與創(chuàng)新 本論文特色與創(chuàng)新如下： (1)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了 量匹配 的 計(jì)算 ， 從而提高了數(shù)控銑床的加工 速度以及加工精度。 (2)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了