X53K立式铣床纵向进给改造设计（全套含CAD图纸）
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系本科毕业设计（论文） 开题报告 毕业设计（论文）题目： 式铣床 纵向进给改造设计 专 业： 指导教师： 学生姓名： 学 号： 毕业时间： 齐齐哈尔工程学院教务处制 一、选题依据（目的、意义、国内外研究现状、学术准备情况、研究思路及方法） （一）目的、意义 目的 ： 为了满 足当前机床市场的需要，铣床已经成为了当今机械行业一个重要的发展趋势，特别是在工业制造，加工过程中有着举足轻重的地位。 随着我国机床工业自动化产业的发展，机床产业结构升级和技术进步已取得了较大的发展，这也为我国加速实现依靠技术进步和可持续发展的新型工业化道路转变。但是，华夏模具网表示，机床制造业是我国高端装备制造业的重要体现，随着机床产业对产品生产精密度及效率要 求的提升，我国机床行业当前急需通过对数量庞大的普通机床数控化改造相契合。数控机床改造的市场前景近几年，我国机床行业经济增长迅速，生产机床的数控化率有所提升。但是我国有各类普通机床 400多万台，其中有 1/4 的机床是超过 30 年役龄的，这些机床已无改造价值，需淘汰更新，剩余约七成的机床是可进行数控化改造。对众多台普通机床实施改造和更新，可形成上千亿的更新市场需求，对保持经济增长可发挥一定的作用。所以，华夏模具网表示，数控化改造工程可形成数千亿元的工业增加值。提高数控机床的安全水平目前，我国所使用的机床中绝大多数是 普通机床。普通机床数量庞大，安全问题凸显。所以，安全问题成为制约其发展的一大阻碍。增加安全性能，提高机床本质安全水平，解决数控化程度较低、人员伤害事故频发、安全水平较低、生产效率不高的问题。普通机床完成数控化改造后，可大幅提高机床的加工效率和自动化、智能化程度。降低了操作者接触危险部位的可能性 ;操作系统和操作界面越来越符合人机工程学的要求，可有效减少操作者的失误率，减少因失误产生的事故。机床经数控化改造后，安全性能得到明显改善，事故率显著降低，将带来巨大的安全效益。减少机床成本，提高加工效率普通机床数控化改 造与购置新机床相比，特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只需新机床购置费用的 1/3。在节约成本的同时，数控化改造还可以节省因全部更新而造成相应的能源消耗和污染排放。根据以往改造经验，普通机床数控化改造后，机床效率明显提高。原来一台机床需要一个人控制，改造后一个工人可以同时操控两台机床。同时，机床经改造后加工精度大幅提高，由人为失误造成的废品率显著降低。同时，华夏模具网还指出，降低了工人的劳动强度，节省了劳动力，缩短了新产品试制周期和生产周期，给企业带来巨大的经济效益。从国外成熟经验来看，再制造是 数控机床再次利用的最有效办法。数控机床改造就是运用技术创新与技术改造相结合，改造传统产业与发展新兴产业相结合，突出重点与全面提升相结合，并将促进安全生产作为技术改造的重点任务。在中国，再制造领域可谓刚刚兴起，市场巨大。 课题的研究 意义 ： 1)机床数控改造 可实现 节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省 60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的 1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床 60%的费用，并可以利用现有地基。 2)性能稳定可靠。因原机床各 基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。 3)提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3 至 5 倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 2） 机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控 铣 床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成 (那些受 资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论 )。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控 机床相接近 。 （二） 国内外研究现状 20 世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952 年美国第 1 台数控铣床问世至今已经历了 50 个年头。 数控设备包括： 铣 、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专用机床，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有 10 20 万台，产值上百亿美元。世界制造业在 20 世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。 90 年代的全世界数控机床 制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90 年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从 2000 年至今已接受 3 个月以后的订货合同，生产任务饱满。 我国数控机床制造业在 80 年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90 年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到 50，库存超过 4 个月。从 1995 年 “九五 ”以后国家从扩大内需启动机床 市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在 1999 年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从 2000 年 8 月份的上海数控机床展览会和 2001年 4 月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。但也反映了下列问题： （）低技术水平的产品竞争激烈，相互靠压价促销； （）高技术水平、全功能产品主要靠进口； （）配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口； （）应用技术水平较低 ，联网技术没有完全推广使用； （）自行开发能力较差，相对有较高技术水平产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。 当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近 300 万台），但我们的机床数控化率仅达到 右，这与西方工业国家一般能达到 20的差距太大。日本不到 80 万台的机床却有近 10 倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国 21 世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床 3000 4000 台，日本 1 年产 5 万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口 7000 9000 台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。因此，国家计委、经贸委从 “八五 ”、 “九五 ”就提出数控化改造的方针，在 “九五 ”期间，我协会也曾做过调研。当时提出数控化改造的设备可达 8 10 万台，需投入 80 100 亿资金，但得到的经济效益将是投入的 5 10 倍以上。因此，这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司加入。 “十五 ”刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入 元，用于对 台机床的数控化改造。 数控技术经过 50 年的 2 个阶段和 6 代的发展：第 1 阶段：硬件数控（ 1 代： 1952 年的电子管第 2 代： 1959 年晶体管分离元件第 3 代： 1965 年的小规模集成电路。第 2 阶段：软件数控（ 4 代： 1970 年的小型计算机第5 代： 1974 年的微处理器第 6 代： 1990 年基于个人 （ 6代的系统优点主要有： (1)元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到万小时以上； (2)基于 台，技术进步快，升级换代容易； (3)提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源 丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如 接网卡、声卡、打印机、摄影机等）； (4)对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本 司， 1 年生产 5 万套以上系统，占世界市场约 40左右，其次是德国的西门子公司约占 15以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲亚，法国的，日本的三菱、安川。 国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂 家规模都较小，年产都还没有超过 300 400 套。 近 10 年数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。 (1)高速化由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度， 铣 床主轴转速由 3000 4000r/高到 8000 10000r/床和加工中心主轴转速由4000 8000r/高到 12000r/24000r/40000r/上快速移动速度由过去的 10 20m/高到 48m/60m/80m/120m/提高速度的同时要 求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的 力加速度）提高到 2G，最高可达 15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。 (2)高精度化数控机床的定位精度已由一般的 微米级机床达到 右，纳米级机床达到 小分辨率为 1数控系统和机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到 1 的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插 补质量，并可进行自动拐角处理等。 (3)复合加工、新结构机床大量出现如 5 轴 5 面体复合加工机床， 5 轴 5 联动加工各类异形零件。也派生出各新颖的机床结构，包括 6 轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。 (4)使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床 “如虎添翼 ”。如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削速度能达 1000m/工铝件能达 5000m/ (5)数控机床的开放性和联网管理，已是使用数控机床的基本要求， 它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为 21 世纪制造业发展的一个主要潮流。 （三） 学术准备情况 铣削加工是在铣床上用铣刀的旋转和工件的移动来加工工件，铣刀的旋转是主运动，工件的移动是进给运动。 铣刀是多齿刀具，切削过程中同时参加工作的刀刃数多，可采用较大的切削用量，因此，铣削的生产率较高。铣削时，铣刀上的每个刀齿都是间歇地进行切削，刀齿与工件 接触时间短，散热条件好，有利于延长铣刀使用寿命。但由于铣刀刀齿的不断切入、切出，铣削力不断变化，因而铣削容易产生振动。同时，因为铣削加工范围广，所以铣刀的制造和刃磨比较困难。 铣削加工的精度比较高，一般经济加工精度为 ，表面粗糙度 m。必要时，铣削加工精度可高达 ，表面粗糙度 m。 （二）铣床 铣床种类很多，常用的有卧式万能铣床和立式铣床，除此外还有工具铣床、龙门铣床、仿形铣床及专用铣床等。 1卧式万能铣床 卧式万能铣床是铣床中应用最多的一种， 它的主轴是水平的，还可配有立铣头，完成立铣各种工作。 2立式铣床 立式铣床与卧式铣床的区别在于其主轴垂直于工作台，有的立式铣床其主轴还可相对于工作台偏转一定的角度。它可利用立铣刀和端铣刀进行铣削加工，是生产中加工平面及沟槽效率较高的一种机床。 3龙门铣床 龙门铣床是一种大型铣床。铣削动力头安装在龙门横梁或立柱导轨的刀架上，一般有三至四个铣削动力头。在横梁上的垂直刀架可左右移动，在立柱上的侧刀架作上下移动。每个刀架都能沿主轴进行轴向调整，并可按生产需要旋转一定角度，其工作台带动工件做纵向进给运动。可以用铣 削动力头带动的刀具同时铣削，所以生产率很高。 这种机床适于铣削平面、垂直面、倾斜面、导轨面，特别是长度大的工件表面加工。由于生产率较高，适用于成批大量生产的粗精加工。 4数控铣床 数控铣床是由机床本体、数控装置、液压泵站、中频电源机组四部分组成，并配有纸带穿孔机。该机床加工零件时，只需将预先编制好的程序输入数控装置，机床就能自动工作直至完成零件加工。 数控铣床用来加工齿轮、样板、模具等形状复杂、精度高、难度大、批量大的零件 。 世界各工业发达国家通过发展数控技术、建立数控机床产业，促使制造业跨入一个新的发展阶 段，给国民经济的结构带来了巨大的变化。数控机床是世界第三次产业革命的重要内容，它不但是机电工业的重要基础装备，还是汽 铣 、石化、电子和现代医疗装备等产业现代化的主要手段。虽然数控机床产业本身的产值远不如汽 铣 、化工等产业，但高效的数控机床给制造业带来了现代化的生产方式以及高倍率的效益增长，这是促进国民经济发展的巨大源动力。特别是数控技术在制造业的扩展与延伸所产生的辐射作用和波及效果，足以给机械制造业的产业结构、产品结构、制造方式及管理模式等带来深刻的变化。 如下图 立式铣床外观图 图 1 观图 式升降台铣床，它是铣床中应用最多的一种。图 1 所示为 类铣床与卧式升降台铣床的主要区别，在于他的主轴是垂直安置的，可用各种端铣刀或立铣刀加工平面、斜面、沟槽、台阶、齿轮、凸轮以及封闭轮廓表面等。图 1 为立式升降台铣床中常见的一种。其工作台 3、床鞍 4、及升降台 5 的结构与卧式升降台铣床相同。立铣头 1可以根据加工要求在垂直平面内调整角度，主轴 2 并可沿轴线方向进行调整或作进给运动。 （四） 本选题研究思路及方法 制造业是一个国家或地区经济发展的 重要支柱，机械制造是制造业的核心。数控技术的应用使得传统的制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国民经济起着越来与重要的作用。 本选题研究思路 可分为产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计等四个阶段。 （一）产品规划阶段 产品规划阶段的任务是明确设计任务，通常应在市场调查与预测的基础上识别产品需求，进行可行性分析，制定设计任务书。 在产品规划阶段将综合运用技术预测、市场学、信息学等理论和方法来解决设计中出现的问题。 1、 需求分析 产品设计是为了满足市场的要 求，而市场的需求往往是不具体的，有时是模糊的、潜在的，甚至是不可能实现的。需求分析的任务是使这些需求具体化和恰到好处。明确设计任务的要求。需求分析的任务本身就是设计工作的一部分，是设计工作的一部分，是设计工作的开始，而且自始至终指导设计工作的进行。 需求分析一般包括对销售市场和原材料市场的分析 1、 调查研究 调查研究包括市场调研、技术调研和社会环境调研三个部分 2、 预测 定性预测和定量预测 3、 可行性分析 4、 编制设计任务书 (二 )方案设计阶段 1、对设计任务的抽象 2、建立功能结构 3、寻求原理与求解方法 4、初步设计方 案的形成 5、设计方案的评价与赛选 （三）技术设计阶段 1、确定结构原理方案 2、总体设计 3、结构设计 （四）工艺设计阶段 1、零件图设计 在零件图中包含了为制造零件所需的全部信息，这些信息包括几何形状、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度、材料和热处理要求、其他特殊技术要求等。 2、完善装配图 在绘制零件图时，更加具体地从结构强度、工艺性和标准化等方面进行零件的结构设计，不可避免地要对技术设计阶段提供的装配图做些修改 3、编写技术文档 二、论文结构框架 （一）论文提纲 摘要 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 目录 . 错误 !未定义书签。 第 1 章绪论 . 错误 !未定义书签。 述 . 错误 !未定义书签。 控机床的发展 . 错误 !未定义书签。 第 2 章整体改造方案 . 错误 !未定义书签。 体设计方案 . 错误 !未定义书签。 床改造的方案比较 . 错误 !未定义书签。 现的目标 . 错误 !未定义书签。 传动的系统改造 . 错误 !未定义书签。 械部分的数控化改造 . 错误 !未定义书签。 气部分的数控化改造 . 错误 !未定义书签。 给系统的改造 . 错误 !未定义书签。 给机构的改造 . 错误 !未定义书签。 改造要求 . 错误 !未定义书签。 轨副的改造 . 错误 !未定义书签。 机系统的硬件与软件设计 . 错误 !未定义书签。 统软件的设计 . 错误 !未定义书签。 件系统设计 . 错误 !未定义书签。 第 3 章数控铣床主传动系统方案的确定 . 错误 !未定义书签。 数控铣床主传动系统简介 . 错误 !未定义书签。 数控铣床主传动系统的要求 . 错误 !未定义书签。 传动的类型及方案选择 . 错误 !未定义书签。 第 4 章主传动变速系统主要参数计算 . 错误 !未定义书签。 算切削功率 . 错误 !未定义书签。 削力的计算 . 错误 !未定义书签。 削功率的计算 . 错误 !未定义书签。 轴转速范围的确定 . 错误 !未定义书签。 算主传动功率 . 错误 !未定义书签。 级变速箱的传动系统的设计及主轴电动机的功率的确定 . 错误 !未定义书签。 速级数 Z 的确定 . 错误 !未定义书签。 动机的功率的确定 . 错误 !未定义书签。 动机参数 . 错误 !未定义书签。 级变速箱的传动系统变速机构的确定 . 错误 !未定义书签。 第 5 章主轴组件设计 . 错误 !未定义书签。 述 . 错误 !未定义书签。 的分类 . 错误 !未定义书签。 轴材料 . 错误 !未定义书签。 轴结构设计 . 错误 !未定义书签。 轴部件应满足的基本要求 . 错误 !未定义书签。 的结构设计 . 错误 !未定义书签。 拟轴上零件的装配方案 . 错误 !未定义书签。 上零件的定位 . 错误 !未定义书签。 轴段直径与的确定 . 错误 !未定义书签。 高主轴强度的措施 . 错误 !未定义书签。 的结构工艺性 . 错误 !未定义书签。 轴强度的校核 . 错误 !未定义书签。 扭转强度进行计算 . 错误 !未 定义书签。 度校核计算 . 错误 !未定义书签。 第 6 章纵向方向的设计与计算过程 . 错误 !未定义书签。 削力 计算 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠所受的平均轴向载荷 计算 . 错误 !未定义书签。 杠副工作负荷计算及丝杠型号的选择 . 错误 !未定义书签。 动效率 的计算 . 错误 !未定义书签。 度验算 . 错误 !未定义书签。 定性的验算 (1) . 错误 !未定义书签。 轮传动设计的有关计算 . 错误 !未定义书签。 轮材料的选用及许用应力 . 错误 !未定义书签。 齿圆柱齿轮副的计算 . 错误 !未定义书签。 进电机型号的计算选择 . 错误 !未定
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