VH50型数控立车X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 学生姓名 指导教师姓名 课题来源 课题性质 课题名称 数控立车 X 轴进给系统结构设计 毕业设计的内容和意义 采用比较法，综合分析法，进行 数控立车 X 轴进给系统结构的设计，使其能够对进给运动的速度和对刀具相对于工件的位置实现自动控制，并且保证机床的加工精度。 毕业设计的具体内容： 1、 调研并熟悉课题及有关资料，完成外文翻译，写出开题报告； 2、计算机绘制装配图、零件 （总工作量 以上 0 号图）； 3、完成课题的设计计算； 4、课题技术经济分析； 5、完成毕业设计说明书 15000 字以上。 本课题研究的意义： 本课题对 数控立车 X 轴进给系统结构进行了设计，其意义如下： 1、 对数控车床的当前水平，发展趋势，以及国内外数控车床的发展有了详细的了解。 2、对数控车床的进给系统有了深刻的了解，知道了进给系统中 减速齿轮、联轴节、滚珠丝杠螺母副、丝杠支承、导轨副、传动数控回转工作台的蜗杆涡轮等机械环节的刚性、制造精度、摩擦阻尼特性等对执行件能否实现每一脉冲的微量移动有重要影响 。 3、 提高了自己的学习能力， 查找能力，归纳能力和总结能力。 4、 通过本次对数控立车 X 轴进给系统结构的设计，让我对大学四年所学的工程制图、工程力学、金属材料、机械原理、机械设计、数控机床等专业课程有了一个系统的复习和总结。 文献综述 从 20 世纪中叶数控技术出现以来 ， 数控机床给机械制造业带来了革命性的变化 。 随着计算机技术和现代设计技术的飞速发展以及装备制造业对数控机床的大量需求 ， 数控机床的应用范围在不断扩大并不断发展以更适应生产加工的需要 。 1 数控机床是一种综合应用了计算机控制、精密测量、精密机械、气动、液压、润滑等技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。当前，数控机床已称为企业的主要加工设备，在机械加工各领域得到了极为广泛的应用。近年来，数控机床的变化日新月异，各种结构新颖、性能先进的车削中心、加工中心，以及五轴加工、多主轴加工、复合加工等高速、高精度机床不断出现，它们正在逐步替代传统结构的数 控机床，而成为主要产品。 2 我国在数控机床应用方面，越来越多地为航天、航空、汽车和能源等国家重点行业提供数控机床产品，并且开始出口；在数控系统方面，经济型数控系统已普及应用，还开发出了五轴联动以及多通道多轴联动的高档控制系统，应用于国产数控机床，打破了国外的技术封锁和限制，并制约了国外产品的价格。在数控机床品种构成方面，不仅在车、铣、镗、磨等通用型机床方面已实现数控化，数控技术还在加工中心、超精密机床、混联机床、复合机床、特种加工机床和一些专用机床产品上得到成功应用。 3 国外工业发达国家对数控车床的研究时间较长 ， 而且经验丰富 ， 技术水平较高 ，其特点如下 ：（ 1） 高速高精与多轴加工成为数控车床的主流 ， 纳米控制已经成为高速高效加工的潮流 。（ 2） 多任务 、 多轴加工数控车床越来越多地应用到航空航天 、能源 、 汽车及船舶等行业 。（ 3） 智能化加工与监测功能不断扩充 ， 车间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息 ， 分析相关数据 ， 预测机床的状态 ， 提前进行相关的维护 ， 避免事故的发生 ， 减少机床的故障率 ， 提高机床的利用率 。（ 4）机床误差检测与补偿功能越来越强大 ， 能够在较短的时间内完成对机床的补偿测量 。 与传统的激光干涉仪相比 ， 对机床误差的补偿精度能够提高 3 4 倍 ， 同时效率得到大幅度提升 。（ 5） 最新的 术为多轴 、 多任务数控车床提供了强有力的支持 ， 可以大幅度提高加工效率 。 4 数控机床的发展日新月异 , 高速化 、 高精度化 、 复合化 、 智能化 、 开放化 、 并联驱动化 、 网络化 、 极端化 、 绿色化已成为现代数控机床发展的趋势和方向 。 5 本次我的设计课题是 立式数控车床简称为数控立车 , 车床的主轴垂直于水平面 , 有一个直径很大的装夹工作元件的圆形工作台 。 由于本身主要用于加工径向尺寸大 、 轴向尺寸相对较小的大型复杂零件 , 所以体积一般较大 , 属大型机床类 。 与其它机床相比 , 立式数控车床的结构有以下特点 :1) 体积较大 , 适用于加工大型工件 。 2 ) 由于刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动 , 所以它的传动链短 , 不必使用挂轮 、 光杠等传动部件 。 3 ) 为了拖动轻便 , 数控车床的润滑都比较充分 , 同时由于本身造价较高 , 为延长使用时间 , 文献综述 间 , 滑动导轨也要求耐磨性好 。 4) 具有加工冷却充分 、 防护较严密等特点 , 自动运转时一般都处于全封闭或半封闭状态 。 5 ) 一般配有排肩装 置。 6 数控车床的进给运动是由数控装置经伺服系统控制的，进给伺服系统是数控车床的一个重要组成部分，其性能的优劣，直接影响零件的加工质量和生产效率。它由伺服驱动装置、机械传动装置、位置检测元件及位置调节器等组成。 7 数控车床的进给传动方式和结构特点与普通车床、自动和半自动车床截然不同。它只用于伺服电动机（直流或交流）驱动，通过滚珠丝杠带动刀架完成纵向和横向的进给运动。由于数控车床采用了脉宽调整伺服电动机及伺服系统，因此进给和车螺纹范围很大。快速移动和进给传动均经同一传动路线。一般数控车床的快速移动速度可达 （ 1015） m/控车床所用的伺服电动机除有较宽的调速范围并能无级调速外，还能实现准确定位。在走刀和快速移动下停止，刀架的定位精度和重复定位精度误差不超过 8 数控机床对进给运动的要求主要考虑如下几点： (1) 尽量减少运动件之间的摩擦阻力 (2) 提高进给系统中传动件的精度和刚度 (3) 减少每个元件的运动惯量 (4) 各传动部件的稳定性要好、寿命长 (5) 使用维护要方便快捷 。 机械传动机构是进给伺服系统的重要组成部分，它包括减速齿轮、联轴节、滚珠丝杠螺母副、丝杠支承、导轨副、传动数控回转工作台的蜗杆涡轮等机械环节。它们的刚性、制造精度、摩擦阻尼特性等对执行件能否实现每一脉冲的微量移动有重要影响。为保证进给伺服系统的准确性，以达到较高的定位精度指标，特别要求机 械机构的传动间隙小，摩擦阻尼小。另外，进给传动系统的驱动力矩很大，负载变化频繁，故对刚度也有特殊要求。 9 数控车床一般采用半闭环控制伺服进给系统控制，在正常加工过程，丝杠由伺服电机控制进行反方向运转时，会出现空隙的空运转现象，造成反向间隙误差 。 同时数控车床的传动和运动机构在外力作用下会产生弹性变形，并且加工部位与车床其他部位受力不同，造成弹性间隙发生也影响加工精度 。 此部分误差为反向间隙误差和正向传动运转误差的叠加 。 10 数控车床丝杠进给系统刚度对系统的失动量和定位精度影响较大。基于进给系统质量和弹簧 力学模型 , 给出了进给系统轴向刚度和扭转刚度对失动量的影响与定位误差的解析表达式 , 为进给系统结构设计 、 降低系统的失动量和提高系统的定位精度提供了理论依据 ;结合实例进行了应用分析计算 , 取得了明显效果。数控机床的高速高精度化 , 要求机床在载荷作用下具有较小的失动量和较高的定位精度 , 而它们都与进给系统的刚度有很大的关系 。 11 对于现代数控车床而言 ， 一般情况下 ， 对于工件位置的控制 ， 主要是通过伺服电机对滚珠丝杠的驱动实现的 ， 如果滚珠丝杠出现传动误差 ， 就可能影响车床的加 文献综述 工精度 ， 这也是造成数控车床定位精度误差的重要因素之一 。 12 在数控车床伺服进给系统中， 减速机构有齿轮传动装置和同步齿形皮带传动装置。 齿轮传动装置的主要目的：一是降速，将伺服电机的高速低转矩 ;输出变为负载所要求的低速大转矩： 二是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中占较小的比例，以保证精度。 13同步齿形带传动是一种新型的带传动。它利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次啮合传递运动和动力，因而兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点 ;无相对滑动，平均传动比较准确，传动精度高，而且齿形带的强度高、厚度小、重量轻，故可用于高速传动 ;齿形带无需特别张紧，故作用在轴和轴承上的载荷小，传动效率也高，现已在数控机床上广泛应用。 14对传动装置的总体要求是传动精度高，稳定性好，灵敏度高，响应速度快。 本次我的设计课题是数控立车的 设计过程中，我应该考虑所有进给系统影响机床性能的因素，并在设计过程中采 取合理的措施消除这些影响。 参考文献 1 王福印 J 中旬刊 ），2011（ 2） 2 龚仲华 . 现代数控机床设计典例 机械工业出版社 3 刘强 ， 李冬茹 J 2010（ 10）： 264 江崇民 ,荀洪伟 机械工程师 2012. 4 5 梁伟 ,王先 桂林航天工业高等专科学校学报 2010 6 刘心雄 ,郑家元 . 立式数控车床的工业设计研究 . 华中科技大学 7 陈婵娟 . 数控车床设计 . 化学工业出版设 8 王爱玲 , 武文革 . 现代数控机床（第 2版） 9 熊军 . 数控机床原理与结构 . 人民邮电出版社 10 贾东庭 . 数控车床加工精度的影响因素及提高措施 11 吴南星 , 胡如夫 . 孙庆鸿 数控车床丝杠进给系统刚度对定位精度的影响 . 中国工程科学 12 丁美玲 电信息 . 13 傅莉 数控车床实际操作手册 宁科学技术出版社 14 王栋臣 ,李常峰 主编 加工中心 )操作技能实训图解 东科学技术出版社 研究内容 本次设计是数控车床进给系统结构设计，主要有绘制运动简图， 完成 X 轴向惯量匹配、转矩匹配的计算、完成 X 向进给力 X 向滚珠丝杠预拉伸量的计算，考虑丝杠的刚度和热膨胀等因素选择合适的 X 轴滚珠丝杠、滚珠丝杠轴承、伺服电机、联轴器和导轨，完成装配图设计，绘制进给系统的装配图以及其他各个部件的零件图。 研究计划 第 1 周 ( 收集资料，学习有关书籍文献 ， 参观 工厂，搜集设 第 2 周 ( 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 ( 完成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 X 轴向惯量、转矩、匹配的计算、完成 X 向 第 6 周 ( 进给力 X 向滚珠丝杠预拉伸量的计算，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 ( 进行零件图计算机绘图 第 10 周 ( 进行零件图计算机绘图 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 ( 论文评审及答辩资格确定 第 14 周 ( 制作答辩 印图纸，准备答辩 第 15 周（ 毕业设计（论文）答辩 第 16