VH50型数控立车主传动系统结构设计-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 D 课题性质 A 课题名称 数控立车主传动系统结构设计 毕业设计内容和意义 采用类比法、文献阅读法、综合分析法进行 数控立车主传动系统结构的设计，使其机械部件满足动力输出性能以及机械性能要求。 毕业设计的具体内容： 1、 主传动系统的主要零件 主轴箱体 ,主轴 , 轴承 ,隔套 ,锁紧螺帽 ,迷宫法兰 ,皮带轮，电机安装板及皮带轮张紧块等 2、 设计要求 械制图 a) 制主轴箱传动机构装配图 0 号 1 张 b) 制零件图纸 ,纸折合 0 号 （约 15 个零件） c) 绘制主轴动平衡图 ,输出功率和扭矩图 计计算 a) 确定主轴切削扭矩 b) 主轴受力分析及主轴最佳支承计算 c) 主轴前后轴承寿命计算 术经济分析 零件成本分析 本计 算 本课题研究的意义： 本课题对 数控立车主传动系统结构 进行了设计，其意义如下： 1、 对国内外数控机床的发展现状及新趋势有了一定的了解和认知。 2、 通过 对 数控 立 车主传动系统的 结构 设计 ，对数控立式车床有了崭新的认识，对它的结构，性能，特点有了进一步的了解。 3、 通过 对 数控 立 车主传动系统的 结构 设计， 对主传动系统的组成部件以及产生的作用有了更深的了解。 4、通过对课题的研究，提高了自己的学习能力，查阅能力，以及对机械原理、机械设计、材料力学 等所学知识的归纳和总结的能力。 文献综述 数控机床是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上就代表这个国家的制造业水平和竞争力。 2003 年我国机床消费额达到 世界第一位，其中数控机床占 57%（ 美元）。国内生产数控机床36813 台（产值约 美元），创历史新高。 1 进入 21 世纪，国外数控机床的发展日新月异，已经和各学科充分融合，并正在以无法估量的速度高速发展，突破传统加工的极限和瓶颈 。 但是，我国数控机床的技术水平，性能和质量与国外还有 很大差距，技术含量较低的简易数控车床仍占主导地位，高档数控机床及其功能部件大多依靠进口。 1 当前国产数控机床产业面临的最大挑战是 :1)国产数控机床国内市场占有率低 。 造成这样严峻的形势 , 除客观原因外 ， 主要还是产品质量 、 可靠性和服务不过硬 。 丢失的市场份额中 ， 最大的是中档和中档偏低的产品 ， 也就是我国市场需求份额最大的产品 。 如何将丢失的份额夺回来是面临的最大挑战 。 2)我国加入 , 势必有更多的数控机床外商进入我国 ， 其技术优势 ， 再加上利用我国优秀人才和 “ 本地化 ” 使我国市场份额的争夺将更为激烈 。 2 我国数控机床产业也适逢极好的发展机遇 :1)国内市场需求强劲 ， 1991 年我国机床市场消费额 (折合 )为 18 美元 ， 2000 年预计可达 (折合 )38 40 亿美元 ,到 2010 年估计机床市场消费额也会翻一番 。 庞大的市场需求 ， 为我国数控机床发展提供了难得的机遇 。 2)我国数控机床的国企基本脱困 ， 民企正在兴起 ， 数控机床产品的市场竞争力趋强 。 3)我国已突破和掌握数控系统的核心技术 ， 并具备不断创新的实力 ， 为我国自主发展数控机床技术创造了有利条件 。 4)加入 的有利一面 ， 是为我国数控机床产业的发展提供 了利用更多国外技术和资金资源的机遇 。3 我国数控机床发展的对策，具体地讲，今后切实加速我国数控机床的发展，必须做 好这几个方面的工作：（ 1） 以高速化为先导，提高数控机床的综合性能（ 2）推进 m 工程，研制高效精密数控机床 (3)发展复合加工数控机床、缩短制造过程 。 （ 4） 高效柔性化的新一代制造系统（ 5）发展网络化制造单元，推进企业制造能力的高效柔性化（ 6）开展可靠性设计，加强全面质量管理，保证数控机床的可靠性增长（ 7）提高技术人员的综合素质。 数控车床主传动系统设计是一个比较复杂的问题，设计车床主传动系统 时，要在给定的工作条件及设计要求下，确定传动功率、主轴速度范围、公比、级数等相关参数。在确定以上参数后，可以有许多不同的传动方案，有多种转速图，他们之中自然有优劣之分，按常规方法设计时，因需要进行大量反复、繁琐的计算，只能对几种方案进行计算和比较，要找到最佳结果是比较困难的。以往对车床主传动系统的优化决策，传动方案的优化是进一步设计的前提，直接影响着设计结果。 文献综述 数控车床作为高度自动化的机电一 体化设备，其主传动系统的设计一般应满足如下基本要求。 使用性能要求 首先应满足机床的运动特性，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级别。传动系统设计合理，操纵方便灵活、迅速、安全可靠。 传递动力要求 主电动机和传递机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传动效率。 工作性能要求 主传动中所有零部件要有足够的刚度、精度和抗 振性热变形特性稳定。 4 数控车床主轴部件是影响机床加工性能的主要功能部件。主轴的回转精度将直接影响工件的加工精度。主轴的功率与转速将直接影响加工效率。主轴结构与机床规格、精度等因素有关，主轴轴承是最重要的元件之一。一般中小规格的数控车床主轴部件多采用成组高精度滚动轴承，重型数控车床有采用液体静压轴承的，高速数控车床主轴采用陶瓷滚珠轴承等。 5 影响主轴系统动静刚度的因素有主轴轴承的配置、预加载荷、主轴前后轴承的支承距、主轴组的动平衡以及主轴系统的动态性能等 ， 必须根据具体的产品进行分析计算 ， 并制定相应 的工艺 ， 保证达到各项性能指标。 6 机床主轴轴承都必须有轴向预加载荷才能进行正常工作 。 预加载荷不仅可以消除轴承的轴向游隙 ， 还可以提高轴承的刚度和主轴的旋转精度 ， 抑制振动和钢球自转时的打滑现象。主轴轴承加载的紧固方式对主轴的运动精度有很大的影响 ， 预紧螺母或预紧隔套的工作面必须与主轴回转中心垂直 ， 否则在预紧时会使轴承歪斜 ，从而影响主轴的回转精度和轴承的温升。不同的轴承配置和预加载荷对主轴系统的静刚度影响很大 ， 要合理选择轴承的配置和预加载荷 ， 以满足不同机床的性能和精度要求。 6 机床主轴系统设计过程中 ， 在满足 主轴的精度、负荷和速度的条件下应尽可能选择大直径主轴 ， 再根据选择的轴承确定最佳的支承距 ， 使主轴系统有较高的静刚度。 6 主轴系统在性能劣化过程中，导致了主轴系统动态特性的变化。逐渐劣化的齿轮、轴承、主轴部件在不同的切削力和驱动力作用下，动态特性与理想状态发生变化，结果造成机床动态误差增加。机床上刀具与工件之间的相对位移误差可以通过误差运动学模型来计算，而误差补偿是指人为地造出一种新的误差去抵消或大大减弱当前成为问题的原始误差，通过分析、统计、归纳及掌握原始误差的特点和规律，建立误差数学模型，尽量使人为造出 的误差和原始误差两者的数值相等、方向相反，从而减少加工误差，提高零件尺寸精度。误差补偿采用的是 “ 软技术”，其投入的费用与直接更换主轴相关部件相比较，价格要低得多。显然误差补偿技术是一项具有显著经济价值并十分有效的提高机床精度的手段。 7 文献综述 由于轴承摩擦是主轴系统热量的主要来源 ， 所以用合理的主轴润滑和冷却是控制主轴系统温升的有效措施 。 主轴轴承的润滑有脂润滑 、 油润滑 、 油雾润滑 、 气雾润滑等多种方式 。 由于油 雾 、 气雾润滑的成本较高 , 所需设备复杂 , 一般在数控车床中不予采用 。 目前 , 数控车床主轴设计多采用脂 (具有良好品质的锂基脂 )润滑形式 ， 控制好润滑脂的填充量就可以达到有效抑制主轴温升的效果 。 另外还可以通过外加水冷或气冷循环的方式来有效地控制主轴系统的温升 。 在机床设计时 ， 可根据 机床加工精度和主轴最高转速的要求进行选择 。 8 在机械设备的材料选择上，我们不仅要注意零部件的合理性，同时还要注意零部件间的性能、配合性及切合性。如何做好机械设备中的材料选择和应用工作，是机械设计工作的一个重要内容。在选择机械材料时， 材料的使用性是一个必须要考虑的因素，同时，它也是保障材料性能和质量的根本性因素。在机械设计中，不同的零部件对材料有不同的需求。 我们在 对材料进行选择时 ， 首先要了解清楚各个零部件对材料的需求，并在此基础上，根据其要求，选择使用性能较高的材料。 9 数控机床主传动具有以下特点： 转速高，功率大，它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。 主轴转速的变化迅速可靠，并能自动无级变 速，使切削工作始终在最佳状态下进行。 为实现刀具的快速或自动装卸，主轴上还必须设计有刀具自动装卸、夹紧、主轴定向停止和主轴孔内的切屑清除装置。 10 数控机床在制造工业，特别是汽车航空航天，以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件还是在软件方面，都有飞速的发展。数控系统除了用来控制金属切削机床外，还普遍用于控制诸如冲床线切割机气割机之类的简单机器直至机器人之类的复杂设备，在要求可靠性高柔性强和实现机电一体化等方面的生产加工中对数控机床都有 广泛的需要 ， 由于数控机床属于精密设备，致使成本较高，因此，目前多用于形状复杂，精度要求高的中小批量零件加工。 11 数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流 ， 是衡量机械制造工艺水平的重要指标 ,在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用 ,因此 ,如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题 ,只有掌握正确的使用方法 ,才能保证数控机床的优越性得以实现 。 参考文献： 1、 张曙数控机床发展的新趋势机电产品开发与创新， 2005， 5： 7、 周延佑 . 数控机床发展新趋势与 我国相应的对策 J 2001(2):5 3、刘小敏 . 我国数控机床的现状与发展 2006,8:4、陈婵娟 . 数控车床设计 学工业出版社， 献综述 5、张思弟 . 数控车工实用技术手册 苏科学技术出版社 6、刘桂芝 . 影响机床主轴系统加工精度的分析 京数控机床有限公司 7、万海波 . 数控机床主轴系统性能劣化分析及误差补偿技术研究 011. 8、魏效玲，张宝刚，陈华，尉鹤缤 . 高速电主轴冷却润滑系统的研究 J， 、车明浪，史兆伟 . 机械设计中材料的选择和应用 10、全国数控培训网络天津分中心组编 . 数控机床 械工业出版社，11、魏弦 . 数控机床的应用及维护 . 中国学术期刊 ,究内容 数控立车主传动系统是机床在加工时直接带动工件作旋转实现零件切削的主运动机构。 本论文先从国内外数控机床 的发展现状以及新趋势开始阐述，引到我国数控机床面临的挑战及发展机遇，并提出对策。进而对数控车床主传动系统进行研究。主要从它的设计要求，主轴部件，影响主轴系统的动静刚度，精度和动态性能的因素，冷却润滑系统的分析，材料的选择，主传动的特点以及数控机床的应用等方面进行分析研究。 研究计划 研究周期与时间安排 毕业设计起止日期： 1 周 第 16 周） 起 止 日 期 工 作 内 容 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 ( 完成开题报告及外文材料翻译 第 4 周 ( 主传动系统 结构设计及计算，完成装配图草图设 计，绘制主轴动平衡图，确定主轴传递扭矩，绘 制输出功率和扭矩图 第 5 周 ( 完成 主轴受力分析 及 前后轴承寿命计算 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 周（ 整理资料存档 特色与创新 本论文特色与创新如下： 通过对其主轴组件的研究分析，提高了加工精度和加工效率，使主传动系统具有良好的精度保持性。 通过对其刚度影响因素的分析，使其机构元件具有足够的强度和刚度，以满足机床的动