开题报告-XK755型专用卧式数控床身铣床进给 系统的研究与设计

1 开题报告 一、课题名称 专用卧式数控床身铣床进给系统的研究与设计 二、课题来源 数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。 在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以 台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。数控技术是一种采用计算机对机械加工过程中各种控制信息进行 数字化运算、处理，并通过高性能的驱动单元对机械执行构件进行自动化控制的高新技术。随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（ 车、轻工、医疗等）的发展起着非常重要的作用。从目前世界上数控技术发展的趋势上看，其主要有以下几个方面为完成此任务，首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此，从总体战略和技术路线两个层次及数控系统、功能部件、数控整机等几个具体方面探讨了新世纪的发展途径。 同时，我在中国人民解放军第三六四厂（武汉汉口机床厂）的机加工车间进行顶岗实习，期间参与了数控编程以 及数控铣床的初步学习，因此老师根据我们实习情况，选择与毕业实习紧密联系的课题作为毕业设计的课题，我的设计课题是“ 专用数控床身铣床进给系统的研究与设计”，如此可以通过实践来检验四年来理论教学与实际相结合的学习效果，增强对实习的认知。 三、研究目的和意义 1、了解国内外数控机床的发展概况和数控技术的发展趋势，懂得我国发展数控机床的意义和必要性。增加我们对振兴我国制造业的使命感。培养我们对数控机床的兴趣，系统的训练我们对数控机床的设计能力，实践产品设计的全过程，起到就业前的综合练 2 兵作用。 2、了解产品 设计的基本步骤，训练我们如何收集和分析资料，如何制定设计方案，如何进行工作图设计和计算，撰写论文的能力。 3、了解数控机床进给传动系统的工作原理，基本结构。训练产品设计的基本技能（包括查阅科技文献与技术手册、熟练进行手工绘图和 图）。 四、主要内容 1、 设计本数控铣床的进给传动系统（ X、 Y、 Z 轴）。 2、 关键零件的设计与计算。 五、进给传动系统设计方案 1、概述 在设计数控机床的进给传动系统时，一般已知以下条件：移动部件（即机床执行部件）的总质量（包括移动部件自身的质量、夹具的质量和工件的质量），移动部件的最大移动速度（ mm/电动机的最高转速（ r/移动部件的定位精度（ 重复定位精度（ 移动部件的行程（ 进给传动系统设计的主要任务是进行满足上述已知条件的移动部件的结构设计，解决的主要问题是：导轨的选型与设计，滚珠丝杠支撑方式的确定，滚珠丝杠螺母副的选型与计算，进给传动系统的刚度验算、动态特征分析与固有频率计算、误差分析与验算，驱动 电动机的选型与计算 。 2、总体布局 床身铣床是工作台不能升降，可沿床座导轨作纵向、横向移动，铣头或立柱可作垂直移动的铣床。由于升降台铣床在加工状态随时上下移动的部件有工作台、床鞍和升降台以及工件其层次多、重量重，系统刚度差； 铣头沿床身导轨上下移动，其升降部分铣头的重量仅有升降台铣床升降部分（工作台、床鞍和升降台以及工件）重量的 1/5，不仅升降灵便、且大大提高了机床的整体刚性。 专用卧式数控床身铣床实例， 如图所示： 3 专用卧式数控床身铣床主要由如下几大部件组成：底座、滑鞍、工作台、立柱、主轴箱。其总体布局图如下： 3、 确定导轨的型式 轨类型 立柱 主轴箱 滑鞍 底座 工作台 4 导轨的主要功能是导向和承载。导轨使运动部件沿一定的轨迹运动，从而保证各部件之间的相对位置精度。导轨主要由机床上两个相对运动部件的配合而组成一对导轨副， 其中， 不动的配合面称为支承导轨， 运动的配合面称为运动导轨。导轨按运动轨迹可以分为直线运动导轨和圆周运动导轨；按摩擦性质可以分为滑动导轨和滚动导轨。 根据进给速度，定位精度和重复定位精度来确定选择贴塑导轨。 贴塑导轨是在导轨滑动面上贴一层耐磨的塑料导轨软带，对与之相配的导轨滑动面进行淬火和磨削加工。塑料导轨软带以聚四氟乙烯为基材， 添加合金粉和氧化物制成。塑料导轨软带可切成任意大小和形状， 用胶黏剂黏接在导轨基面上。由于这类导轨软带用黏接方法加工， 故称为贴塑导轨。塑料导轨软带是以聚四氟乙烯 基体， 添加青铜粉二 硫化钼和石墨等多种填料所构成的复合材料。在油润滑状态下， 其摩擦系数约为 使用寿命为普通铸铁导轨的 8 10 倍。塑料导轨软带有各种厚度规格， 长与宽由用户自行裁剪， 采用粘贴的方法固定。塑料导轨软带与其他导轨相比， 有以下特点： （ 1）摩擦系数低而稳定， 比铸铁导轨副低一个数量级。 （ 2）动、 静摩擦系数相近， 运动平稳性和爬行性能较铸铁导轨副好。 （ 3）吸收振动， 具有良好的阻尼特性， 优于接触刚度较低的滚动导轨和易漂浮的静压导轨。 （ 4）耐磨性好， 有自身润滑作用， 无润滑剂也能工作， 灰尘磨粒的嵌入性好 （ 5）化学稳定性好， 耐低温， 耐强酸、 强碱、 强氧化剂及各种有机溶剂。 （ 6） 维护修理方便， 软带耐磨， 损坏后更换容易。 （ 7）经济性好， 结构简单， 成本低， 约为滚动导轨成本的 1/20。 轨的截面类型 矩形截面 这种截面导轨制造维修方便，承载能力大，新导轨导向精度高，但磨损后不能自动补偿，需用镶条调节，影响导向精度。 山行与 V 形截面 这种截面导轨导向精度高，导轨磨损后靠自重下沉自动补偿，上导轨用凸形有利于排污物，但不易保存油液；下导轨用凹形则相反，顶角一 般为 90. 圆柱形截面 这种截面导轨制造简单，可以做到精密配合，但对温度变化较敏感，小间隙时很易卡住，大间隙时则导向精度又差。它与上述几种截面比较，应用较少。 平面环形截面 这种截面导轨适合于旋转运动，制造简单，能承受较大的轴向力，但导向精度较差。改用圆锥形环形截面，导向性较好。 5 燕尾形截面 这种导轨结构紧凑，能承受倾翻力矩，但刚性较差，制造检修不方便，适用于导向精度不太高的情况。 综合设计要求，选择矩形截面。如图 4、 滚珠丝杠的支承方式和安装方式 （ 1）两端固定（ 适用于高转速、高精度的场合。该形式两端分别分别由一对轴承约束轴向和径向自由度，负荷由两组轴承副共同承担。也可以使两端的轴承副承受反向预拉伸力，从而提高传动刚度。在定位要求很高的场合，甚至可以根据受力情况和丝杠热变形趋势精确设定目标行程补偿量，进一步提高定位精度。“固定 固定”型有时也被片面地叫做“双推双推”，实际上由于径向力的存在几乎很少能用两个推力轴承作为固定端。由于此形式结构较复杂，调整较难，因此一般仅在定位要求很高时采用。 （ 2）一端固定一端游动（ 适用于中转速、高精度的场合。该形式一端由 一对轴承约束轴向和径向自由度，另一端由个轴承约束径向自由度，负荷由一对轴承副承担，游动的单个轴承能防止悬臂挠度，并消化由热变形产生的应力。“固定 游动”型有时也被片面地叫做“双推支承”。此形式结构较简单，效果良好，应用广泛 。 6 （ 3）一端固定一端自由（ 适用于低转速，中精度，轴向长度短的场合。该形式一端由一对轴承约束轴向和径向自由另一端悬空呈自由状态，负荷均由同一对轴承副承担，并且需克服丝杠回转离心力（及水平安装时的重力）造成的弯矩。 “固定 自由 ”型有时也被错误地叫做 “双推自由 ”。此形式结构简单，受力情况差，但在行程小、转速低时也经常用到 。 此设计方案中，三个坐标轴上均采用两端固定的支承方式，这种方式丝杠一般不会受压，无压杆稳定问题，机械系统的固有频率比一端固定的要高。 轴承的选择 滚珠丝杠所用轴承的类型根据滚珠丝杠螺母副支承方式的不同而不同，一般情况下，游动轴承多用深沟球轴承，固定轴承有多种组合： 60 接触角推力角接触球轴承、双向推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承和推力滚子轴承的组合、深沟球轴承和推力球轴承的组合。 根据滚珠丝杠对轴承的要求，用于滚珠丝杠的轴承应具有较大的接触角。 60 接触角推力角接触轴承，就是较好的与滚珠丝杠配套的专用轴承。它的特点如下： （ 1）接触较大，保持架用增强尼龙注塑成形，可容纳较多的钢球，因此轴向承载能力大，刚度高； （ 2）既能承受轴向载荷，又能承受径向载荷，故支承结构可以简化； （ 3）根据载荷情况，轴承可以进行各种组合； （ 4）这种轴承是根据规定的预紧力组配好成供应的，用户不需要自己调整。 7 （ 5）启动摩擦力矩小，可以降低滚珠丝杠副的驱动率，提高进给系统的灵敏度。 因此选用推力角接触轴承 式 预紧方式 为了保证滚珠丝杠螺母副的传动精度和刚度，必须对滚珠丝杠螺母副实施预紧措施，目前，常采用双螺母消除间隙方法和单螺母消除间隙方法。这里我们选用双螺母消除间隙式，有三种形式，如下： 1、 垫片调整间隙法 2、齿差调整间隙法 3、螺纹调整间隙法。 我们选择双螺母螺纹调隙式。 5、 驱动电机的选型 进给系统中，选用交流伺服电动机，具有响应快，精度和效率高，负载能力大，控制性能优越等优点，被广泛使用在闭环或半闭环控制的伺服系统中。 驱动电动机与滚珠丝杠的连接 本数控机床的连接是由伺服电动机通过联轴器把运动和扭矩传递给滚珠杆 。 这不仅简化了结构，减少了传动噪音，而且减少了传动链的间隙，提高了传动刚度 。 6、确定主轴箱平衡结构 采用 单活塞杆 液压 缸 平衡系统 ， 这种液压平衡系统工作可靠，速度转换平稳，满足机床使用性能的要求 。 8 六、进度安排 2016 年 2 月 24 日 3 月 19 日 完成开题报告、文献综述、外文翻译； 2016 年 3 月 19 日 4 月 15 日 完成立柱、底座、滑鞍、工作台和主轴箱的手绘图和三维造型； 2016 年 4 月 16 日 4 月 30 日 完成各坐标轴传动系统的装配图 2016 年 5 月 1 日 5 月 20 日 完成伺服电动机的选择计算、机械系统的刚性计算、滚珠丝杠等的有关计算和完成论文的