数控铣床Z轴进给系统结构设计-开题报告

本科毕业设计（论文）开题报告 题目： 数控铣床 Z 轴进给系统结构设计 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 班 级： D 机加工 121 学 号： 231120333 学生姓名： 谢 顺 指导教师： 卞荣 /刘桂芝 2016 年 2 月 23 日 本科毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 谢顺 学 号 231120333 专 业 机械设计制造及其自动 指导教师姓名 卞荣 /刘桂芝 职 称 讲师 /教授 级高工 所在院系 工业中心 课题来源 自拟课题 课题性质 工程设计 课题名称 数控铣床 Z 轴进给系统结构设计 毕业设计的 内容和意义 采用 类比 的方法 ，进行 数控铣床 Z 轴进给系统结构 的设计 ，使其满足 对刀具和工件进给运动速度 及位置的 自动控制 。 毕业设计的具体内容： 1、 进行 Z 轴向惯量匹配的计算 2、 进行 Z 轴向转矩匹配的计算 3、 进行 Z 向进给力的计算 4、进行 Z 向滚珠丝杠预拉伸量的计算 5、确定数控铣床进给系统的结构设计，其主要零件： Z 向滚珠丝杠，轴承座 ,法兰，齿形皮带轮，隔套 ,支柱，电机安装板，联接涨套 , 锁紧螺帽 , 法兰 ,限位块等 。 6、 制共 0 号图纸，其中数控铣床 Z 轴驱动装配图 0 号图 1 张， 数控铣床 Z 轴运动简图 ,纸折合 0 号 （约 15 个零件）。 7、进行技术经济分析。 8、撰写毕业设计说明书（论文），不少于 15000。 本课题研究的意义： 本课题对数控铣床 Z 轴进给系统结构进行了设计 ，其意义如下： 1、数控铣床其传动系统的精度和刚度是数控铣床 Z 轴进给系统设计的主要内容。它决定了数控铣床的加工精度，其精度越高，工厂的自动化效率就越高，为工厂创造的价值也就越大。 2、 Z 轴与 Y/Y 两轴驱动的伺服进给机构不仅对刀具和工件进给运动的速度实现自动控制，还要对工件相对于刀具的位置实现自动控制。该部件的性能直接影响工件的加工质量和切削生产率 ,是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。 3、通过此次数控铣床 Z 轴进给系统结构的设计将我大学四年所学的专业方面的知识进行了一番梳理，将其运用于实践设计。使得原本并不深刻清晰的专业知识，变得更加形象具体。并且在查找相关资料的同时也 了解到了数控机床的发展历史，现阶段高端技术，发展前景等。 提高了文献搜索的能力。 文献综述 数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机 1。 随着电子信息技术的发展，世界制造业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。目前，欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程，而中国从 20 世纪 80 年代开始起步，仍处于发展阶段。近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工 业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替 2。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术，已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径 3。其中， 高速数控铣床成为世界各工业发达国家主要发展的项目之一 4。 数控铣床进给系统是由数控铣床工作台及 X/Y/中 是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。 对于数控铣床进给传动系统设计主要从控制类型选择 、 驱动装置选择 、 传动部件选择和导 轨选择四个方面进行 。 对于伺服系统一般要求调速范围比较宽 、 精确度高 、 稳定性能好 、反应迅速 。 而且根据发电机不同可以分为交流 、 直流和步进伺服等 ， 一般步进伺服比较常用 5。 为了提高进给系统的灵敏度 、 定位精度和防止爬行，必须降低数控机床进给系统的摩擦并减少静 、 动摩擦系数之差 。 因此，形成不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠副 。 滚珠丝杠副的传动效率高达 85%- 98%，是普通滑动丝杠副的 2- 4 倍 。 滚珠丝杠副的摩擦角小于 1 ，因此不自锁 6。 滚珠运动的摩擦热、液压流体、电动机、齿轮箱机械运转热所造成的热膨胀会造成定位精 度的降低。如果在导轨或床身上产生变形，即使能够防止滚珠丝杆的温升，也不可能获得高的精度。在分析精度的时候，来自所有热源的热影响都必须加以考虑。在计算由滚珠丝杆本身产生的热量时，高的工作负载是一个最大的潜在原因。通常，工作负载大约是滚珠丝杆顶紧力的 3倍 7。 在现代机械中，特别是数控系统和测量系统中，直线滚动导轨已经成为一种重要的支撑部件。它不仅使得安装简便、维护和润滑容易，还降低了劳动强度和能耗，极大降低了设备全寿命周期的成本 8。 受传统机床设计思维的影响，人们在数控机床设计中往往只重视转矩 (功率 )匹配， 而忽视惯量匹配，从而严重影响整机性能，导致数控机床不能适应高速精密加工的要求 9。因此，为了提高机床整体性能，高精度，高性能，必须进行 惯量匹配和转矩匹配的 计算。 为了适应现代科学技术的迅速发展，机械设计在近 30年来发生了相当大的变化。设计理论，设计方法，设计工具更为先进，计算精度更高，计算速度更快 10。 参考文献： 1. 师鸿飞 ,邹翠波 ,张彩虹 2004， 6:83. 冯银兰，周会成 科学之友 ， 2008， 14:136. 崔陈龙 . 数控铣床结构及功能特点浅析 2011， 5:135. 岳少雷 ,任妍欣 J,2005， 10:33- 34. 5. 苑忠春 . 数控铣床进给传动系统的设计分析 2015， 12： 131 6. 王泽蛟 . 铣床数控轴进给系统设计 . 装备制造技术 ， 2012， 3： 226. 张巧云 . 如何保持滚珠丝杆的精度 . 精密制造与自动化 ， 2013， 2： 59 8. 高飞 . 直线滚动滚子导轨寿命分析 . 机床与液压 ， 2015， 11： 59. 余清华，朱宏杰，郭军， 田红阳，杨沛湛 . 数控机床进给系统必须惯量匹配 2011， 3： 530. 董刚，李建功，潘凤章 北京：机械工业出版社 ， 2000： 3 研究内容 轴进给系统总体方案确定 该进给机构由伺服电机驱动，经 Z 向齿形带传动， 驱动滚珠丝杠转动，从而实现数控铣床 Z 轴进给运动。 为提高铣床整体性能，高速度，高精度等，需进行惯量匹配。 角加速度越小，则数控系统发出指令到进给系统执行完毕之间的时间越长，也就是通常所说的系统反应慢。如果角加速度变化，则系统的反应将忽快忽慢，影响加工精度。当进给伺服电动机已选定，则电动机转矩的最大值基本不变。如果希 望角加速度的变化小，应使 电动机本身的惯量 +折合到电动机轴的负载惯量 的变化尽量小，则最好使 电动机本身的惯量 +折合到电动机轴的负载惯量 所占比例小一些。这就是“ 惯量匹配”原则。 为提高铣床整体性能，高速度，高精度等，需进行转矩匹配。 选择伺服电动机时，最大切削负载转矩不得超过电动机的额定转矩。折算至电动机轴的最大切削负载转矩 。 4. 滚珠丝杠的计算及校核 滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成，可将旋转运动转化成直线运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力精度和效率高。首先根据丝杠的工作行程初选 丝杠的工作长度，计算工作载荷，查表选型号然后进行校核。 研究计划 研究周期与时间安排 毕业设计起止日期： 1 周 第 15 周） 第 1 周 ( 收集资料，学习有关书籍文献 ， 参观 工厂，搜集设计过程中所要遵照的有关国家标准并进行学习 第 2 周 ( 提出完成课题的基本思路和方法，暨完成该课题所采用的技术路线、方案，要设计和完成的任务 第 3 周 ( 开题报告及外文材料翻译 第 4 周 ( 完成装配图草图设计，绘制进给系统运动简图 第 5 周 ( 完成 Z 轴向惯量 ,转矩 ,匹配的计算、完成 Z 向进给力 ,第 6 周 ( 完成装配图设计 第 7 周 ( 毕业设计中期检查 第 8 周 ( 进行零件图计算机绘图 第 9 周 ( 完成零件图计算机绘图 第 10 周 ( 完成各零件及课题成本分析，完成各零件成本及课题成本计算 第 11 周 ( 递交论文初稿 第 12 周 ( 修改论文并定稿 第 13 周 ( 论文评审 第 14 周 ( 答辩资格确定 第 15 周 ( 毕业设计（论文）答辩 第 16 周（ 整理资料存档 特色与创新 本论文特色与创新如下： (1)设计时进行了 量匹配 的 计算 ， 从而提高了数控铣床的加工 速度以及加工精度。 (2)设计时进行了