開題報告-xk755型專用臥式數(shù)控床身銑床進給 系統(tǒng)的研究與設計

1、<p><b>　　開題報告</b></p><p><b>　　一、課題名稱</b></p><p>　　XK755型專用臥式數(shù)控床身銑床進給系統(tǒng)的研究與設計</p><p><b>　　二、課題來源</b></p><p>　　數(shù)控技術和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的

2、重要基礎。這個基礎是否牢固直接影響到一個國家的經濟發(fā)展和綜合國力，關系到一個國家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達國家均采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產業(yè)。 </p><p>　　在我國，數(shù)控技術與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。特別是在通用微機數(shù)控領域，以PC平臺為基礎的國產數(shù)控系統(tǒng)，已經走在了世界前列。但是，我國在數(shù)控技術研究和產業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術創(chuàng)新能力、商品

3、化進程、市場占有率等方面情況尤為突出。在新世紀到來時，如何有效解決這些問題，使我國數(shù)控領域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產廠家所面臨的重要任務。數(shù)控技術是一種采用計算機對機械加工過程中各種控制信息進行數(shù)字化運算、處理，并通過高性能的驅動單元對機械執(zhí)行構件進行自動化控制的高新技術。隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車

4、、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著非常重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術發(fā)展的趨勢上看，其主要有以下幾個方面為完成此任務，首先必須確立符合中國國情的發(fā)展道路。為此，從總體戰(zhàn)略和技術路線兩個層次及數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、數(shù)控整機等幾個具體方面探討了新世紀的發(fā)展途徑。</p><p>　　同時，我在中國人民解放軍第三六〇四廠（武漢漢口機床廠）的機加工車間進行頂崗實習，期間參與了數(shù)控編程以及數(shù)控銑床的初步學習，因此老師根據我們實習情

5、況，選擇與畢業(yè)實習緊密聯(lián)系的課題作為畢業(yè)設計的課題，我的設計課題是“XK755型專用數(shù)控床身銑床進給系統(tǒng)的研究與設計”，如此可以通過實踐來檢驗四年來理論教學與實際相結合的學習效果，增強對實習的認知。</p><p><b>　　三、研究目的和意義</b></p><p>　　1、了解國內外數(shù)控機床的發(fā)展概況和數(shù)控技術的發(fā)展趨勢，懂得我國發(fā)展數(shù)控機床的意義和必要性。增加

6、我們對振興我國制造業(yè)的使命感。培養(yǎng)我們對數(shù)控機床的興趣，系統(tǒng)的訓練我們對數(shù)控機床的設計能力，實踐產品設計的全過程，起到就業(yè)前的綜合練兵作用。</p><p>　　2、了解產品設計的基本步驟，訓練我們如何收集和分析資料，如何制定設計方案，如何進行工作圖設計和計算，撰寫論文的能力。</p><p>　　3、了解數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的工作原理，基本結構。訓練產品設計的基本技能（包括查閱科技文獻與

7、技術手冊、熟練進行手工繪圖和CAD繪圖）。</p><p><b>　　四、主要內容</b></p><p>　　設計本數(shù)控銑床的進給傳動系統(tǒng)（X、Y、Z軸）。</p><p>　　關鍵零件的設計與計算。</p><p>　　五、進給傳動系統(tǒng)設計方案</p><p><b>　　1、概述

8、 </b></p><p>　　在設計數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)時，一般已知以下條件：移動部件（即機床執(zhí)行部件）的總質量（包括移動部件自身的質量、夾具的質量和工件的質量），移動部件的最大移動速度（mm/min），電動機的最高轉速（r/min），移動部件的定位精度（mm）和重復定位精度（mm），移動部件的行程（mm）。進給傳動系統(tǒng)設計的主要任務是進行滿足上述已知條件的移動部件的結構設計，解決的主要問題是

9、：導軌的選型與設計，滾珠絲杠支撐方式的確定，滾珠絲杠螺母副的選型與計算，進給傳動系統(tǒng)的剛度驗算、動態(tài)特征分析與固有頻率計算、誤差分析與驗算，驅動電動機的選型與計算。</p><p><b>　　2、總體布局</b></p><p>　　床身銑床是工作臺不能升降，可沿床座導軌作縱向、橫向移動，銑頭或立柱可作垂直移動的銑床。由于升降臺銑床在加工狀態(tài)隨時上下移動的部件有工作

10、臺、床鞍和升降臺以及工件其層次多、重量重，系統(tǒng)剛度差； 銑頭沿床身導軌上下移動，其升降部分銑頭的重量僅有升降臺銑床升降部分（工作臺、床鞍和升降臺以及工件）重量的1/5，不僅升降靈便、且大大提高了機床的整體剛性。</p><p>　　專用臥式數(shù)控床身銑床實例，如圖所示：</p><p>　　XK755型專用臥式數(shù)控床身銑床主要由如下幾大部件組成：底座、滑鞍、工作臺、立柱、主軸箱。其總體布局圖

11、如下：</p><p><b>　　3、確定導軌的型式</b></p><p>　　3.1導軌類型---貼塑導軌</p><p>　　導軌的主要功能是導向和承載。導軌使運動部件沿一定的軌跡運動，從而保證各部件之間的相對位置精度。導軌主要由機床上兩個相對運動部件的配合而組成一對導軌副， 其中， 不動的配合面稱為支承導軌， 運動的配合面稱為運動導軌

12、。導軌按運動軌跡可以分為直線運動導軌和圓周運動導軌；按摩擦性質可以分為滑動導軌和滾動導軌。</p><p>　　根據進給速度，定位精度和重復定位精度來確定選擇貼塑導軌。</p><p>　　貼塑導軌是在導軌滑動面上貼一層耐磨的塑料導軌軟帶，對與之相配的導軌滑動面進行淬火和磨削加工。塑料導軌軟帶以聚四氟乙烯為基材， 添加合金粉和氧化物制成。塑料導軌軟帶可切成任意大小和形狀， 用膠黏劑黏接在導

13、軌基面上。由于這類導軌軟帶用黏接方法加工， 故稱為貼塑導軌。塑料導軌軟帶是以聚四氟乙烯 PTFE 為基體， 添加青銅粉二硫化鉬和石墨等多種填料所構成的復合材料。在油潤滑狀態(tài)下， 其摩擦系數(shù)約為 0.06， 使用壽命為普通鑄鐵導軌的 8～10 倍。塑料導軌軟帶有各種厚度規(guī)格， 長與寬由用戶自行裁剪， 采用粘貼的方法固定。塑料導軌軟帶與其他導軌相比， 有以下特點：</p><p>　　（1）摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定， 比鑄鐵

14、導軌副低一個數(shù)量級。</p><p>　?。?）動、 靜摩擦系數(shù)相近， 運動平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導軌副好。</p><p>　?。?）吸收振動， 具有良好的阻尼特性， 優(yōu)于接觸剛度較低的滾動導軌和易漂浮的靜壓導軌。</p><p>　　（4）耐磨性好， 有自身潤滑作用， 無潤滑劑也能工作， 灰塵磨粒的嵌入性好</p><p>　?。?）化學

15、穩(wěn)定性好， 耐低溫， 耐強酸、 強堿、 強氧化劑及各種有機溶劑。</p><p>　?。?） 維護修理方便， 軟帶耐磨， 損壞后更換容易。</p><p>　?。?）經濟性好， 結構簡單， 成本低， 約為滾動導軌成本的 1/20。</p><p>　　3.2導軌的截面類型</p><p>　　矩形截面 這種截面導軌制造維修方便，承載能力大，新

16、導軌導向精度高，但磨損后不能自動補償，需用鑲條調節(jié)，影響導向精度。</p><p>　　山行與V形截面 這種截面導軌導向精度高，導軌磨損后靠自重下沉自動補償，上導軌用凸形有利于排污物，但不易保存油液；下導軌用凹形則相反，頂角一般為90.</p><p>　　圓柱形截面 這種截面導軌制造簡單，可以做到精密配合，但對溫度變化較敏感，小間隙時很易卡住，大間隙時則導向精度又差。它與上述幾種截面比較

17、，應用較少。</p><p>　　平面環(huán)形截面 這種截面導軌適合于旋轉運動，制造簡單，能承受較大的軸向力，但導向精度較差。改用圓錐形環(huán)形截面，導向性較好。</p><p>　　燕尾形截面 這種導軌結構緊湊，能承受傾翻力矩，但剛性較差，制造檢修不方便，適用于導向精度不太高的情況。</p><p>　　綜合設計要求，選擇矩形截面。如圖</p><p&

18、gt;　　4、滾珠絲杠的支承方式和安裝方式</p><p>　　（1）兩端固定（F-F） </p><p>　　適用于高轉速、高精度的場合。該形式兩端分別分別由一對軸承約束軸向和徑向自由度，負荷由兩組軸承副共同承擔。也可以使兩端的軸承副承受反向預拉伸力，從而提高傳動剛度。在定位要求很高的場合，甚至可以根據受力情況和絲杠熱變形趨勢精確設定目標行程補償量，進一步提高定位精度?！肮潭ā潭ā?/p>

19、型有時也被片面地叫做“雙推－雙推”，實際上由于徑向力的存在幾乎很少能用兩個推力軸承作為固定端。由于此形式結構較復雜，調整較難，因此一般僅在定位要求很高時采用。</p><p>　?。?）一端固定一端游動（F-S）</p><p>　　適用于中轉速、高精度的場合。該形式一端由一對軸承約束軸向和徑向自由度，另一端由個軸承約束徑向自由度，負荷由一對軸承副承擔，游動的單個軸承能防止懸臂撓度，并消化

20、由熱變形產生的應力?！肮潭ā蝿印毙陀袝r也被片面地叫做“雙推－支承”。此形式結構較簡單，效果良好，應用廣泛。</p><p>　?。?）一端固定一端自由（F-O）</p><p>　　適用于低轉速，中精度，軸向長度短的場合。該形式一端由一對軸承約束軸向和徑向自由另一端懸空呈自由狀態(tài)，負荷均由同一對軸承副承擔，并且需克服絲杠回轉離心力（及水平安裝時的重力）造成的彎矩?！肮潭ā杂伞毙陀袝r也被

21、錯誤地叫做“雙推－自由”。此形式結構簡單，受力情況差，但在行程小、轉速低時也經常用到。</p><p>　　此設計方案中，三個坐標軸上均采用兩端固定的支承方式，這種方式絲杠一般不會受壓，無壓桿穩(wěn)定問題，機械系統(tǒng)的固有頻率比一端固定的要高。</p><p><b>　　4.2、軸承的選擇</b></p><p>　　滾珠絲杠所用軸承的類型根據滾珠

22、絲杠螺母副支承方式的不同而不同，一般情況下，游動軸承多用深溝球軸承，固定軸承有多種組合：60接觸角推力角接觸球軸承、雙向推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、滾針軸承和推力滾子軸承的組合、深溝球軸承和推力球軸承的組合。</p><p>　　根據滾珠絲杠對軸承的要求，用于滾珠絲杠的軸承應具有較大的接觸角。60接觸角推力角接觸軸承，就是較好的與滾珠絲杠配套的專用軸承。它的特點如下：</p><p>

23、　?。?）接觸較大，保持架用增強尼龍注塑成形，可容納較多的鋼球，因此軸向承載能力大，剛度高；</p><p>　?。?）既能承受軸向載荷，又能承受徑向載荷，故支承結構可以簡化；</p><p>　?。?）根據載荷情況，軸承可以進行各種組合；</p><p>　　（4）這種軸承是根據規(guī)定的預緊力組配好成供應的，用戶不需要自己調整。</p><p&g

24、t;　?。?）啟動摩擦力矩小，可以降低滾珠絲杠副的驅動率，提高進給系統(tǒng)的靈敏度。</p><p>　　因此選用推力角接觸軸承DF方式</p><p><b>　　4.3、預緊方式</b></p><p>　　為了保證滾珠絲杠螺母副的傳動精度和剛度，必須對滾珠絲杠螺母副實施預緊措施，目前，常采用雙螺母消除間隙方法和單螺母消除間隙方法。這里我們選用

25、雙螺母消除間隙式，有三種形式，如下：</p><p>　　1、 墊片調整間隙法 2、齒差調整間隙法 3、螺紋調整間隙法。</p><p>　　我們選擇雙螺母螺紋調隙式。</p><p><b>　　5、驅動電機的選型</b></p><p>　　進給系統(tǒng)中，選用交流伺服電動機，具有響應快，精度和效率高，負載能力大，控制

26、性能優(yōu)越等優(yōu)點，被廣泛使用在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中。</p><p>　　驅動電動機與滾珠絲杠的連接</p><p>　　本數(shù)控機床的連接是由伺服電動機通過聯(lián)軸器把運動和扭矩傳遞給滾珠桿。這不僅簡化了結構，減少了傳動噪音，而且減少了傳動鏈的間隙，提高了傳動剛度。</p><p>　　6、確定主軸箱平衡結構</p><p>　　采用單活塞

27、桿液壓缸平衡系統(tǒng)，這種液壓平衡系統(tǒng)工作可靠，速度轉換平穩(wěn)，滿足機床使用性能的要求。</p><p><b>　　六、進度安排</b></p><p>　　2016年2月24日~3月19日 完成《開題報告》、《文獻綜述》、《外文翻譯》；</p><p>　　2016年3月19日~4月15日 完成立柱、底座、滑鞍、工作臺和主軸箱的手繪圖和三維造

28、型；</p><p>　　2016年4月16日~4月30日 完成各坐標軸傳動系統(tǒng)的裝配圖</p><p>　　2016年5月1日~5月20日 完成伺服電動機的選擇計算、機械系統(tǒng)的剛性計算、滾珠絲杠等的有關計算和完成論文的撰寫、外文翻譯并裝訂；</p><p>　　2016年5月25日~5月30日 論文修訂，準備答辯提綱。</p><p&g

29、t;　　七、最終目標及完成的時間</p><p>　　1、開題工作。完成《開題報告》、《文獻綜述》和《外文翻譯》。</p><p>　　2、機床總體布局、各坐標軸（X、Y、Z軸）傳動系統(tǒng)的方案設計；</p><p>　　3、本數(shù)控銑床的設計；其中：裝配圖6張；主要零件圖（包括底座、立柱、滑鞍、工作臺、滾珠絲杠、電機支架、軸承座、螺母座等關鍵零件）各1張；</p