开题报告-C6150机床进给系统结构设计.docx
C6150机床进给系统进给箱溜板箱的结构设计【含CAD图纸】
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C6150机床进给系统进给箱溜板箱的结构设计【含CAD图纸】,C6150,机床,进给,系统,箱溜板箱,结构设计,CAD,图纸
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本科毕业论文(设计)开题报告论 文 题 目： C6150 机床进给系统结构设计学 院： 专 业 、 班 级：学 生 姓 名：指导教师（职称） 毕业论文（设计）开题报告要求开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节，又是完成高质量毕业论文（设计）的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化，特制定本要求。一、选题依据1. 论文（设计）题目及研究领域；2. 论文（设计）工作的理论意义和应用价值；3. 目前研究的概况和发展趋势。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题；2. 拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）；3. 本论文（设计）预期取得的成果。三、论文（设计）工作安排1. 拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；2. 论文（设计）进度计划。四、文献查阅及文献综述学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料，并在此基础上通过分析、研究、综合，形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通顺， 较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。五、其他要求1. 开题报告应在毕业论文（设计）工作开始后的前四周内完成；2. 开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过；3. 开题报告不合格或没有做开题报告的学生，须重做或补做合格后，方能继续论文（设计）工作，否则不允许参加答辩；4. 开题报告通过后，原则上不允许更换论文题目或指导教师；5. 开题报告的内容，要求打印并装订成册（部分专业可根据需要手写在统一纸张上，但封面需按统一格式打印）。10一、选题依据1.研究领域金属切削机床设计研究领域2. 论文（设计）工作的理论意义和应用价值C6150 车床是对轴、盘、环等多种类型工件进行多种工序加工的卧式车床，适合小批量的车削零件加工。常用于加工工件的内外回转表面、端面和各种内外螺纹，采用相应的刀具和附件，还可进行钻孔、扩孔、攻丝和滚花等。它具有以下特点：1、低频力矩大、输出平稳。2、高性能矢量控制。3、转矩动态响应快、稳速精度高。4、减速停车速度快。5、抗干扰能力强等。C6150 的进给系统主要包括进给箱和溜板箱等。溜板箱与进给箱配合可让刀架进行螺纹切削。纵,横向走刀进给和快移动等功能。它是影响机床加工精度的重要因素。设计 C6150 的进给系统过程中能综合利用到已学过的知识，能对已学过的知识进行进一步加深理解与记忆，所以，本课题十分有意义。3. 目前研究的概况和发展趋势国内：中国产业调研网发布的 2017 年中国车床行业发展调研与发展趋势分析报告认为，按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床， 如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。在所有车床中，以卧式车床应用最为广泛。由于车床产品应用面广，在机床产品中占有较大的比例，车床的产量占金属切削机床总量的 25.6%左右。2015 年，我国车床产量已经超过 20 万台。普通车床近 2016 年的平均需求量在 11 万台，但是由于数控化率不断的提高，中国市场宏观环境的走低， 国家积极倡导淘汰落后产能的政策下，未来普通车床市场将加速缩水，预计普通车床市场年复合缩水比例达到 12%-15%，而对应的经济型卧车需求量将代替普通车床市场的消减以 7.5%-9%的速度增长。2016 年，我国车床消费量为 14.37 万台；2017 年车床消费量约 15 万台。由于中国经济已经步入“新常态”，当经济处于下行周期，而有效需求又不能快速启动时，工业特别是重化工业的产能过剩问题将变得更加突出，相当数量的企业将进入短期“去库存”、中长期“去产能”的艰难过程中。同时中国制造 2025“智能专项”已经启动，普通车床产能将进一步缩减，产能逐渐由数控车床取代，故预计“十三五”期间，车床产量将有所下降，后期将逐渐追平截至 2016产量，预计到 2020 年，我国车床产量达到 22 万台左右。经济下行时期，中国车床下游行业都将受其影响，而下游行业的发展直接影响车床的需求量。预计到 2022 年，我国车床需求量在 14.6 万台左右。车床性能发展趋势：1. 提高切削速度:近几年来由于刀具材料的飞速发展,要求车床相应的提高主轴转速，增大功事提高切削速度。目前普通车床比较经济适用的转速为 2000转/分左右，因为它符介经济切削速度的发展。2. 提高自动化程度: 对普通车床来说，在单件小批生产中非切削时间约占 80% 左右,并且切削性能也没有充分发挥，据调查在 85%的开动时间中机床功率效率平均使用功率不超过 25%; 在 95%的开机床额定功率动时间里，机床功率效率不超过 50%，车床的主轴转速在绝大多数情况下仅用到 60%以下.产生这种现象的主要原因是当高速切削时由于车床自动化程度低,人工操作不能适应所造成。基于上述情况我们认为，当前普通车床的发展趋势是在适当改进切削性能的基础上，着重提高自动化程度，最大限度地缩短非切削时间,以便提高生产量。国外：据国际咨询机构预测，今后世界上数控机床将以较高的速度发展，在金切机床中几乎所有品种均可实现数控化；数控系统向高度集成(采用 64 位 CPU)、高分辨率(0.1um)、小型化方向发展。机械加工向工序复合化、智能化方向发展。未来工厂将广泛应用数控机床、柔性加工单元和柔性加工生产线，最终实现计算机集成制造系统。工厂可以灵活地根据用户需要，在短时间内设计、制造出全新的产品，实现更高精度、效率和效益。1. 高精度化。国外效控系统的设定单位由 1um 发展到 0.1um 和 0.01um。1992 年 7 月，日本 FANUC 公司在庆祝该公司成立二十周年的新成果展示会上，展示了实现纳米加工的整套技术，实现了 0.001um脉冲的控制系统，能牍利执行每个脉冲当量为0001um 的伺服单元，伺服电机、气浮丝杠、气浮主轴等部件，能检测纳米级精度的高精度检测反馈系统。据资料介绍，这是世界上第一个真正实现纳米加工的成套技术。2. 高速化。快速行程已从 24mmin 提高到 240mmin(当设计单位为 1um 时)，加工中心的切削进给速度可达 10mmin 以上。数控系统已从 16 位微机发展到 32 位、64 位机，或用 40 多个 CPU 的结构。FANUC 公司开发的 15B 数控系统就采用了 64 位微机的 RISC 技术(压缩、优化程序、消除跟踪误差)。3. 高可靠性。FANUC 公司的计算机数控系统的平均无故障工作时(MTBF)是 0.01 次月台，即实现了 100 个月里出现一次故障的高可靠性从而使机器人也实现了 0.013 次月台的高可靠性(另一种说法是国外数控系统的 MTBF 在 1 万小时以上)。4. 系统化。在新厂筹建和老厂扩建过程中，人们已注意到了耍在系统工程观念指下来添置数控机床、柔性加工单位及柔性制造系统、机器人等机电一体化产品。德国的维勒尔公司已经给世界各国提供了上百条柔性制造系统。FANUC 公司还在筑波科学城中按计算机集成制造系统(O1MS)的五层结构建成 CIMS 模式的工厂。富士通公司建立了绍津 CIMS 工厂，富士电机也建立了吹上 C1MS 工厂德国的西门子公司建立了 CIMS 数控系统制造厂。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题(1）C6150 机床传动系统图设计(2）进给箱结构设计，进给箱装配图绘制。(3）溜板箱结构设计，溜板箱装配图绘制。2. 拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路） (1)分析 C6150 机床技术要求1) 确定机床主要参数。2) 动力参数的确定3) 主轴转速的确定4) 进给范围的确定(2) 设计 C6150 机床传动系统图1)主传动方案拟定2) 传动结构拟定式的选择3) 皮带轮直径和齿轮齿数的确定及转速图拟定4）确定各传动轴和齿轮的计算转速(3)设计机床进给箱结构及参数的确定参数：在床身上最大工作回转直径的确定最大工作长度的确定最大车削长度的确定刀架上最大工作回转直径的确定主轴中心到床身平面导轨距离的确定主轴转速的确定进给量的确定刀架纵向快速速度的确定车削螺纹范围的确定结构：1) 进给箱的传动机构2) 进给箱切螺纹机构设计公制螺纹模数螺纹英制螺纹径节螺纹3) 切螺纹系统及齿数比的确定4) 增倍机构设计以及移换机构设计移换机构齿轮齿数确定5) 车制螺纹的工作过程车削公制螺纹车削模数螺纹 车削英制螺纹 车削径节螺纹 车削非标准螺纹6) 齿式离合器的设计齿式离合器的结构齿式离合器的强度计算 7)各轴及轴上组件的设计中心距 a 的确定轴上齿轮的设计验算轴承的选择及润滑密封方式8）键的选择(3) 设计溜板箱结构及参数的确定参数：确定极限转速确定公比确定主轴转速级数确定总降速传动比确定传动轴的轴数2）结构轴的结构分析与计算轴承的选择及定位 齿轮传动的载荷计算键的选择轴承的选用轴承润滑和密封方式离合器的选用3. 本论文（设计）预期取得的成果溜板箱装配图 A0 一张进给箱装配图 A0 二张说明书一份主要部件三维模型一份三、论文（设计）工作安排1. 拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）1） 参数：工件最大回转直径：在床面上500 毫米在床鞍上280 毫米工件最大加工长度750、1000、1500、2000 毫米主轴孔径52 毫米主轴前端孔锥度莫式 6 号主轴转速范围（17 级）201250 转/分加工螺纹范围：公制180 毫米英制7/1640 牙/英寸模数0.540 毫米节径7/880 径节进给量范围：纵向0.0286.528 毫米/转横向0.0102.456 毫米/转快速纵向 5.4 米/分；横向 1.95 米/分2） 研究方法：(1) 进行 C6150 机床技术要求分析(2) 在网上搜集相关资料(3)查阅相关文献书籍(4)向老师请教相关知识问题(5)通过计算机 CAD 绘图(6)相关外文资料翻译2. 论文（设计）进度计划第 1 周：安排设计任务，布置设计要求。第 2 周：分析设计题目，了解设计内容，复习相关专业知识。第 3 周：查找设计资料，查找设计文献。第 4 周：撰写开题报告，修改开题报告，开题答辩。第 5 周：分析 C6150 机床技术要求。第 6 周：设计 C6150 机床传动系统图。第 7 周：设计机床进给箱结构。第 8 周：计算机床进给箱参数。第 9 周：绘制进给箱装配图。第 10 周：设计溜板箱结构。第 11 周：计算溜板箱参数。第 12 周：绘制溜板箱装配图。第 13 周：主要零部件三维设计。第 14 周：撰写设计说明书和外文翻译。四、需要阅读的参考文献1 濮良贵, 陈国定,吴立言.机械设计.第 9 版M.高等教育出版社, 2013.2 孙桓, 陈作模,葛文杰.机械原理.第 7 版M.高等教育出版社, 2006.3 王树强,倪洪启.金属切削机床M.北京理工大学出版社, 2014. 4 段菊英,王魁.C615 机床的数控改造J.科技资讯,2009(18):48-48.5 湛年远.C620 普通车床进给系统数控化再制造的设计与实现J.制造业自动化, 2013(23):136-138.6 高德峰,梁俊杰,张士伟,等. CA6140 车床横向进给系统闭环控制设计J.装备制造技术, 2015(9):133-136.7 李维谦,史风鸣.新型卧式车床溜板箱设计J.机械研究与应用,2006,19(2):104-105.8 韩进,唐存凯,王树风,等.普通机床进给箱结构, CN201161348P. 2008.9 孟祥宇.数控机床进给系统常用消隙结构分析J.科技与企业,2015(6):107-107.10宋丽雯.卧式车床进给传动的设计J.科技风,2016(2):48-48.11 崔东英.一种实用的机床进给传动机构J.机械工程师,2017(6):125-126.附：文献综述文献综述文献4：改造了 C6150 车床的纵向与横向进给机构,采用了齿轮传动及滚珠丝杠螺母副，驱动执行元件采用了直流何服电机。电机驱动采用美国专用芯片 LM629 及LMD18200PWM 专用电路。微机控制系统部分采用 MCS-96 系列的 8098 单片机，键盘/ 显示器的接口电路采用专用的 8279 芯片，接口芯片采用 8255 等。整个系统实现了半闭环形式控制，并具各有控制刀具以给定速率沿加工路径运动的功能。为确保数控系统的传动精度和工作平稳性,在设计机械传动装置时，通常提出低摩擦、低惯量，高刚度、无间隙、高谐振及有适宜的阻尼比等要求。（1） 采用直流伺服电机经齿轮减速再传动滚珠丝杠，直流伺服电机和滚珠丝杠均采用标准件，便于购买和降低成本。（2） 滚珠丝杠螺母副是螺旋传动方式，它的作用是将回旋运动变为直线运动，因此在改道中选用滚珠丝杠螺母副来达到直线运动的目的。滚珠丝杠螺母副具有磨損小， 传动效率高，传动平稳，寿命长、精度高，温升低、运动摩擦小，便于消除传动间隙的特点。（3） 齿轮传动采用双片齿轮错齿法消除间隙，双片齿轮间虽有弹簧自动消除间隙， 但消除间隙的方法是采用定期人工调整、螺钉紧固的办法消除间隙，因为弹簧的弹力很难适应负载的变化情况。优点：使原本的机械机床功能增强，操作性得到改善，实现加工的自动化。提高了机床的加工精度，避免由于人工造成的人为失误与加工误差。提高了机床的可靠性， 由于采用单片机控制: 井且对选用的零部件都进行了强度计算与校核，对溜板及中拖板的越界采用了位置检测与保护电路，使工作更可靠。采用了滚珠丝杠螺母副及贴塑导轨，使工作台活动更灵活，减少了传动摩擦和降低了机械零部件的磨损。文献5：以 C620 普通车床进给系统的数控化再制造为例，探讨再制造方案设计、滚珠丝杆选型、伺服电动机选型以及进给伺服驱动电路设计等问题，对普通机床的数控化再制造具有-定的借鉴意义。滚珠丝杆计算与选择:滚珠丝杆螺母副的作用是把伺服电动机的回转运动转化为工作台的直线运动。滚珠丝杆选择的主要依据，是其工作动载荷应小于其额定动载荷。伺服电动机计算与选择：数控机床的动态性能要求比较高，伺服电动机的力矩主要消耗在产生加速度上，负载力矩占的比重很小，其额定力矩可取其最大负载力矩的 5 倍，再根据转速确定电动机的功率及规格型号。文献6:对现有的存在的大量的普通车床进行了数控化改造，并重新设计了进给、换刀和主轴传动系统,对进给系统的床鞍部分进行了改进,以适应现代化的车床加工要求，对原有繁琐的主轴传动系统,对比现有的小型数控机床，进行了整合与重新加工，尽可能的适应老式机床的改进。经过论证,数控化改造是可以实施并加以推广,对我国现存的大量老式机床有重要的参考意义。进给伺服系统的改造设计进给系统伺服电机驱动的作用指的是利用教学工具根据数控系统精确定位或做相对运动，最后制定出符合图纸设计要求的零件。(1) 进给系统的传动设计进给系统传动包括纵向(Z 轴)进给还有横向(X 轴)进给，它们都是由伺服电机驱动实现进给运动。纵向进给系统经过减速箱驱动滚珠丝杠来实现纵向进给运动(Z 轴); 横问进给系统在减速箱经过二级齿轮减速后驱动滚珠丝杆实现横向(X 轴)进给运动。(2) 滚珠丝杠螺母副的选择CA6140 数控机床进给系统的一部分移动组件具有反应快,精度高、低速时不爬行等特点，因此本毕业设计采用滚珠丝杠副就可以满足上要求。滚珠丝杆螺母副由螺丝、换向器、螺母、滚珠等部分组成。滚珠丝杠的工作原理是:当丝杆和螺母做相对运动时，螺旋沟球就会沿着滚珠丝杆里面的滚道滚动。为了防止滚子沿着跑道表面滑出去,所以要有循环装置，循环装置可以使滚珠在滚道里面运动后沿着滚道运动,通过自动循环设备重新返回人口,继续参与下一周期的工作。安装滚珠丝杆螺母副需要加载预紧力，通过预紧滚珠丝杆螺母副可以有效地消除轴向间隙，也可以提高传动刚度在对滚珠丝杠副的设计时由原来从一端固定一端悬空，变成-边简支-端固定的支撑结构。因为滚珠丝杆副具有轴向间隙,所以为了保证反向传动的精度还有轴向的刚度，必须要消除结构的轴向间隙。消除间隙的方法有很多中,在这里我选择采用双螺母结构。轴承选择角接触球轴承。文献7：针对现有溜板箱的使用功能,在分析国内外同类机床溜板箱的基础上,开发设计了新系列溜板箱。主要增加了溜板纵向定程与保险装置和向尾座方向空行程返回与保险装置与横向定程保险装置。溜板纵向定程与保险装置的工作原理：将位于床鞍前后的 2 个可移动的挡铁,用 2个内六角螺钉将固定在床身前三角形导轨。床鞍的纵向定程由 2 个挡铁来控制。工作前,先把测量杆放在托架和吊架上,其左端与调整定程螺钉接触,其右端与安装在溜板箱体上的触头接触,反复试调,直至达到要求，将挡铁用内六角螺钉紧定牢固,然后取下测量杆,方可进行工作。工作时,当溜板箱接近挡铁时，溜板箱上的触头与挡铁上的调整螺钉接触,迫使触头推动溜板箱内的杠杆使纵向啮合的离合器脱开,切断纵向进给，即可达到预调尺寸,又保证了安全。向尾座方向空行程返回与保险装置的工作原理：将杆顺时针方向旋转当床鞍朝尾座方向返回时定位指块下边的斜面与尾座前面的触头相接触时触头推动定位持块连网杆一月左移推动溜板箱内的杠杆使效向啮合的离合器脱开切断纵向返回进给，这样即可防止床鞍与尾座相控确保系统安全又可减轻工人的疲劳强度。横向定程保险装置：横向定程是通过档块或挡块与定位挡块接触后实现的。因为因为定位挡块的横向移动可以带动轴做横向移动通过杠杆切断溜板箱内的横向自动进给停止运动。定位挡块在任何情况下都可以使刀架横向自动定程或手摇进给。用作定程时它可以处在挡块和挡块之间或挡块与挡块之间手摇进给时它与任何挡块都不接触，则刀架可自由移动。档块除了起到行程中止作用之外这个档块还可以选择适当位置上起到刀具的横向定位作用。因为这个挡块是可以调整的。文献8：本实用新型涉及一种普通机床进给箱结构，是机床的重要组成部件，属于机床技术领域，本实用新型是对现有采用凸轮或凸轮鼓控制基本组齿轮啮合的普通机床三轴滑移机构进给箱结构的改进，设置在箱盖上的球杆拨动装置拨动设置在箱体上对应基本组齿轮处的拨动齿轮滑块装置，本实用新型结构简单，加工制造容易，操纵灵活，通过设置误动作自锁装置，可有效的防止误动作，本实用新型可与现有采用三轴滑移机构进给箱的普通机床配套，具有很好的经济效益。一种普通机床进给箱结构，包括箱体，箱盖，输入轴，固定在箱体内中间的基本组齿轮，箱体内两端部的倍速机构、公英制转换机构，走刀和螺纹切削转换机构，螺纹输出轴和走刀输出轴，其特征是箱体上对应基本组齿轮处固有拨动齿轮滑块装置、定位装置、误动作自锁装置，拨动齿轮滑块装置中各齿轮拨动块的叉口置于相应滑动齿轮的两侧，箱盖上对应箱体的拨动齿轮滑块装置固有球杆拨动装置，球杆拨动装置中球杆前端的球头置于拨动滑块装置中相应拨动滑块的拨动槽内。文献9：数控机床的进给系统是整个机床加工过程的重要组成，在进行相应的零件加工时，被加工件的加工精度会极大地受到进给系统的影响。因此要想保证零件的加工精度，提高加工质量，就要对机床进给机构所存在的间隙进行准确的掌握，并采取有效的技术或结构措施等，消除这种间隙，从而提高位移及运动精度，保证加工质量。本文中对数控机床进给系统中常用到的消隙结构进行了详细的分析与探讨。主要方法如下：双螺母消隙丝杠，复合螺母消隙丝杠，低预紧无间隙单螺母丝杠； 双片斜齿轮轴向弹簧消隙，机械预载双齿轮消隙，电气预载双齿轮消隙。文献10:卧式车床,具有车床的床身、床脚、油盘等铸造结构,床头箱采用三支承结构,进给箱设有公英制螺纹转换机构,溜板箱内设有锥形离合器安全装置,机床纵向设有四工位自动进给机械碰停装置,尾座设有变速装置等。本文详述了卧式车床进给传动的种类及存在的优缺点。对传统卧式车床进给传动机构进行了改进设计,并介绍了它的改进后的应用及优势。此设计的进给传动机构具有简化路线、操纵简单、可靠等优点。新设计出的进给传动系统包括基本组、增倍组、光杆或丝杆传动的移换机构。基本组包含 11 对齿轮，可由它经它直接实现公制、英制螺纹的加工;同时，基本组上的轴齿轮通过键与轴一起转动，齿轮全部空套在空心轴上，通过转动手柄从而带动齿条的套简移动。另外，基本组的齿轮也可以根据实际需要减少或者进行重新设计。加工公制螺纹时的传动比可以为 4/6、6/6、7/6、9/6、10/6、11/6。这 6 种传动比与三轴滑移加工公制螺紋时的传动比完全相同，能保证国家标准中所有种类的公制螺纹都可以实现。增倍组有 3 对齿轮，实现 1/2、1/1、2/1 的螺纹倍数关系，与主轴箱内扩大螺距 1/8 的传动比相结合，实现螺距系列化。很明显，新型的进给传动路线比传统的进给传动系统结构简化，而且不需要公制和英制螺纹移换机构，从而使得操纵机构简单可靠。文献11：研制了一种实用的机床进给传动机构,介绍了该实用机构的组成,并且用实际应用说明该机构的可行性和有效性。对机床进给传动系统的要求主要有如下 5 个方面:1) 系统零部件的低惯量的要求。进给系
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