斜床身卧式数控车床的结构设计（全套含CAD图纸）
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开 题 报 告 题 目 斜床身卧式数控车床的结构设计 - 1 - 一、选题背景与意义 是装备制造业发展的重中之重。机床产业对于发展发展新技术产业、国民经济和增强国家的综合国力有着十分重要的作用。机床产品的发展是高精、高速、高效，一批多坐标、复合、智能型。我国机床工具行业已取得了长足的发展与进步。但是，与发达国家相比，我们的差距仍然明显。主要表现在设计方法的落后、设计标准很难和国际发达国家的技术标准相接轨。在机械加工行业中， 由于需要加工复杂的工件，普通的机床已经不能满足加工要求，从而出现了自动控制机床以及数字控制机床，来加工复杂的曲面和形状的工件。斜床身数控车床因其具有独特的优点，因而成为数控车床中比较出色的床种，是数控车床中主要的品种之一，在数控机床当中占非常重要的位置，近几十年来一直受到了世界各国的普遍关注与重视并且得到了快速的发展。 我国机床行业近几年虽然取得了长足的发展与进步，但是与发达国家相比，我们的差距仍然明显。我国在这类机床上也是平平淡淡，没有很大的成就，低档产品产能过剩。从国内的机床行业发展情况可看出，大部分机 床厂都在生产数控车床，数控机床成本较高，不够智能化，没有突出的产业结构，科技基础薄弱、产品质量水平低。产品在使用过程中，经常出现故障与瘫痪，以至于生产效率很难提高。我国机床工业技术水平低，重大技术装备和关键产品远不能满足国名经济快速增长的需要，与发达国家相比，我国机床工业企业物流在产品质量、技术水平还是在市场竞争能力方面，均存在着阶段性的差距，而且还有进一步拉大的趋势，不少企业装备陈旧，生产工艺落后，产品质量不稳定，一些基础元器件和零部件的可靠性差，基础机床的精度、效率较低。由于国产机床的质量不能满足用户的 需求，导致近几年机床进口骤增，进出口逆差巨大，尽管国内机床市场需求旺盛，但将近一半的国内市场被外商占领了。目前高精尖产品市场被西方发达国家占领，大型、重型和普通机床市场被俄罗斯占领，普及型数控机床台湾产品大量涌入。 大学的最后阶段进行的实习性创新设计环节，是大学生的必修环节。本次设计目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，是在拟定传动和变速结构的结构方案过程中，得到设计构思，方案分析，结构工艺性，机械制图，零件计算，编写技术文件和查阅技术资料等方 面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力。 二、设计内容 本次毕业设计的课题是斜身卧式数控车床的结构设计，该机床能实现两联动，具有刀具参数补偿、刚性攻丝、轨迹图形等先进功能，能够一次装夹完成对复杂零件的外圆、端面、内孔、螺纹等加工，主要用于加工高精度回转体类型零件如轴类、盘类、套类，以及高精度各种规格的内外螺纹，可一次装夹完成外形及内孔的加工。 此次课程设计的主要内容是：斜床身卧式车床传动系统、主轴箱设计、主轴箱内轴的结构设计、设计说明书 等。 - 2 - 1） 根据所选工件计算切削用量，进一步选定电动机。 2） 分析制定传动方案，设计传动系统。 3） 对动力部件的齿轮、轴和轴承等部件详细计算和校核，满足强度要求。 4） 确定出最终的结构，绘制相关的零件图和装配图。 5） 编写设计说明书。 设计课题涉及到课题的分析、资料的查询整理，深入机床厂生产一线向使用者、设计者学习，从而了解所设计的产品的成本、生产效率、用途和设计理念等。侧重于设计、计算与制图能力的培养和工程基本训练。 具体要求包括： 1）合理选择各零件的材料，合理进行设计和校核，完成斜身车床的详细计算， 进一步巩固和掌握机械专业设计，积极联系实践，增强自己的知识储备和设计创新思维。 2）二维三维图的设计，手工绘图和计算机加强了专业绘图技能，熟练掌握绘图软件，提高运用和组织构思能力。 3）学会搜集相关资料文献，提高分析和解决问题的能力。 4）要求设计斜身车床。 机床总体设计要考虑涉及几点： 1）根据工件计算切削用量，选用合适的电动机。 2）合理选择机床的通用部件。 3）选择合理的机床的配置形式。 4）设计高效率的工具、刀具和主轴箱。 预期 研究结果： 1）机床采用高刚度 45 度斜床身布置，这种布局形式排屑容易，热铁屑不会堆积在导轨上，也便于自动安装排屑器；操作方便易于安装机械手，以实现单机自动化。 2）直线导轨满足高速高效要求，减少摩擦阻力及温升变形，提高加工精度，并确保证了切削加工精度的长期稳定性。 3） X、 Y 轴伺服电机通过弹性联轴器与精密滚珠丝杠直连，精度高，丝杠两端固定，受力稳定，提高了支撑座的支撑刚度，使频繁高速定位、重切时引起的扭曲变形减到最低程度。 4）高刚度的立式转塔刀架，定位精度高，重切变形小。 三、设计方案 1 数控车床总装配草图 斜床身数控车床的主视图如图 1 所示，左视图如图 2 所示。斜床身数控车床主要是由主传动系统、进给传动系统、刀架系统和尾座等组成。 - 3 - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 56 7 8 9 10图 1 斜床身车床的主视 图 图 2 斜床 身数控车床的左视图 2 主传动系统设计 数控车床主传动系统大多数采用的是无级变速，无级变速系统主要有变频主轴系统和伺服主 - 4 - 轴系统两种，一般是采用直流或者交流主轴电机，通过带传动来带动主轴旋转、通过带传动和主轴箱内的减速齿轮来带动主轴旋转。变速齿轮如图 3 所示，带传动如图 4 所示。 数控机床的主传动要求较大的调速范围，且变速按照控制指令自动进行，因此变速机必须适应自动操作的要求。所以采用无级变速系统，机床主轴的传动系统则采用交流伺服电动机直接驱动主传动，如图 5 所示。 图 3 变速齿轮 图 4 带传动 图 5 电机直接驱动 3 进给传动系统设计 数控车床进给传动系统一般采用伺服进给系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。进给运动使刀架实现纵向和横向进给运动的传动。进给运动的两个执行构件是主轴和刀架，车削螺纹时，主轴和刀架之间有着严格的运动关系：车端面和圆柱面时，刀架和主轴之间无严格的运动关系。横向进给系统和纵向进给系统分别如图 6 的（ a）和（ b）所示。 横向和纵向进给传动用滚珠丝杠安装在与普通车床相应的安装 装置，选用步进电机，步进电机经无间隙联轴器与滚珠丝杠副相连。丝杠采用的是可预紧安装方式，以减小或消除因丝杠自重而产生的弯曲变形，使丝杠的拉压刚度有较大提高，丝杠不会因发热而伸长。进步电机与丝杠的联接如图 7 所示。 （ a） 横向进给系统 - 5 - （ b） 纵向进给系统 图 6 横向和纵向进给系统 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3、 7 4 5 6 8 9图 7 进步电机与丝杠的联接 4 刀架系统 设计采用的是立式回转刀架，也称转塔式刀架如图 8 所示，通过回转头旋转来实现车床的自动换刀。刀架动作的顺序为：系统发出换刀信号刀架电机正转刀台上升并转位刀架到位信号刀架电机反转粗定位夹紧精定位夹紧电机停转回答信号加工。 图 8 转塔刀架 5 尾座 - 6 - 数控车床上配置的尾座，一般是液压尾座，尾座是装在床身导轨上，沿着床身导轨移动，根据工件长短来调节位置。尾座的作用是利用套筒安装顶尖， 来支撑较长工件的一端，也可以安装铰刀、钻头等道具来进行孔加工。尾座的外形要做到美观，与机床设计风格相称，尾座的材料用1 级铸铁，并且经过时效处理，同时也可以用偏心机构把尾座固定在需要的位置上，尾座和床头箱顶尖水平面的偏移。 四、 参考文献 1 罗晓芳 ， 张金涛 ， 简玉山 ， 等 J. 制造技术 与机床， 2012，（ 12） ：32 邢晓辉，王洪川 ， 王贵飞，等 J2013， 15（ 4）： 353 李治，张玉花 J2013， 1（ 3）： 214 程龙，朱铁标，罗晓芳 J2013，（ 9）：15 丛明，刘冬，崔冬梅，等 J. 大连理工大学学报 ,2011， 3（ 11）： 146 刘飞，梁霖，彭晓南，等 J. 工具技术 , 2011， 5（ 15）： 237 刘飞，梁霖，徐光华，等 J 2011， 7（ 6）： 138 张应中 ，罗晓芳，范超 J2011， 9（ 8）： 99 常京龙，吴庆利 J2011， 9（ 10）： 19制造 ,2009， 6（ 13）： 2011 , A , . of a . 1995,3（ 4） :205209 12 L. of . 2000, 318 13 T , , Y . in . o
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