數(shù)控車床X軸進給系統(tǒng)設(shè)計-開題報告

學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師姓名 課題來源 課題性質(zhì) 課題名稱 數(shù)控車床 X 軸進給系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計的 內(nèi)容和意義 采用 文獻分析法、類比法等方法 進行 數(shù)控車床 X 軸進給系統(tǒng) 的設(shè)計 ，使 X 軸獲得更好的穩(wěn)定性，準(zhǔn)確的 X 軸進給系統(tǒng)能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該部件的性能直接影響工件的加工質(zhì)量和切削生產(chǎn)率 ,是決定機床性能和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的重要因素。 畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容： 1、 調(diào)研并熟悉課題及有關(guān)資料，寫出開題報告。 2、 設(shè)計要求：機械制圖、設(shè)計計算 3、 技術(shù)經(jīng)濟分析：各零件成本分析、課題成 本計算 4、翻譯有關(guān)外文資料 5、撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書 本課題研究的意義： 本課題對 數(shù)控車床 X 軸進給系統(tǒng) 進行了設(shè)計，其意義如下： 高速、高精、高可靠性、環(huán)保等方面為基礎(chǔ)，制造出更好的數(shù)控車床，一臺好的數(shù)控機床需要一個好的 X 軸進給系統(tǒng)，確保穩(wěn)定的橫向進給。 進給系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床機械傳動部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。進行這一設(shè)計主要是為了進一步地提高數(shù)控車床橫向進給機構(gòu)的定位精度、重復(fù)定位精度。該部件的性能直接影響工件的加工質(zhì)量和切削生產(chǎn)率 ,是決定機床性 能和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的重要因素。 過找資料、咨詢老師、詢問同學(xué)等方法，歸納關(guān)于數(shù)控車床 X 軸進給的資料，提高了自己的查找能力，閱讀能力。 學(xué)習(xí)了很多專業(yè)課，對于其中的專業(yè)知識有些是掌握的不牢靠，通過這次畢業(yè)設(shè)計，豐富了自己，提高了自己。本次畢業(yè)設(shè)計的宗旨也是讓我自己覺察到自己的不足，遇到問題自己要分析問題，咨詢老師。本次設(shè)計也綜合考查了我運用所學(xué)知識進行發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。 文獻綜述 一、引言 從 20 世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的飛速發(fā)展以及裝備制造業(yè)對數(shù)控機床的大量需求，數(shù)控機床的應(yīng)用范圍在不斷擴大并不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。“十二五”是國產(chǎn)數(shù)控機床發(fā)展的一個新機遇期，全球已經(jīng)走出金融危機造成的經(jīng)濟最困難時期，國內(nèi)需求拉動的效果非常明顯?！案邫n數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項已全面啟動和實施。 數(shù)控車床是在數(shù)控機床中占有比例較大、自動化程度較高、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的先進加工設(shè)備，因此有必要了 解數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，為進一步促進我國數(shù)控車床的發(fā)展、提高我國數(shù)控車床技術(shù)水平做好準(zhǔn)備 1。 二、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 精度化、高可靠性 高速化 :提高進給速度與提高主軸轉(zhuǎn)速。 高精度化 :其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級 (高可靠性 :一般數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于數(shù)控設(shè)備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，因為商品受性能價格比的約束 2。 數(shù)控機床的功能復(fù)合化的發(fā)展，其核心是在一臺機床上要完成車、銑、鉆、攻絲、絞孔和擴孔等多種操作工序，從而提高了機床的效率和 加工精度，提高生產(chǎn)的柔性。 絡(luò)化 智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面 :為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化 ;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便等方面的智能化 ;簡化編程、簡化操作方面的智能化 ;還有如智能化的自動編程、智能化的人機界面等，以及智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修。 成化 當(dāng)今世界上的數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是 :從點 (數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機床 )、線 (面 (工段車間獨立制造島 體 (布式網(wǎng) 絡(luò)集成制造系統(tǒng) )的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。 機床復(fù)合化程度越來越高，一臺復(fù)合式機床就相當(dāng)于一條生產(chǎn)線。 范的建立 文獻綜述 三、數(shù)控機床國內(nèi)現(xiàn)狀及不足 我國的數(shù)控機床無論從產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關(guān)鍵技術(shù)方面也取得了重大突破。據(jù)統(tǒng)計，目前我國可供市場的數(shù)控機床有 1500種，幾乎覆蓋了整個金屬切削機床 的品種類別和主要的鍛壓機械。這標(biāo)志著國內(nèi)數(shù)控機床已進入快速發(fā)展的時期 3。 目前我國已經(jīng)可以供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的數(shù)控機床。同時，我國也已進入世界高速數(shù)控機床和高精度精密數(shù)控機床生產(chǎn)國的行列。目前我國已經(jīng)研制成功一批主軸轉(zhuǎn)速在 8000 10000r/上的數(shù)控機床。我國數(shù)控機床行業(yè)近年來大力推廣應(yīng)用技術(shù)，很多企業(yè)已開始和計劃實施應(yīng)用 電子商務(wù)。 長期以來，國產(chǎn)數(shù)控機床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進展緩慢，高檔依靠進口的局面，特別是國家重點工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進口， 技術(shù)受制于人。究其原因，國內(nèi)本土數(shù)控機床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進水平相比落后了 5高、精、尖技術(shù)方面的差距則達到了 10時我國在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的能力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機床還沒有形成品牌效應(yīng)。同時，我國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 4。 國內(nèi)現(xiàn)狀的不足組要體現(xiàn)在以下四個方面 我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化低，與國外發(fā)達國家數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)相比仍有很大差距。 國外技術(shù)重引進、輕消化吸收的問題仍很突出。要注重國外先進技術(shù)的引進、消化、吸收與自主創(chuàng)新能力提高的有機結(jié)合。 嚴(yán)重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；缺乏吸引高層次、高素質(zhì)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，造成數(shù)控機床領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新能力不足。美、德、日三國是技術(shù)最先進、經(jīng)驗最多的國家。美國的特點是網(wǎng)羅 世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。 適應(yīng)市場經(jīng)濟需求的以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系尚未形成，無法有效整合相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和資源優(yōu)勢，形成合力開展聯(lián)合攻關(guān)，共同打造技術(shù)創(chuàng)新平臺。數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造的配套環(huán)節(jié)、集成技術(shù)和制造工藝等方面比較落后。據(jù)統(tǒng) 文獻綜述 計，我國大型高性能超精機床每年生產(chǎn)不足千臺，不到德國、日本的 1/205。 四、數(shù)控機床國外發(fā)展現(xiàn)狀 米控制已經(jīng)成為高速 高精加工的潮流。 空航天等行業(yè)。 結(jié)構(gòu)形式多樣化，應(yīng)用范圍擴大化，運動速度高速化，多傳感器融合技術(shù)實用化，控制功能智能化，多機器人協(xié)同普及化。 間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)測機床的狀態(tài)，提前進行相關(guān)的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率。 傳統(tǒng)的激光干涉儀 相比，對機床誤差的補償精度能夠提高 3 4 倍，同時效率得到大幅度提升。 術(shù)為多軸多任務(wù)數(shù)控機床的加工提供了強有力的支持，可以大幅度提高加工效率。 多刀具的設(shè)計涵蓋了整個加工過程，并且新型刀具能夠滿足平穩(wěn)加工以及抗振性能的要求。 五關(guān)于數(shù)控車床的傳動精度 數(shù)控機床的加工精度最終要靠機床本身的精度來保證 ,數(shù)控機床精度包括幾何精度、定位精度、重復(fù)定位精度和切削精度。幾何精度 ,又稱靜態(tài)精度 ,是綜合反映數(shù)控機床關(guān)鍵零部件經(jīng)組裝后的綜合幾何形狀誤差。數(shù)控機床幾 何精度檢驗使用的檢驗工具和檢驗方法類似于普通機床 ,但檢測要求更高。定位精度 ,是表明所測量的機床各運動部位在數(shù)控裝置控制下 ,運動所能達到的精度。根據(jù)實測的定位精度數(shù)值 ,可以判斷出機床自動加工過程中能達到的最好的工件加工精度。重復(fù)定位精度 ,是指在數(shù)控機床上反復(fù)運行同一程序代碼所得到的位置精度的一致程度。切削精度 ,是對對機床的幾何精度和定位精度在切削加工條件下的一項綜合檢查。上述精度主要由數(shù)控系統(tǒng)和機床生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)制造過程以及機床安裝調(diào)試過程中予以保證 ,但數(shù)控機床的定位精度和重復(fù)定位精度會隨著機床的使用而發(fā)生較 大的變化 ,因此在機床的使用過程中 ,定期或在有必要的時候?qū)Χㄎ痪群椭貜?fù)定位精度進行檢驗是數(shù)控從業(yè)人員必須掌握的技術(shù)。筆者提出了一種在生產(chǎn)實際中應(yīng)用方便而且能夠完全滿足檢驗要求的定位精度和重復(fù)定位精度檢驗方法 6。 文獻綜述 六 數(shù)控車床的進給傳動方式用于伺服電動機驅(qū)動，通過滾珠絲杠帶動刀架完成縱向（ Z 軸）和橫向（ X 軸）的進給運動 7。 數(shù)控機床的直線運動定位精度和分辨率必須達到微米級，回轉(zhuǎn)運動的定位精度和分辨率必須達到角秒級，伺服電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，尤其是起動、制動時的轉(zhuǎn)矩也很大。假 設(shè)傳動部件的剛度不強，一定會使傳動部件發(fā)生彈性變形，影響系統(tǒng)的定位精度、動態(tài)穩(wěn)定性和響應(yīng)快速性。而加大滾珠絲杠的直徑，對滾珠絲杠螺母副、支承部件進行預(yù)緊，進行預(yù)拉伸等，均為提高傳動系統(tǒng)剛度的有效辦法 8。 驅(qū)動電動機，傳動部件的慣量直接決定進給系統(tǒng)的加速度，這是影響進給系統(tǒng)快速性的主要原因。尤其是高速加工的數(shù)控機床，因為對進給系統(tǒng)的加速度要求比較高，所以，在滿足系統(tǒng)強度和剛度的條件下，要減小零部件的質(zhì)量、直徑，以降低慣量，提高快速性 9。 間隙 在開環(huán)、半閉環(huán)進給系統(tǒng)中，傳動部件的間隙直接影響進給系統(tǒng)的定位精度；在閉環(huán)系統(tǒng)中，它是系統(tǒng)的主要非線性環(huán)節(jié)，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以，要采取有效措施消除傳動系統(tǒng)的間隙。消除傳動部件間隙的措施是對齒輪副、絲杠螺母副、聯(lián)軸器、蝸輪蝸桿副以及支承部件進行預(yù)緊或消除間隙。而采取措施后將可能增加摩擦阻力，降低機械部件的壽命，因此，必須統(tǒng)籌各種因素，使間隙減小到允許范圍。 進給系統(tǒng)的摩擦阻力會降低傳動效率，產(chǎn)生發(fā)熱；同時，它還直接影響系統(tǒng)的決速性；因為摩擦力的存在，動、靜摩擦系數(shù)的變化，會 導(dǎo)致傳動部件的彈性變形，產(chǎn)生非線性的摩擦死區(qū)，影響系統(tǒng)的定位精度和閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、直線滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌等高效執(zhí)行部件，能減少系統(tǒng)的摩擦阻力，提高運動精度，避免低速爬行 10。 通過提高傳動部件的剛性，如加大滾珠絲杠的直徑，對滾珠絲杠螺母副、支承部件進行預(yù)緊，進行預(yù)拉伸等，均為提高傳動系統(tǒng)剛度的有效辦法，再通過滾珠絲杠預(yù)拉伸的計算得出更加精確數(shù)值，保證剛性。 通過減小傳動部件的慣量，傳動部件的慣量直接決定進給系統(tǒng)的加速度，這是影響進給系統(tǒng)快速性的主要原因 ，再通過慣量匹配的計算，得出精確地慣量匹配數(shù)值，一般來說，慣量越小越好。 通過減小傳動部件的間隙增加阻力，降低機械部件的壽命 11。 通過減小系統(tǒng)的摩擦阻力，摩擦力會影響系統(tǒng)的定位精度和閉環(huán)的動態(tài)穩(wěn)定性，通過轉(zhuǎn)矩匹配的計算， 用來克服導(dǎo)軌摩擦、傳動摩擦、機械切削力以及重力的作用，提高運動精度。 文獻綜述 參考文獻 1、 羅學(xué)科 ,謝富春 M化學(xué)工業(yè)出版社 , 2004. 2、王愛玲 北京：國防工業(yè)出版社， 2003 3、權(quán)秀敏，尹顯明 南科技大 學(xué)制造學(xué)院 技術(shù)新工藝， 2007（ 6） . 4、丁學(xué)生 北京 2006,11 5、 2020 年的中國制造技術(shù)發(fā)展研究 進制造技術(shù)動態(tài)， 2004（ 4） 6、李郝林，方鍵編 北京：機械工業(yè)出版社， 2003 7、朱正偉 中國勞動社會保障出版社， 2005 8、馮琪林 中國科技信息， 2005（ 23） 9、胡秋 機床與液壓， 2004 10、李宏勝 北京 育出版社， 2001. 11、 B. to to J. 1997,02 研究內(nèi)容 進給系統(tǒng)設(shè)計方案設(shè)計 通過設(shè)計計算得出 a) X 軸向慣量匹配的計算 b) X 軸向轉(zhuǎn)矩匹配的計算 c) X 向進給力的計算 d) X 向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的 計算 在機床進給伺服系統(tǒng)設(shè)計中，都存在著對滾珠絲桿傳動進行設(shè)計。對于本次設(shè)計選用滾珠絲桿，滾珠絲杠具有摩擦小，傳動效率高；傳動靈敏、不易產(chǎn)生爬行、定位精度高等。 由于絲桿主要承受軸向力，所以大多采用推力軸承作支承。 通過計算后得出的結(jié)論，擬畫圖紙，計算機繪制課題裝配圖、零件 、繪制 X 軸傳動簡圖 研究計劃 研究周期與時間安排 畢業(yè)設(shè)計起止日期： 1 周 第 15 周） 第 1 周 ( 收集資料，學(xué)習(xí)有關(guān)書籍文獻，參觀工廠，搜集設(shè)計過程中所要遵 照的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)并進行學(xué)習(xí) 第 2 周 ( 提出完成課題的基本思路和方法，暨完成該課題所采用的技術(shù)路線、方案，要設(shè)計和完成的任務(wù)完成 第 3 周 ( 開題報告及外文材料翻譯 第 4 周 ( 完成裝配圖草圖設(shè)計，繪制進給系統(tǒng)運動簡圖 第 5 周 ( 完成 X 軸向慣量 ,轉(zhuǎn)矩 ,匹配的計算和 第 6 周 ( 完成裝配圖設(shè)計 第 7 周 ( 畢業(yè)設(shè)計中期檢查 第 8 周 ( 進行零件圖計算機繪圖 第 9 周 ( 完成零件圖計算機繪圖 第 10 周 ( 完成各零件及課題成本分析，完成各零件成本及課題成本計算 第 11 周 (遞交論文初稿 第 12 (修改論文并定稿 第 14 周 (論文評審及答辯資格確定 第 15 周 (畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯 第 16 周（ 理資料存檔 特色與創(chuàng)新 本文特色與創(chuàng)新如下： （ 1）通 過 X 軸向 慣量匹配的計算：所有的機械傳動零部件都有質(zhì)量。對于旋轉(zhuǎn)的物體來說，都具有轉(zhuǎn)動慣量。他們對整個進給驅(qū)動的動態(tài)特性影響很大。因此，必須使電動機慣量與進給負(fù)