數(shù)控鏟齒磨床設(shè)計任務(wù)

1、 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目：數(shù)控鏟齒磨床主軸、尾座及Z軸設(shè)計 院（系） 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級 120207 姓 名 袁超國 學(xué) 號 120207118 導(dǎo) 師 勞奇成 年 月 日1.畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述（題目背景、國內(nèi)外相關(guān)研究情況及研究意義）1.1 題目背景滾刀是一種高效齒輪加工刀具，它直接決定著齒輪的加工精度。目前，作為滾刀精加工設(shè)備的滾刀鏟齒磨床，大都屬機(jī)械式且人工金剛筆修整砂輪，越來越難以滿足復(fù)雜截形滾刀的高精度、高效率加工要求。為此，本文基于數(shù)控滾刀鏟齒磨床的設(shè)計和制造基礎(chǔ)上，參考大連機(jī)床廠生產(chǎn)的機(jī)械C8925、C8955、無錫泰諾、克林貝格HSF

2、和SAACKE等一系列機(jī)床經(jīng)數(shù)控化改造而成的數(shù)控機(jī)床。本次設(shè)計的重點(diǎn)參考采用的機(jī)床是共達(dá)精密制造有限公司生產(chǎn)的GD8925A數(shù)控I產(chǎn)齒磨床，加工精度較高19。1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究情況目前,我國存在大量的普通鏟磨機(jī)床,甚至還有相當(dāng)?shù)囊徊糠忠呀?jīng)處于閑置狀態(tài),數(shù)控鏟齒磨床需求量很大，而且被國外幾個主要廠家所壟斷，設(shè)備進(jìn)口價格昂貴，國內(nèi)也有少部分?jǐn)?shù)控鏟齒磨床生產(chǎn)廠家，但還是難以解決龐大的市場需求，因而迫切需要生產(chǎn)出國有的機(jī)床，以滿足市場的需求18。據(jù)不完全的統(tǒng)計,自從1979一1988年的10年期間,全國引進(jìn)的技術(shù)改造的相關(guān)項(xiàng)目就有18446項(xiàng),大約花費(fèi)165.8億美元。在這些項(xiàng)目之中,大部分的項(xiàng)目

3、都為我國經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是與此同時有些引進(jìn)的項(xiàng)目由于各方面的原因,使原有的設(shè)備或者生產(chǎn)線都不能正常的運(yùn)轉(zhuǎn),有的甚至處于癱瘓狀態(tài),使得企業(yè)的效益受到了很大的影響,甚至嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。有些設(shè)備、生產(chǎn)線從外國引進(jìn)以后,消化吸收的不夠充分,使用的備件不全,維護(hù)方法不當(dāng),導(dǎo)致結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良;有些在引進(jìn)的時候只關(guān)注引進(jìn)的設(shè)備、儀器和生產(chǎn)線,而忽視了軟件、工藝、管理等方面,造成了項(xiàng)目的不完整,使得設(shè)備的潛力不能發(fā)揮;有些甚至直接不能啟動運(yùn)行,更沒有發(fā)揮其應(yīng)有的作用;有些生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很不錯,但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)標(biāo);有些因?yàn)槟芎谋容^高、產(chǎn)品的合格率比較低而造成了虧損;有些已經(jīng)引進(jìn)了

4、好長的時間,需要對其進(jìn)行技術(shù)上的更新。這些的種種原因,使得有的設(shè)備自身不但沒有創(chuàng)造一些財富,反而消耗了大量的財富。面對閑置的設(shè)備和生產(chǎn)線都是個包袱,但是如果將其維修在利用就是很好的一筆財富。找出其問題所在和主要的技術(shù)難點(diǎn),然后在將其關(guān)鍵技術(shù)問題解決,就可以通過其最小的投資獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。這實(shí)質(zhì)也是一個很大的改造市場19。首先，論文介紹了普通滾刀鏟齒磨床的結(jié)構(gòu)及加工原理，提出了滾刀鏟齒磨床數(shù)控化再制造的思路；其次，確定了數(shù)控化再制造的總體方案，包括再制造的具體內(nèi)容及控制系統(tǒng)總體方案；最后，基于 CAD/CAM/CNC 一體化的思想，設(shè)計了滾刀鏟齒車床數(shù)控化再制造專用數(shù)控系統(tǒng)。當(dāng)然本

5、文重點(diǎn)只是數(shù)控鏟齒磨床的硬件設(shè)計部分，軟件只是簡單的引出，不在做詳細(xì)介紹。1.3 研究意義 通過對改造后的C8955型鏟磨床進(jìn)行調(diào)試和加工,使改造后的C8955型鏟磨床的加工精度有了明顯的提高,及時地提高生產(chǎn)設(shè)備地自動化水平,可實(shí)現(xiàn)一人控制多臺這樣的數(shù)控機(jī)床同時進(jìn)行工作。這樣就可以降低了操作員的數(shù)量,節(jié)省了勞動力,降低了勞動費(fèi)用;改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好、還可以作為新的數(shù)控床繼續(xù)使用多年。不僅有助于解決復(fù)雜高精度滾刀的加工問題，同時也增量盤活了現(xiàn)有滾刀鏟齒磨床，具有較為重要的循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用價值。2. 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 本課題的參考機(jī)床如圖1所示 床也

6、一樣,大多數(shù)C8955型鏟齒車床都是上個世紀(jì)七十年代末有大連機(jī)床廠生產(chǎn),由于鏟磨床的長期使用,齒輪,絲杠長期的磨損,機(jī)械傳動鏈過長,齒輪箱笨重,啟動摩擦慣性大等原因,迫切需要改造。床也一樣,大多數(shù)C8955型鏟齒車床都是上個世紀(jì)七十年代末有大連機(jī)床廠生產(chǎn),由于鏟磨床的長期使用,齒輪,絲杠長期的磨損,機(jī)械傳動鏈過長,齒輪箱笨重,啟動摩擦慣性大等原因,迫切需要改造。床也一樣,大多數(shù)C8955型鏟齒車床都是上個世紀(jì)七十年代末有大連機(jī)床廠生產(chǎn),由于鏟磨床的長期使用,齒輪,絲杠長期的磨損,機(jī)械傳動鏈過長,齒輪箱笨重,啟動摩擦慣性大等原因,迫切需要改造。 2000年的時候,我國機(jī)床的總產(chǎn)量的臺數(shù)約為17.

7、5萬,而數(shù)控機(jī)床只有14053臺,機(jī)床的數(shù)控化率僅為8%。然而在一些西方發(fā)達(dá)國家中,數(shù)控機(jī)床已經(jīng)超過機(jī)床總數(shù)的一半,我國的數(shù)控率還相對比較低,根據(jù)中國機(jī)電裝備維修與改造技術(shù)協(xié)會相關(guān)的數(shù)據(jù)表明,我國每年都約有10萬臺普通機(jī)床需要進(jìn)行改造,因此,我國機(jī)床改造的前景還是十分廣闊19。 目前國內(nèi)的相關(guān)企業(yè)都還擁有大量的普通機(jī)床,將其完全用數(shù)控的機(jī)床來替換總體上分析是不現(xiàn)實(shí),而且這些閑置起來的普通機(jī)床又會造成大量的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi),要想解決這些問題,應(yīng)該走普通機(jī)床的數(shù)控化改造之路,通過利用對機(jī)床的數(shù)控化改造,使其成為一臺新的高效的,多功能的數(shù)控機(jī)床,其這一過程投資少,見效比較快,是一種用低成本來實(shí)現(xiàn)自動化的有效

8、方法,也是在短時間內(nèi)提高我國機(jī)床數(shù)控化率的一條行之有效的途徑19。太原工具廠該企業(yè)先后引進(jìn)了德國KLINGELNBERG的高精度鏟磨床、滾刀刃磨床、滾刀檢查儀、英國和日本的大型投影儀等設(shè)備儀器。不但可以保證穩(wěn)定的生產(chǎn)AA級齒輪滾刀,而且在圓弧齒形的滾刀、花鍵滾刀、鏟磨鏈輪滾刀、同步齒形帶輪滾刀等非漸開線的曲線齒形滾刀方面形成了獨(dú)特優(yōu)勢。“太”字牌雙圓孤齒輪滾刀和鏟磨鏈輪滾刀,在國內(nèi)的刀具市場上享有很高的知名度,目前該公有C8955鏟磨床約20多臺,為了適應(yīng)市場的需要,迫切需要改造,還有如重慶的重工集團(tuán),漢中的漢江工具廠等等都有大量的鏟磨床,需要改造19。國內(nèi)的機(jī)床制造企業(yè)都進(jìn)行了部分的舊機(jī)床的

9、再制造工作,并取得了一定的成果。例如:沈陽機(jī)床集團(tuán)、大連機(jī)床集團(tuán)、重慶機(jī)床廠都擁有機(jī)床的再制造的部門或分公司19。在國外的情況:美國對伊拉克的戰(zhàn)爭中,其執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的轟炸機(jī)實(shí)質(zhì)上大多數(shù)是早該退役的舊戰(zhàn)機(jī),但是將其通過再制造,不僅使其能夠重返戰(zhàn)場,而且其的性能達(dá)到了新指標(biāo)。根據(jù)統(tǒng)計,在1996年期間,美國的再制造工程在一年就創(chuàng)造了540億美元產(chǎn)值,其問題解決了43萬人就業(yè),使其與美國鋼鐵業(yè)的產(chǎn)值相當(dāng)。美國的再制造實(shí)質(zhì)是以換件修理為主要手段,將修復(fù)零件是按照尺寸法為基礎(chǔ)進(jìn)行恢復(fù)。美國擁有200多家專門從事機(jī)床再制造的企業(yè)或公司例如:Devlieg一Bulavd(得寶)服務(wù)集團(tuán)、MaehineToo

10、lServiees、美國機(jī)床有限公司、美國辛辛那提機(jī)床公司(Cinein-natiMachineL.td)等19。德國的政府部門也對機(jī)床改造及再制造都非常重視,其聯(lián)邦政府和州政府都專門撥款來支持該領(lǐng)域的研究工作。例如:德國的席士(Schless)公司成立了機(jī)床改造服務(wù)部是歐洲最大的機(jī)床制造企業(yè)之一19。在日本從事機(jī)床再制造業(yè)并且具有一定規(guī)模的相關(guān)企業(yè)約有20家之多,具有代表性的公司主要有:大限工程公司、濱田工機(jī)公司、岡三機(jī)械公司、山本工程公司、野崎工程公司和千代田工機(jī)公司等19。本文所參考的機(jī)床如下圖所示。 SAACK 1如上圖示 SAACK 2如上圖示 SMS 鏟磨如上圖示 大連8955如上

11、圖示 共達(dá)精密如上圖示 克林貝格HSF如上圖示 泰諾鏟磨如上圖示 無錫泰諾鏟車如上圖示1.3 研究意義數(shù)控加工技術(shù)作為一種高新技術(shù)，是人們用來提高產(chǎn)品加工質(zhì)量和加工效率的重要技術(shù)。大力發(fā)展和推廣應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，是提高產(chǎn)業(yè)競爭力的重要手段。鑒于目前廣大工具制造企業(yè)在資金緊缺的情況下，難以購買國外先進(jìn)的設(shè)備，而企業(yè)又急需先進(jìn)的設(shè)備來武裝自己以增強(qiáng)自己的產(chǎn)品競爭力?；谠O(shè)備數(shù)控化再制造思想，對企業(yè)現(xiàn)有的滾刀鏟齒車床進(jìn)行數(shù)控化再制造，它不僅解決了復(fù)雜高精度滾刀的加工問題，也增量盤活了現(xiàn)有滾刀鏟齒車床，具有較為重要的循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用價值。同時，由于在滾刀的鏟磨過程中，鏟磨的速度及

12、運(yùn)動軌跡直接決定滾刀的質(zhì)量，是影響滾刀質(zhì)量的重要因素之一，因此在滾刀鏟齒車床數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)中，必須解決速度及運(yùn)動軌跡的精確控制問題，這對于精密加工數(shù)控系統(tǒng)研制具有較大的理論指導(dǎo)意義。本項(xiàng)目的研究既有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，又有顯著的社會效益，它對提高我國工具制造業(yè)的市場競爭力有著重要的實(shí)用意義和理論意義20。2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法和措施 由于本文只是設(shè)計數(shù)控鏟齒磨床要求內(nèi)容的一部分，因此設(shè)計內(nèi)容之外的部件一筆帶過，不做過多解釋。 本課題的主要內(nèi)容： （1）設(shè)計數(shù)控鏟齒磨床的主要部件：主軸（C軸）、Z軸和尾座。 （2）主要指標(biāo)：加工工件最大外徑250mm,最大模數(shù)5mm，量頂

13、尖最大距離700mm。加工精度：AA級齒輪滾刀。 （3）數(shù)控系統(tǒng)選用力士樂系統(tǒng)。 （4）該機(jī)床的主要原理簡圖（Z軸）如下： 圖1 方案一 方案二 方案三 主軸主軸（C軸）采用直流力矩伺服電機(jī)，通過設(shè)計一個低速電機(jī)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行平穩(wěn)；主軸（C軸）采用直流力矩伺服電機(jī)，通過蝸輪加蝸桿減速來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行平穩(wěn)；主軸（C軸）采用伺服電機(jī)加減速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行平穩(wěn)； Z軸Z軸采用伺服電機(jī)加絲杠的方式實(shí)現(xiàn)運(yùn)動；Z軸采用直線電機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)運(yùn)動；Z軸采用伺服電機(jī)加絲杠的方式實(shí)現(xiàn)運(yùn)動； 尾座尾座采用液壓驅(qū)動裝置；尾座采用手動方式裝置；尾座采用氣壓驅(qū)動裝置； 導(dǎo)軌導(dǎo)軌選擇滑動（混合摩擦）導(dǎo)軌；導(dǎo)軌選擇滑動（液體或氣體靜壓）導(dǎo)

14、軌；導(dǎo)軌選擇滾動直線導(dǎo)軌，滾子采用的是滾珠； 主軸軸承主軸軸承采用的是球軸承；主軸軸承采用的是滾柱軸承；主軸軸承采用的是密珠軸承（內(nèi)含多排珠子，多用于測量儀器，精度較高；）經(jīng)過翻閱資料反復(fù)對比做出選擇如下（稱作方案A）：1.主軸（C軸）采用直流力矩伺服電機(jī)，通過設(shè)計一個低速電機(jī)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行平穩(wěn)；2.Z軸采用直線電機(jī)方式實(shí)現(xiàn)運(yùn)動；3.尾座采用液壓驅(qū)動裝置。4.導(dǎo)軌選擇滾動直線導(dǎo)軌，滾子采用的是滾珠。5.主軸軸承采用的是密珠軸承（內(nèi)含多排珠子，多用于測量儀器，精度較高。） 綜上所述，最佳方案A得出來的結(jié)果比較好，結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，但是操作方便快速，效率高，其余二種不是設(shè)計過于簡單，就是更適合車床設(shè)計，因

15、此選擇最佳方案。（5） 根據(jù)方案A，確定主軸轉(zhuǎn)動慣量、工作臺進(jìn)給速度（mm/s）、工件最大直徑(mm)、最大加工模數(shù)、最大工件長度(mm)、最大加工長度(mm)、最大鏟背量(mm)、數(shù)控軸數(shù)三軸(X、Z、C)、主軸最大轉(zhuǎn)速(r/min)、數(shù)控編程方式。（6）設(shè)計數(shù)控鏟齒磨床裝配圖及主要部件的零件圖。（7）根據(jù)方案A，確定磨床總體布局。 3. 本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作 （1）數(shù)控鏟齒磨床主軸（C軸）的、Z軸和尾座的設(shè)計。 （2）數(shù)控鏟齒磨床的合理布局設(shè)計。 （3）工作臺與床身的支撐、聯(lián)接技術(shù)與安裝調(diào)整工藝要求較高：伺服電機(jī)支撐、聯(lián)接技術(shù)要求較高（本文重點(diǎn)在于機(jī)床硬件的合理選取，軟件

16、系統(tǒng)方面不再贅述）。 （4）前期已開展的工作是查閱資料了解了數(shù)控鏟齒磨床的設(shè)計過程和設(shè)計方法，簡單完成了鏟齒磨床布局設(shè)計，各部件的原理設(shè)計。 4. 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計劃（按周次填寫） 第1 周：收集資料、調(diào)查研究；查閱有關(guān)中英文資料。 第2 周：擬定方案，完成主要部件的原理設(shè)計。 第3 周：完成開題報告，進(jìn)行開題答辯。 第4 周：確定主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速、Z軸（工作臺）進(jìn)給速度、機(jī)床外形參數(shù)、工作臺尺寸、電機(jī)選型及絲杠導(dǎo)軌的確定。 第5 周：完成數(shù)控鏟齒磨床設(shè)計過程中的“三圖”（零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖），完成數(shù)控鏟齒磨床設(shè)計的原始資料和參數(shù)。 第6 周：主軸箱的設(shè)計及動力箱的

17、選取。 第7 周：選取相關(guān)零部件，設(shè)計液壓系統(tǒng)。 第8 周：完成主軸、Z軸（工作臺）草圖裝配設(shè)計。 第9 周：完成數(shù)控鏟齒磨床的裝配草圖。 第10周：完成數(shù)控鏟齒磨床基本三維模型設(shè)計，檢查干涉現(xiàn)象。 第11 周：校核所選取的零部件。 第12 周：完成數(shù)控鏟齒磨床所有參數(shù)計算。 第13 周：完成機(jī)床裝配圖的繪制。 第14 周：完成主軸箱、尾座和Z軸（工作臺）的裝配圖的繪制。 第15 周：完成所有重要非標(biāo)準(zhǔn)零件的繪制。 第16 周：整理編寫說明書。 第17 周：完善說明書，準(zhǔn)備答辯。參考文獻(xiàn) 1張君安.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京:兵器工業(yè)出版社,1997.2濮良貴，陳國定，吳立言.機(jī)械設(shè)計(第九版)

18、.北京:高等教育出版社,2013.3李福援，孫波，成建聯(lián)，王宏強(qiáng)，汪慶華，張超.機(jī)械制造工程學(xué).西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2011.4胡青泥，高菲，戴恒震.機(jī)械制圖（第六版).北京:高等教育出版社,2007.5孫恒，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理,北京:高等教育出版社,2013.6顧致平，劉金濤，胡桂梅.理論力學(xué)，北京:中國電力出版社,2011.7劉鴻文,林建興,曹曼玲.材料力學(xué)（第五版）,北京:高等教育出版社,2010.8江琦.機(jī)床改造的必要性及其改造方法J.中國機(jī)械資訊網(wǎng).2005-12-19:1-4.9南方.論我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展J.數(shù)控機(jī)床市場,2004,(6):56-59.10張忠捷.普通機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)和方法J.機(jī)械管理開發(fā),2008,23(4):74-75,7811徐濱士.廢舊產(chǎn)品再制造可節(jié)約一半成本EB/OL.新華網(wǎng).2009-09-09.122010-2015年中國數(shù)控機(jī)床市場深度調(diào)研及投資前景戰(zhàn)略研究報告:2010,:1-4.13羅永順.機(jī)床數(shù)控化改造實(shí)例M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社