数控铲齿磨床设计任务

1、 毕业设计(论文)开题报告题目：数控铲齿磨床主轴、尾座及Z轴设计 院（系） 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 120207 姓 名 袁超国 学 号 120207118 导 师 劳奇成 年 月 日1.毕业设计（论文）综述（题目背景、国内外相关研究情况及研究意义）1.1 题目背景滚刀是一种高效齿轮加工刀具，它直接决定着齿轮的加工精度。目前，作为滚刀精加工设备的滚刀铲齿磨床，大都属机械式且人工金刚笔修整砂轮，越来越难以满足复杂截形滚刀的高精度、高效率加工要求。为此，本文基于数控滚刀铲齿磨床的设计和制造基础上，参考大连机床厂生产的机械C8925、C8955、无锡泰诺、克林贝格HSF

2、和SAACKE等一系列机床经数控化改造而成的数控机床。本次设计的重点参考采用的机床是共达精密制造有限公司生产的GD8925A数控I产齿磨床，加工精度较高19。1.2 国内外相关研究情况目前,我国存在大量的普通铲磨机床,甚至还有相当的一部分已经处于闲置状态,数控铲齿磨床需求量很大，而且被国外几个主要厂家所垄断，设备进口价格昂贵，国内也有少部分数控铲齿磨床生产厂家，但还是难以解决庞大的市场需求，因而迫切需要生产出国有的机床，以满足市场的需求18。据不完全的统计,自从1979一1988年的10年期间,全国引进的技术改造的相关项目就有18446项,大约花费165.8亿美元。在这些项目之中,大部分的项目

3、都为我国经济的现代化建设发挥了应有的作用。但是与此同时有些引进的项目由于各方面的原因,使原有的设备或者生产线都不能正常的运转,有的甚至处于瘫痪状态,使得企业的效益受到了很大的影响,甚至严重的使企业陷入困境。有些设备、生产线从外国引进以后,消化吸收的不够充分,使用的备件不全,维护方法不当,导致结果运转不良;有些在引进的时候只关注引进的设备、仪器和生产线,而忽视了软件、工艺、管理等方面,造成了项目的不完整,使得设备的潜力不能发挥;有些甚至直接不能启动运行,更没有发挥其应有的作用;有些生产线的产品销路很不错,但是因为设备故障不能达标;有些因为能耗比较高、产品的合格率比较低而造成了亏损;有些已经引进了

4、好长的时间,需要对其进行技术上的更新。这些的种种原因,使得有的设备自身不但没有创造一些财富,反而消耗了大量的财富。面对闲置的设备和生产线都是个包袱,但是如果将其维修在利用就是很好的一笔财富。找出其问题所在和主要的技术难点,然后在将其关键技术问题解决,就可以通过其最小的投资获得最大的经济效益和社会效益。这实质也是一个很大的改造市场19。首先，论文介绍了普通滚刀铲齿磨床的结构及加工原理，提出了滚刀铲齿磨床数控化再制造的思路；其次，确定了数控化再制造的总体方案，包括再制造的具体内容及控制系统总体方案；最后，基于 CAD/CAM/CNC 一体化的思想，设计了滚刀铲齿车床数控化再制造专用数控系统。当然本

5、文重点只是数控铲齿磨床的硬件设计部分，软件只是简单的引出，不在做详细介绍。1.3 研究意义 通过对改造后的C8955型铲磨床进行调试和加工,使改造后的C8955型铲磨床的加工精度有了明显的提高,及时地提高生产设备地自动化水平,可实现一人控制多台这样的数控机床同时进行工作。这样就可以降低了操作员的数量,节省了劳动力,降低了劳动费用;改造后的机床性能高、质量好、还可以作为新的数控床继续使用多年。不仅有助于解决复杂高精度滚刀的加工问题，同时也增量盘活了现有滚刀铲齿磨床，具有较为重要的循环经济效益和应用价值。2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 本课题的参考机床如图1所示 床也

6、一样,大多数C8955型铲齿车床都是上个世纪七十年代末有大连机床厂生产,由于铲磨床的长期使用,齿轮,丝杠长期的磨损,机械传动链过长,齿轮箱笨重,启动摩擦惯性大等原因,迫切需要改造。床也一样,大多数C8955型铲齿车床都是上个世纪七十年代末有大连机床厂生产,由于铲磨床的长期使用,齿轮,丝杠长期的磨损,机械传动链过长,齿轮箱笨重,启动摩擦惯性大等原因,迫切需要改造。床也一样,大多数C8955型铲齿车床都是上个世纪七十年代末有大连机床厂生产,由于铲磨床的长期使用,齿轮,丝杠长期的磨损,机械传动链过长,齿轮箱笨重,启动摩擦惯性大等原因,迫切需要改造。 2000年的时候,我国机床的总产量的台数约为17.

7、5万,而数控机床只有14053台,机床的数控化率仅为8%。然而在一些西方发达国家中,数控机床已经超过机床总数的一半,我国的数控率还相对比较低,根据中国机电装备维修与改造技术协会相关的数据表明,我国每年都约有10万台普通机床需要进行改造,因此,我国机床改造的前景还是十分广阔19。 目前国内的相关企业都还拥有大量的普通机床,将其完全用数控的机床来替换总体上分析是不现实,而且这些闲置起来的普通机床又会造成大量的经济浪费,要想解决这些问题,应该走普通机床的数控化改造之路,通过利用对机床的数控化改造,使其成为一台新的高效的,多功能的数控机床,其这一过程投资少,见效比较快,是一种用低成本来实现自动化的有效

8、方法,也是在短时间内提高我国机床数控化率的一条行之有效的途径19。太原工具厂该企业先后引进了德国KLINGELNBERG的高精度铲磨床、滚刀刃磨床、滚刀检查仪、英国和日本的大型投影仪等设备仪器。不但可以保证稳定的生产AA级齿轮滚刀,而且在圆弧齿形的滚刀、花键滚刀、铲磨链轮滚刀、同步齿形带轮滚刀等非渐开线的曲线齿形滚刀方面形成了独特优势。“太”字牌双圆孤齿轮滚刀和铲磨链轮滚刀,在国内的刀具市场上享有很高的知名度,目前该公有C8955铲磨床约20多台,为了适应市场的需要,迫切需要改造,还有如重庆的重工集团,汉中的汉江工具厂等等都有大量的铲磨床,需要改造19。国内的机床制造企业都进行了部分的旧机床的

9、再制造工作,并取得了一定的成果。例如:沈阳机床集团、大连机床集团、重庆机床厂都拥有机床的再制造的部门或分公司19。在国外的情况:美国对伊拉克的战争中,其执行作战任务的轰炸机实质上大多数是早该退役的旧战机,但是将其通过再制造,不仅使其能够重返战场,而且其的性能达到了新指标。根据统计,在1996年期间,美国的再制造工程在一年就创造了540亿美元产值,其问题解决了43万人就业,使其与美国钢铁业的产值相当。美国的再制造实质是以换件修理为主要手段,将修复零件是按照尺寸法为基础进行恢复。美国拥有200多家专门从事机床再制造的企业或公司例如:Devlieg一Bulavd(得宝)服务集团、MaehineToo

10、lServiees、美国机床有限公司、美国辛辛那提机床公司(Cinein-natiMachineL.td)等19。德国的政府部门也对机床改造及再制造都非常重视,其联邦政府和州政府都专门拨款来支持该领域的研究工作。例如:德国的席士(Schless)公司成立了机床改造服务部是欧洲最大的机床制造企业之一19。在日本从事机床再制造业并且具有一定规模的相关企业约有20家之多,具有代表性的公司主要有:大限工程公司、滨田工机公司、冈三机械公司、山本工程公司、野崎工程公司和千代田工机公司等19。本文所参考的机床如下图所示。 SAACK 1如上图示 SAACK 2如上图示 SMS 铲磨如上图示 大连8955如上

11、图示 共达精密如上图示 克林贝格HSF如上图示 泰诺铲磨如上图示 无锡泰诺铲车如上图示1.3 研究意义数控加工技术作为一种高新技术，是人们用来提高产品加工质量和加工效率的重要技术。大力发展和推广应用数控技术，用数控技术改造传统产业，是提高产业竞争力的重要手段。鉴于目前广大工具制造企业在资金紧缺的情况下，难以购买国外先进的设备，而企业又急需先进的设备来武装自己以增强自己的产品竞争力。基于设备数控化再制造思想，对企业现有的滚刀铲齿车床进行数控化再制造，它不仅解决了复杂高精度滚刀的加工问题，也增量盘活了现有滚刀铲齿车床，具有较为重要的循环经济效益和应用价值。同时，由于在滚刀的铲磨过程中，铲磨的速度及

12、运动轨迹直接决定滚刀的质量，是影响滚刀质量的重要因素之一，因此在滚刀铲齿车床数控系统开发中，必须解决速度及运动轨迹的精确控制问题，这对于精密加工数控系统研制具有较大的理论指导意义。本项目的研究既有明显的经济效益，又有显著的社会效益，它对提高我国工具制造业的市场竞争力有着重要的实用意义和理论意义20。2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法和措施 由于本文只是设计数控铲齿磨床要求内容的一部分，因此设计内容之外的部件一笔带过，不做过多解释。 本课题的主要内容： （1）设计数控铲齿磨床的主要部件：主轴（C轴）、Z轴和尾座。 （2）主要指标：加工工件最大外径250mm,最大模数5mm，量顶

13、尖最大距离700mm。加工精度：AA级齿轮滚刀。 （3）数控系统选用力士乐系统。 （4）该机床的主要原理简图（Z轴）如下： 图1 方案一 方案二 方案三 主轴主轴（C轴）采用直流力矩伺服电机，通过设计一个低速电机来实现运行平稳；主轴（C轴）采用直流力矩伺服电机，通过蜗轮加蜗杆减速来实现运行平稳；主轴（C轴）采用伺服电机加减速机构来实现运行平稳； Z轴Z轴采用伺服电机加丝杠的方式实现运动；Z轴采用直线电机的方式实现运动；Z轴采用伺服电机加丝杠的方式实现运动； 尾座尾座采用液压驱动装置；尾座采用手动方式装置；尾座采用气压驱动装置； 导轨导轨选择滑动（混合摩擦）导轨；导轨选择滑动（液体或气体静压）导

14、轨；导轨选择滚动直线导轨，滚子采用的是滚珠； 主轴轴承主轴轴承采用的是球轴承；主轴轴承采用的是滚柱轴承；主轴轴承采用的是密珠轴承（内含多排珠子，多用于测量仪器，精度较高；）经过翻阅资料反复对比做出选择如下（称作方案A）：1.主轴（C轴）采用直流力矩伺服电机，通过设计一个低速电机来实现运行平稳；2.Z轴采用直线电机方式实现运动；3.尾座采用液压驱动装置。4.导轨选择滚动直线导轨，滚子采用的是滚珠。5.主轴轴承采用的是密珠轴承（内含多排珠子，多用于测量仪器，精度较高。） 综上所述，最佳方案A得出来的结果比较好，结构虽然复杂，但是操作方便快速，效率高，其余二种不是设计过于简单，就是更适合车床设计，因

15、此选择最佳方案。（5） 根据方案A，确定主轴转动惯量、工作台进给速度（mm/s）、工件最大直径(mm)、最大加工模数、最大工件长度(mm)、最大加工长度(mm)、最大铲背量(mm)、数控轴数三轴(X、Z、C)、主轴最大转速(r/min)、数控编程方式。（6）设计数控铲齿磨床装配图及主要部件的零件图。（7）根据方案A，确定磨床总体布局。 3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 （1）数控铲齿磨床主轴（C轴）的、Z轴和尾座的设计。 （2）数控铲齿磨床的合理布局设计。 （3）工作台与床身的支撑、联接技术与安装调整工艺要求较高：伺服电机支撑、联接技术要求较高（本文重点在于机床硬件的合理选取，软件

16、系统方面不再赘述）。 （4）前期已开展的工作是查阅资料了解了数控铲齿磨床的设计过程和设计方法，简单完成了铲齿磨床布局设计，各部件的原理设计。 4. 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 第1 周：收集资料、调查研究；查阅有关中英文资料。 第2 周：拟定方案，完成主要部件的原理设计。 第3 周：完成开题报告，进行开题答辩。 第4 周：确定主轴电机转速、Z轴（工作台）进给速度、机床外形参数、工作台尺寸、电机选型及丝杠导轨的确定。 第5 周：完成数控铲齿磨床设计过程中的“三图”（零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图），完成数控铲齿磨床设计的原始资料和参数。 第6 周：主轴箱的设计及动力箱的

17、选取。 第7 周：选取相关零部件，设计液压系统。 第8 周：完成主轴、Z轴（工作台）草图装配设计。 第9 周：完成数控铲齿磨床的装配草图。 第10周：完成数控铲齿磨床基本三维模型设计，检查干涉现象。 第11 周：校核所选取的零部件。 第12 周：完成数控铲齿磨床所有参数计算。 第13 周：完成机床装配图的绘制。 第14 周：完成主轴箱、尾座和Z轴（工作台）的装配图的绘制。 第15 周：完成所有重要非标准零件的绘制。 第16 周：整理编写说明书。 第17 周：完善说明书，准备答辩。参考文献 1张君安.机电一体化系统设计.北京:兵器工业出版社,1997.2濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计(第九版)

18、.北京:高等教育出版社,2013.3李福援，孙波，成建联，王宏强，汪庆华，张超.机械制造工程学.西安:西安电子科技大学出版社,2011.4胡青泥，高菲，戴恒震.机械制图（第六版).北京:高等教育出版社,2007.5孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理,北京:高等教育出版社,2013.6顾致平，刘金涛，胡桂梅.理论力学，北京:中国电力出版社,2011.7刘鸿文,林建兴,曹曼玲.材料力学（第五版）,北京:高等教育出版社,2010.8江琦.机床改造的必要性及其改造方法J.中国机械资讯网.2005-12-19:1-4.9南方.论我国数控机床发展J.数控机床市场,2004,(6):56-59.10张忠捷.普通机床数控化改造的优点和方法J.机械管理开发,2008,23(4):74-75,7811徐滨士.废旧产品再制造可节约一半成本EB/OL.新华网.2009-09-09.122010-2015年中国数控机床市场深度调研及投资前景战略研究报告:2010,:1-4.13罗永顺.机床数控化改造实例M.北京:机械工业出版社