车铣复合加工机床W轴进给机构设计开题报告

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、自拟课题 课题性质 A、工程设计 课题名称 车铣复合加工机床 W 轴进给机构设计 毕业设计 内容和意义 采用比较法，文献分析法对车铣复合加工机床 W 轴进给机构课题进行分析与研究，毕业设计的具体内容： 主要零件包括 :副主轴本体安装板、滚珠丝杠 (W)副、轴承座、轴承、隔套、锁紧螺母、联轴器、联接涨套、法兰、限位挡块等。 1、机械制图 制 数控可编程尾架传动机构设计 装配图 0 号图 1 张 ， 绘制其它零件 纸折合 0 号 。 2、 设计计算 传动机构惯量匹配的 计算 ， 传动机构进给力的 计算 。 3、 技术经济分析 各零件成本分析 ， 课题成本计算 。 本课题研究的意义： 1、车铣复合 加工机床的意义：通过一次装夹零件完成多种加工工序，缩短了加工时间，提高了加工精度，因而受到用户的欢迎。数控车铣复合机床是复合加工机床的一种主要机型，通常是在数控车床上实现平面铣削、钻孔攻丝、铣槽等铣削加工工序，具有车削以及镗削等复合功能，能够实现一次装夹、全部完工的加工理念。 2、 W 轴进给机构的意义： 车铣复合加工机床实现第二主轴轴向的运动执行机 构。该驱动伺服进给系统不仅要实现机床第二主轴的轴向进给，还要实现进给运动的速度自动控制，保证机床第二主轴的准确定位。 3、通过分析与研究使自己了解到 W 轴进给机构的重要性， W 轴进给轴作为第二主轴的进给机构对于整个进给系统来讲，是不可缺少的一个组成部分。 4、通过本次课题设计，提高了我的分析问题、解决问题的能力，在自己所研究的课题上有了较为深入的了解，对我自己四年专业学习是一个很大的提高。 文献综述 数控机床的发展背景与趋势： 现状：我国数控机床的研制工作起步比较晚，于 1958 年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床，并于 1958 年开始试制成功第一台电子管数控机床。 1965 年开始研制晶体管数控系统，直到 20 世纪 60 年代末至 70 年代初成功研制。从 1980 年起，我国加大改革开放的力度，先后从日、德、美、西班牙等西方国家引进 统，对各种机、电、液、气等基础原件进行合作生产，极大地提高了产品的质量 1。总体来说，从 1958 年研制出第一台数控机床到现在，我国数控机床的发展大体可以分为三 个阶段： 1958 至 1979 年为第一阶段，在这一阶段内我国受到西方国家的封锁和国内环境的影响，数控机床的发展采用的是封闭式摸索前进，数控机床的一些关键技术，如电、气、液等核心技术达不到可靠性要求，故障常出； 1980 年至 1995 年为第二阶段，我国提出了改革开放的政策，积极引进国外的先进数控技术，利用国外的先进产品配置和技术，期间我国的数控机床取得了长足的发展，逐渐缩小与国外先进国家的差距，但总体来说，这个阶段属于我国的仿制时期，自主研发的产品占少数； 1996 年至今为第三阶段，我国实施产业化的战略，控机床进入自主 研发的时期，数控机床的产值比重也逐渐增大，数控机床无论从数量上还是在质量上都取得了较大的进步，某些核心的关键技术已经接近或者领先于世界水平 2。 趋势： 20 世纪 90 年代开始，我国数控机床系统完成了 16 位机向 32 机位转变，伺服驱动从直流向交流全数字式转化，系统体系结构从封闭向开放转变，控制系统由专用计算机向通用计算机转变，加快了数控机床技术前进的步伐，具体来说数控机床会朝着高速化、精密与超精密化、开放化、技术集成化与技术复合化、智能化几个方向发展 3。 本课题主要研究车铣复合加工机床 W 轴进给机构设计，进给 系统的精度、灵敏度、稳定性直接影响数控机床的定位和轮廓加工精度。从 车铣复合加工机床的进给系统是由复合加工机床的 C 轴、拖板部件的 X/Z 两轴驱动机构及第二主轴轴向进给W 轴驱动机构组成，是车铣复合加工机床实现第二主轴轴向的运动执行机构。该驱动伺服进给系统不仅要实现机床第二主轴的轴向进给，还要实现进给运动的速度自动控制，保证机床第二主轴的准确定位。 从 系统控制的角度看，决定进给系统性能的主要因素有系统的刚度、惯量、精度和动特性等 4。传动系统的刚度和惯量，直接影响到进给系统的切削能力和加减速性能；稳定性和灵敏度；传 动部件的精度与系统的动态特性，决定了机床的轮廓加工和定位精度，在闭环控制系统中还影响系统的稳定性。 文献综述 刚度： 提高丝杠的刚度势必可以提高系统的加工精度、稳定性和加速性，当驱动电动机的加减速转矩不变时，进给系统的惯量直接决定了系统的加速度； 滚珠丝杠由于具有传动效率高 、 磨损小 、 运动平稳等特点 ， 在机床中得到了广泛的应用 5。 滚珠丝杠作为数控机床进给系统的重要元件 ， 其性能直接影响了进给系统的定位精度 。滚珠丝杠的刚度是造成进给系统失动的重要因素 ， 因此需要对滚珠丝杠进行刚度分析 ， 以获得最大失动量 ， 为进给系统的机构设计和定位精度提高提供依据 。 惯量： 当驱动电动机的加减速转矩不变时，进给系统的惯量直接决定了系统的加速度。数控机床是一种高效加工设备，它对进给系统的快速性要求较高，特别对于高速加工机床，为了在有限的行程内，使得运动轴达到每分钟数十米、甚至上百米的高速，进给系统的加减速需要达到或超过 1g（ s），因此，在满足系统刚度的前提下，其传动部件应尽可能减轻重量、缩小直径，以降低惯量、加高快速性。 间隙： 传动部件的间隙会影响系统的系统的定位精度，因此必须采取有效措施以消除传动系统的间隙。滚珠丝杠螺母副和支承轴承的预紧是消除传动系统间隙的常用措施，大部分传动部件的消隙措施都会增加系统的摩擦阻力、引发发热、甚至影响传动部件的使用寿命 6。 摩擦： 进给系统的摩擦阻力不但会降低传动效率、导致发热；且还直接影响系统快速性。此外，由于动、静摩擦系数的变化，可能会导致传动部件的弹性变形而产生非线性的摩擦死区，从而影响系统的加工、定位精度，甚至引起低速爬行和动态不稳定 7。 通过对进给系统中出现的几个问题进行 分析与探讨，并提出如下解决方法： 1、 提高滚珠丝杠进给系统机械刚度的措施 ： 滚珠丝杠副的传动刚度与滚珠丝杠副的结构和轴承的结构及布置、预紧力大小有关。因此，要提高滚珠丝杠进给系统的刚度主要从以下方面着手： （ 1） 当减小滚珠直径 ； （ 2） 适当加大螺旋升角 ； （ 3） 施加合适的预紧力 ； （ 4） 改进滚珠循环 ； （ 5） 进一步提高滚珠丝杠螺母副的加工精度 ； （ 6） 从根本上改进机床进给系统的结构，合理布置支承形式，采用新型结构设计机床 8。 文献综述 2、减小惯量对进给系统的影响： 数控机床 是以在自动加工中实现精确的运动精度和高性能稳定性为其主要特征的，进给传动系统的惯量，直接影响其固有频率，从而影响到系统稳定性 。 惯量越小，刚度越大，则固有频率越高，所以应选择较小的惯量 9。 实践和经验表明，在当今数控机床进给系统设计中，对于提高固有频率 、 满足稳定性要求环节，主要是采取以下的方式： （ 1）通过惯量匹配和加速度校核环节，确保较小的机械传动惯量，从而保证进给传动系统具有较大的固有频率 。 （ 2）不再采用低固有频率的传动机构，而普遍采用高刚性 、 低摩擦系数的传动机构 。 （ 3）当今数控机床伺服系统，已普遍 采用数字交流伺服形式，性能有了大幅度提高，一般系统本身设有自动测试共振点的功能，并设置有多个对应不同频率的抑制共振的滤波器，通过电气调节，消除共振 10。 3、 减小间隙的措施： 采用滚珠丝杠螺母副和支承螺母的预紧等方式。 4、减小摩擦的措施： 需要配套减少对部件之间的摩擦有助于提高系统的传动精度和定位精度，进给系统部件必须有良好的防护措施，以避免灰尘或切屑、冷却液的进入。 总结： 一个良好的进给系统需满足刚度高、小惯量、无间隙、低摩擦等要素，刚度高会提高系统的加工精度、稳定性和快速性；小的惯量减小系统的加 速度，提高进给系统的加速精度；消除间隙会提高进给系统的定位精度和动态稳定性；部件之间的润滑可减少系统摩擦阻力，提高运动精度，避免低速爬行。 文献总素 参考文献： 1廖朝洋 ,董大华 控车铣复合机床的设计 A2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 ， ， （ ）： 3 徐灏主编 械工业出版社 4机床设计手册编写组主编 第 三卷部件机构及总体设计 5龚仲华 机械工业出版社， 506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J中国工程科学， 2004， 6(9)： 46 49 7黄祖尧精密滚珠丝杠副实现高速化的前景 J制造技术与机床， 2001(3)：5 7 8张伯霖，黄晓明，范梦吾高速数控机床三种进给系统的分析与评价 J产品与技术， 2003， 2(4)： 88 92 9黄祖尧精密高速滚珠丝杠副的最新发展及其应用 J航空制造技 术，2003(4)： 36 40 10张政泼 A010:37研究内容 解决车铣复合加工机床 W 轴进给机构 存在的问题： 在刚度方面： 如果进给传动部件的刚度不足，必将会产生弹性变形，影响系统的加工精度、稳定性和快速性。 在惯量方面：车铣复合加工机床是一种高效的加工设备，它对进给系统的快速性要求较高，特别对于高速加工机床，为了在有效的行程内，使得运动轴达到每分钟数十米、甚至上百米的高速，进给系统的加减速需要达到要求。 在间隙方面：它直接 影响系统的定位精度，而且还影响系统的动态稳定性，因此，必须采取有效的措施以消除进给系统的间隙。 在摩擦方面：摩擦阻力不但会降低传动效率、导致发热；而且还直接影响系统快速性。 研究计划 研究周期与时间安排 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， 完成该课题所采用的技 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 ( 完成传动机构惯量匹配的计算、完成传动机构进给力的计算 第 6 周 ( 完成装配图设计 第 7 周 ( 设计毕业设计中期检查 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（ 辩 第 15 周 ( 毕业设计（论文）答辩