数控铣床X轴进给系统结构设计-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 ： 数控铣床 X 轴进给 系统结构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： D 机 加工 121 学 号： 231120320 学生姓名： 李响楠 指导教师： 刘桂芝 2016 年 3 月 11 日 本科毕业设计 (论 文 )开题报告 学生姓名 李响楠 学 号 231120320 专 业 机械设计制造 及其自动化 指导教师姓名 刘桂芝 职 称 教授级高工 所在院系 工 业 中心 课题来源 D 课题性质 A 课题名称 数控铣床 X 轴进给系统结构设计 毕业设计内容和意义 采用类比法，进行 数控铣床 X 轴进给系统 的设计。达到 X 轴向受力要求，以及X 轴进给系统的强度、刚度要求。 毕业设计的具体内容： 1、 了解数控铣床 X 轴进给系统主要零件 2、 制数控车床 X 轴驱动装配图以及各个零件的零件图 3、 数控铣床 X 轴进给系统驱动电动机的选择型 4、 设计计算： X 轴向惯量匹配的计算、 X 轴向转矩匹配的计算、 X 向进给力的计 算、 X 向滚珠丝杠预拉伸量的计算 5、滚珠丝杠的计算及选择 6、正确设计选择进给系统的各个部件 7、各个零件成本计算以及课题成本计算 本课题研究的意义： 本课题对数控铣床 X 轴进给系结构进行了设计，其意义如下： 1、设计中的 X 轴向惯性、扭矩以及进给力的计算，以及各个零件受力分析计算有利于更深层次了解数控铣床，精确的计算分析可以大大提高今给系统的传动精度和传动的平稳性 2、进给系统 中采用了滚珠丝杆传动，为提高进给系统的灵敏度和定位精度且防止爬行，必须降低数控铣床进给系统的摩擦，并减少静、动摩擦系数差，一般采用滚珠丝杠副。滚珠丝杠副效率可达 85% 98%，是普通滑动丝杠副的 2，且摩擦角小于 1，因此不会产生自锁现象。 3、进给伺服系统是数控装置和机床机械传动间的连接环节，是数控机床的重要组成部分，它包含机械、电子、机电等各种部件。伺服驱动电动机是今给系统的动力部件，它提高所需要的动力。在对进给系统设计的同时也对铣床整体有了更多的认真，对机床进给系统有更多掌握。 4、优秀的进给系 统有利于提高生产质量提高生产效率，能够大大增加零件生产精度，更利于实现高精度高要求零件生产加工。 文献综述 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需求频繁改型，特别是在宇航 军事等领域所需要的机械零件，精度要求高，形状复杂，批量小。加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通机床或专用化程度高的自动化机床已不能适应这些要求。为了解决上述问题，一种新型的机床 数控机床应运而生。 1这种新型机床具有适应性强加工精度高加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机 自动控制 伺服驱动精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后数控机床发展的方向。 数控铣床发展趋势是 2： 1952 年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机；1953 年美空军与麻省理工学院协作，创制 动编程系统； 1958 年美国研制成功自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”； 1965 年出现了小规模集成电路，数控系统发展到第三代； 1970 年以后美国英特尔公司开发使用了微处理器； 20 世纪 80 年代出现了柔性制造单元 国内数控机床的发展 3：中国从 1958 年开始研究数控技术，到 20 世纪 60 年代中期处于研制开发阶段。 1965 年进入晶体管数控装置的研制。 60 年代末至 70 年代初研制成功了数控铣床。 20 世纪 80 年代，中国先后从日本美国等国家引进了部分数控装置和伺服单元技术，并于 1981 年开始批量生产数控系统，包括数控装置和伺服单元。 数控铣床 X 轴进给系统发展趋势 4铣刀的旋转为主切削运动， Y 轴的驱动装置带动工件旋转以及 X 轴驱动装置通过工作台带动工件沿 X 向的移动为进给运动， 驱动装置相互配合，可保证铣削沿着加工螺纹的方向进给，螺纹的加工采用分层铣削的方式来逐渐达到螺纹的深度，在每一层 采用 个轴同时进给，即 面直线进给的方式来合成螺纹的铣削进给。对于不同的螺距，可通过计算确定相应的 时进给值来保证，对于多头螺纹，则按照分头加工的原则，先加工完一头后编程让 Y 轴驱动装置带动工件转过相应角度后，再开始加工另一头螺纹，为保证加工的精度，加工前应保证工件轴线与 X 轴平行，同时铣刀的轴线要与工件轴线垂直相交；有许多因素均会对进给运动精度产生重要影响，如导轨的非线性、摩擦特性等。另外，单从零件精度评判机床精度的角度来看，除了伺服运动轴的动态性能外，机床的机械运动精度的影响因素包括各 轴间运动关系等因素是不可忽视的，在排除工艺和环境因素外，找出最能表现机床精度影响加工误差的型面有重大意义；用球杆仪和光栅尺同时测量了两轴联动精密工作台的走圆运动。上述研究中基于平动轴的跟踪误差研究较为深入细致，而针对五轴联动数控机床的转动轴引起的误差则研究较少；闭环控制系统中进行连续切削加工时，轮廓跟随精度与伺服驱动系统的稳态、动态特性关系，推导了跟随误差与轮廓误差之间的数学关系。 文献综述 伺服进给系统的 基本要求 8：定位精度要高，跟踪指令信号的响应要快，系统的稳定性要好。稳定性：所谓稳定的系统，即系统在输入量改变、启动状态或外界干扰作用下，其输出量经过几次衰减振荡后仍能迅速地稳定在新的或原有的平衡状态下。它是伺服进给系统能够正常工作的基本条件，包含绝对稳定性和相对稳定性(稳定裕度 )。精度：所谓伺服进给系统的精度，是指系统的输出量复现输入量的精确程度 (偏差 )，即准确性。它包含动态误差，即瞬态过程出现的偏差；稳态误差，即瞬态过程结束后，系统存在的偏差；静态误差，即元件误差及干扰误差。常用的精度指标有定位精度 、重复定位精度和轮廓跟随精度。精度用误差来表示，定位误差是指工作台由一点移动到另一点时，指令值与实际移动距离的最大差值。重复定位误差是指工作台进行一次循环动作之后，回到初始位置的偏差值。轮廓跟随误差是指多坐标联动时，实际运动轨迹与给定运动轨迹之问的最大偏差值。影响精度的参数很多，关系也很复杂。采用数字调节技术可以提高伺服驱动系统的精度。速度响应特性：所谓快速响应特性，是指系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度。它包含系统的响应时间，传动装置的加速能力。它直接影响机床的加工精度和生产率。系统的响 应速度越快，则加工效率越高，轨迹跟随精度也高。但响应速度过快会造成系统的超调，甚至会引起系统不稳定。因此，应适当选择快速响应特性。 数控铣床 X 轴进给系统设计要求 9： (1)保证实现规定的进给量。 (2)能传递要求的扭矩。 (3)有足够的静刚度和动刚度。 (4)保证要求的进给传动精度。 (5)低速、微量进给系统要保证运动的平稳性和灵敏度。 (6)结构紧凑、便于操纵、容易维护、加工及装配工艺性好。 数控铣床 X 轴进给系统影响因素 10由于数控机床进给系统的传动齿轮副存在间隙，在开环系统中会造成进给运 动的位移值滞后于指令值；反向时，会出现反向死区，影响加工精度。传动系统的设计，包括传动方式的选择，根据传动精度要求，确定数控机床的脉冲当量；滚珠丝杠导程及精度等的确定，滚珠丝杠支承选择；精度验算等过程。 文献综述 参考文献： 1、 文怀兴 数控铣床设计北京：化工工业出版社， 1、王爱玲现代数控机床北京：国防工业出版社， 12、 周巍松 . 数控机床控制原理 . 合 肥：合肥工业大学出版社 , 3、 陈炳森，胡华丽，杨鸿锋 . 简易改造立式数控铣床进行螺杆的铣削加工 . 第31 卷 第 9 期 2009、 谢东 霍彦波 王伟 . 数控机床转动轴进给系统轮廓误差分析 . 国家科技重大专项（ 2010011） 6、 陶涛，梅雪松 ,姜歌东 纳米技术与精密工程， 2005， 3(4)： 268 7、孙建仁数控机床进给伺服系统特性影响加工精度的分析兰州理工大学学报， 2004， 30（ 3）： 45 8、周利平 庆：重庆大学出版社， 73、 陈立德 ,机械制造装备设计，高等教育出版社 ,46 10、 文怀兴 数控铣床设计北京：化工工业出版社， 441、 文怀兴 数控铣床系统设计北京：化工工业出版社， 119究内容 1、 先熟悉数控铣床 X 轴进给系统主要零件 2、 进给系统驱动电动机的选型与计算 3、 设定好进给系统机械传动部分的刚度要求以及其承载能力 4、 分析计算 X 轴向的受力要求 5、滚珠丝杠副的选型与各方面承载能力以及拉伸力预紧力的计算，并选择与其配合轴承型号 6、各个零部件的成本分析 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 ( 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 ,匹配的计算和 X 向进给力 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： （ 1）设计中对进给系统中各个零件的应力以及 X 轴向惯性、扭矩以及进给力的精确计算增加了进给系统的精确度和稳定性。 （ 2）数控铣床进给系统是由数控铣床工作台及 X/Y/