数控可编程尾架传动机构-开题报告

南京工程学院工 业 中 心本科毕业设计（论文）开题报告题 目 ： 数控可编程尾架传动机构设计专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： D 机加工 122 学 号：学生姓名： 指导教师： 2016 年 3 月 10 日本科毕业设计(论文) 开题报告学生姓名 学 号 专 业 机械设计制造及其自动化指导教师姓名 职 称 研究员级高级工程师所在院系 工业中心课题来源 D.自拟课题 课题性质 A.工程设计课题名称 数控可编程尾架传动机构设计毕业设计的内容和意义 采用文献分析法、类比法，进行数控可编程尾架传动机构的设计，数控可编程尾架传动机构设计的主要零件包括可编程尾架下体、传动机构滚珠丝杠、丝杠螺母座、轴承座、法兰、联接涨套、 锁紧螺帽、 法兰、限位块、接套等。毕业设计的具体内容：1、机械制图a)CAD 绘制数控可编程尾架传动机构设计装配图 0 号图 1 张b) 绘制其它零件 CAD 图纸），CAD 图纸折合 0 号 1.5 张 （约 15 个零件）2、设计计算a) 传动机构惯量匹配的计算b) 传动机构进给力的计算3、技术经济分析a)课题成本计算b)技术经济分析4、翻译有关外文资料5、撰写毕业设计说明书（论文）本课题研究的意义：本课题对数控机床尾架进行了设计，尾架存在于每台数控机床，可编程尾架能使数控车床更加自动化，其意义如下：1、可编程尾架传动机构设计的主要零件包括：可编程尾架下体、传动机构滚珠丝杠、丝杠螺母座、轴承座、法兰、联接涨套、锁紧螺帽、限位块、接套等，通过尾座下体带动整体移动到指定位置并快速锁紧，这对生产效率有很大的提高，是机床的重要辅助部件。2、通过对数控机床尾架的设计，解决了普通尾架存在的工人工作量大、效率低、精度不能保证、速度慢、润滑等问题。3、通过和普通尾架相比较，数控可编程尾架提高了机床的经济性、合理性和机床的自动化程度。4、通过这次设计提高了我对理论知识应用的熟练度、自学能力，对文献和资料的查找有了一个较大的提高，对于所研究的课题有了较为深入的了解，让我们所学的知识进行了一次综合的应用，提高了解决工程设计问题的能力。文献综述一、引言 数控机床自问世以来其自身的优越条件大受生产企业的青睐。国家颁布了一系列的文件透视我国发展大型的精密度数控机床的决心。在加快数控装备制造业的若干建议中更是明确了数控机床在制造业的重要作用。大足促进了我国制造业的发展为实现新型工业化道路奠定了基石。 1在制造业，效率和品质是永恒的主题，而现代制造业效率和品质是靠装备来保证的。数控车床这一制造业通用装备也在随着制造业的发展而发展，编程尾架作为数控车床满足制造业效率和品质需求的常用手段已成为中高档数控车床的标准配置。二、发展趋势数控机床的发展趋势向着高速化、高精度化、功能复合化、控制智能化、体系开放化、驱动并联化、极端化（大型化和微型化）、信息交互网络化、新型功能部件发展。另外许多研究人员和研究机构已经开始重视，可实际用于工业应用开发微型机的工具。 21948 年，美 国 的 Parsons ( 帕森斯) 公司为制造飞机螺旋桨叶片轮廓的板状样板，提出在坐标机床上采用数字脉冲控制的加工方法，并与麻省理工学院合作，于 1952 年成功研制出世界上第一台三坐标立式数控铣床。后由于计算机技术及微电子技术等发展比较缓慢，数控机床的发展也受到了严重的制约，直到 20 世纪 60 年代集成电路的出现，数控机床进入了全新的发展阶段。进入 20 世纪 70 年代，随着微电子技术和计算机技术等的快速发展，数控机床得到了突飞猛进的发展，应用范围也越来越广泛，对原有机械制造业产生了巨大的冲，给机械制造业的生产方式、产品结构及产业结构带来深刻的变化。目前，数控机床已发展到第六代，即以 PC 机为基础，向着开放化、智能化、图形化等方面发展 3我国数控机床及技术起始于 1958 年，是由清华大学和北京第一机床厂共同研制成功的。我国数控机床产业的发展一直受到国家经济状况、数控技术发展水平与国家扶持政策的制定等三大因素的影响。 4自 1958 年以来,中国数控机床的发展划分为三个阶段:( 1) 封闭式发展阶段、 （2) 引进国外先进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段、 （3) 产业化研究，进入市场竞争阶段。数控车床是现代工业中应用非常广泛的一类金属加工设备，数控车床主要用于加工回转件，比较常见的是加工盘类零件和轴类零件。盘类零件的加工一般仅采用卡盘卡紧方式就能满足要求，而对于轴类零件特别是对于长轴类零件的加工，需要使用卡盘和尾架结构，采取一卡一顶的装卡方式，所以对于数控车床的加工而言，良好、可靠、高效的尾架结构非常重要。可靠高效的尾架结构，不仅能保证数控车床所加工零件的加工质量，而且可以大大提高加工效率，对于提升数控车床的自动化程度也非常重要。英文期刊文章引用：作者. 题名. 期刊名, 出版年份，期号：起止页码文献综述在数控机床的发展中辅助部件也慢慢的占据了越来越主要的作用，尾架是机床的重要辅助部件之一。目前，在大部分的车床上所使用的尾座还是普通尾座。普通尾座加工过程中，待加工的工件定位夹紧后需要使用手工控制的方式完成尾座的顶紧动作。因此，工作效率并不高，而且工人劳动强度大，耗时又耗力。在高效率、高质量的加工中，它已经不能满足使用要求。传统的尾架结构，主要是手动搬动尾架沿数控车床的 Z 轴导轨移动或沿尾架专用导轨移动，尾架的移动由人力搬动，尾架体被搬到指定位置后，扳动手柄将尾架底板锁到尾架移动的导轨上。用人力旋转尾架套筒的进退的手柄，将尾架体内的套筒旋出顶紧工件，再通过锁紧手柄将尾架套筒锁紧。可见传统的数控车床的尾架结构操作起来费时费力，随着数控车床产品日新月异的发展，特别是智能化数控车床产品的涌现，为提高劳动生产率，数控车床行业特别需要一种新兴的数控车床尾架结构的出现，来代替原有传统的数控车床的尾架结构。数控车床的可编程尾架，不同于传统尾架结构，是一种具备可以参与数控车床加工编程的新型尾架结构。在对可编程尾架的控制过程中，数控车床的数控系统可以用M 代码、B 代码或其他可以参与数控车床加工编程的代码指令，自动控制尾架或尾架套筒的进退，并对尾架或尾架套筒的位置进行检测，控制尾架或尾架套筒前进或后退到数控车床加工需要的位置，来完成对数控车床加工零件的顶紧。这样可以提高数控车床加工效率，特别是对于数控车床与自动化生产线（桁架机器手自动化生产线或关节机器手自动化生产线）组线时，可以高效、精准地提高数控车床的装卡效率，从而大大提高数控车床的加工节拍，极大地方便数控车床的加工，实现完全自动化加工，有效地提高数控车床的智能化水平和自动化水平。 5 三、尾架现在讲的重点是可编程尾架，尾架又叫尾座，是安装在床身导轨上。在尾架的套筒内安装顶尖，支承工件；也可安装钻头、铰刀等刀具，在工件上进行孔加工；将尾架偏移，还可用来车削圆锥体。在机械制造行业中，数控车床被广泛用来加工盘类或轴类零件。在加工这类零件的时候，有许多零件需要用内孔作为定位夹紧面来进行外圆、端面、螺纹等的切削加工。目前，用数控车床对这类零件进行加工时的定位装夹通常采用人工手动夹紧，因此数控车床的尾座结构普遍是手动控制结构，用手动方式旋转手轮带动尾座套筒使尾座上的尖伸出以顶紧工件，实现对工件的定位，再扳动手柄实现锁紧。采用这种手动控制方式，工作效率低，劳动强度大，夹紧力大 小难以精确控制，定位准确性和稳定性都比较差。故设计一种可编程尾架传动机构代替传统的手动式控制是完全有必要的，可进一步完善和提高数控车床的自动化程度。尾架分为普通尾架和可编程尾架等。可编程尾架又分为套筒可编程、整体可编程。具体的可编程尾架有采用检测开关的简易可编程尾架结构、采用直线光栅尺的可编程尾架结构、通过液压插销借用 z 轴拖动尾架的可编程尾架结构、采用伺服电机控制的可编程尾架结构。 6 英文期刊文章引用：作者. 题名. 期刊名, 出版年份，期号：起止页码文献综述可编程尾架的结构与控制研究对于数控车床的加工效率的提升、机床可靠性研究和数控车床产品的智能化研究很有意义，相信可靠高效的可编程尾架结构的应用必将提升数控车床的整体自动化水平。 7 四、影响尾架精度的方面采用伺服电机作为可编程尾架的控制轴（W 轴），来实现对可编程尾架的控制。由 W 轴伺服电机（带抱闸）通过滚珠丝杠驱动，沿 Z 轴方向移动。W 轴伺服电机（后端装有绝对编码器）通过联轴器直接连接到相应的滚珠丝杠上，进而驱动尾架的运动与完成位置控制。（1）、布局及定位 尾架体零件设计过程中要充分考虑相关零部件的干涉影响实际的装配问题；针对特定制造工艺过程进行结构考虑，以利于其它零部件的装拆等。尾架体零件在设计过程中应合理布置外形、筋板结构，使尾架体有足够的刚度来保证尾架部件的定位精度要求。（2）、保证定位精度和快速锁紧 控制上：W 轴交流伺服电机所起的作用是驱动尾架体快移定位到数控系统指令要求的位置，而顶紧工件主要靠可编程尾架体上的液压缸，同时尾架体到位后，尾架体的锁紧靠尾架体底面压板。在数控系统的控制中，可以对控制尾架的 W 轴伺服电机，采用 PLC 轴或 IO LINK 轴的形式进行控制，通过编写 PLC 控制程序，使用 B 代码加 G0 等位置移动指令控制可编程尾架的高速精准定位。采用类似控制伺服轴一样的方式控制此种类型的可编程尾架。因伺服电机的移动速度快、定位精准、启停平稳，所以此种可编程尾架结构在高速、高精加工应用中有很大的优势，此种可编程尾架结构也是很多高档数控车床比较青睐的尾架结构 8 （3）、导轨的选用 在导轨的各项精度指标中比较重要的为导轨的几何精度与取决于导轨本身的几何精度及导轨配合间隙，其中导轨的配合间隙主要取决于导轨的结构类型、表面粗糙度、导轨的刚度以及热变形影响等。（4）、尾架体的支撑 尾架支撑部件包括尾架、缓冲垫、锥型套筒、组合轴承机构和法兰盘。尾架放置在床身的平一导轨上，底部固定在型槽内，可避免其左右滑动，又由于轴向位置可调节，于是采用结构一体安装，便于调节主动丝杠副与加载丝杠副的平行度。在尾架的一侧安装缓冲垫，内部则通过法兰连接锥形套筒，在套筒内安装一个组合轴承，可以加大尾架支撑部件的承载能力。同时，锥形套筒为可更替工装，可以根据不同型号的丝杠副进行更换，提高试验效率。9数控可编程尾架机构可以扩大尾架的位置空间，避免由于尾架位置的固定而影响一些特殊零件的装夹。采用伺服驱动器，伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，属于伺服系统的一部分，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度、高转速、适应英文期刊文章引用：作者. 题名. 期刊名, 出版年份，期号：起止页码文献综述性强、稳定性好、良好的及时性和舒适性的传动系统定位。 进给系统的摩擦阻力会降低传动效率，产生发热，因为摩擦力的存在，动、静摩擦系数的变化，会导致传动部件的弹性变形，影响系统的定位精度。采用滚珠丝杠副能减少工作中摩擦阻力、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给，并且传动效率高、精度高、同步性好、耐用性和可靠性好、无背隙与高刚性。通过减小传动部件的惯量，传动部件的惯量直接决定进给系统的加速度，这是影响进给系统快速性的主要原因，再通过惯量匹配的计算，得出精确地惯量匹配数值，一般来说，惯量越小越好。参考文献：1、刘青. 数控机床的技术特点及发展趋势研究，2014.42、王世明 叶哲之 杨志鹏.A Low-Cost and High-Resolution MicromachineTool With Toggle-Based Mechanism，2014.3、唐克岩我国数控机床产业发展现状与展望，2012.34、韩鸿鸾 董先 从志鹏图解数控机床机械结构维修从新手到高手，北京：化学工业出版社，2015.55、宋绪丁机械制造基础M，西安：西北工业大学出版社，20116、何俊 李健 赖玉活 黄艳.新型数控车床液压尾座的设计，20117、张晓齐 李贵群.机械设计M ，北京:电子工业出版社 ,2009.8、王伟平.数控车床可编程台尾的结构与控制，20159、丁聪.滚珠丝杠副寿命试验装置设计及评估方法研究，2015.110、王纯贤 章彬 甘恩荣 胡胜来 尹建贺.液压尾座的改进设计，2013英文期刊文章引用：作者. 题名. 期刊名, 出版年份，期号：起止页码研究内容1、通过传动机构惯量匹配计算得出精确地惯量匹配数值，一般来说，惯量越小越好。通过减小传动部件的惯量，传动部件的惯量直接决定进给系统的加速度，这是影响进给系统快速性的主要原因。2、数控车床的进给系统主要部件是滚珠丝杠，通过传动机构进给力得出其结构特点及安装形式决定了进给系统传动刚度低，从而在一定程度上影响了车床的加工精度，进给系统刚度引起的加工误差会比较明显。研究进给系统刚度产生加工误差的机理，对提高车床的加工精度有着重要意义。3、根据计算数据绘制可编程尾架传动机构设计的图纸。研究计划研究周期与时间安排毕业设计起止日期：2.226.03（第 1 周第 15 周）第 1 周 (2.22-2.26) 收集资料，学习有关书籍文献，参观工厂，搜集设第 2 周 (2.29-3.04) 计过程中所要遵照的有关国家标准并进行学习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 (3.07-3.11）