小型數(shù)控X-Y工作臺設(shè)計【含CAD圖紙、三維模型和說明書開題報告】,含CAD圖紙、三維模型和說明書開題報告,小型,數(shù)控,工作臺,設(shè)計,cad,圖紙,三維,模型,以及,說明書,仿單,開題,報告,講演,呈文 畢業(yè)設(shè)計（論文）學生開題報告 課題名稱 小型數(shù)控工作臺設(shè)計 課題來源 課題類型 指導教師 學生姓名 學 號 專業(yè)班級 一．本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義 1.研究現(xiàn)狀：國際機床市場的消費主流是數(shù)控機床。1998年世界機床進口額中大部分是數(shù)控機床，美國進口機床的數(shù)控率達70%，我國為60%。目前世界數(shù)控機床消費趨勢已從初期以數(shù)控電加工機床、數(shù)控機床、數(shù)控銑床為主轉(zhuǎn)數(shù)向以加工中心、專用數(shù)控機床、成套設(shè)備為主。世界X-Y數(shù)控工作臺發(fā)展動向納為下述幾點：工序復合化、精密化的高速化、低價格化。 總而言之，目前，X-Y數(shù)控機床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化以成為數(shù)控機床發(fā)展的趨勢和方向。中國作為一個制作大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國中國作為一個制作大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應該抓住機會不斷發(fā)展，努力縮短與發(fā)達國家之間的差距。的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應該抓住機會不斷發(fā)展，努力縮短與發(fā)達國家之間的差距。力爭早日實現(xiàn)X-Y數(shù)控機床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品到高精尖端產(chǎn)品制作的變化。 2.研究目的及意義：數(shù)控機床是用數(shù)控指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。它廣泛應用于機械制造和自動化領(lǐng)域，數(shù)控機床的應用不但給傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控機床的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大，所以X-Y數(shù)控工作臺設(shè)計對國計民生的一些重要行業(yè)（IT汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用。 目前國內(nèi)中小企業(yè)多采用經(jīng)濟型X-Y數(shù)控機床系統(tǒng)，其加工速度慢、編程復雜、人機界面不友好，因此生產(chǎn)效率低、工人勞動強度大。因此研制和開發(fā)一套X-Y數(shù)控沖床數(shù)控系統(tǒng)，用于裝配新沖床或?qū)?jīng)濟型數(shù)控沖床進行改造，能夠有效的改善人機界面、提高加工速度、方便操作人員編寫用戶加工程序，對提高企業(yè)生產(chǎn)效率、改善工人的工作環(huán)境有很大的實際意義，工作臺是機床上必不可少的部件，工作臺的自動化能大大減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，機械行業(yè)的許多普通機床和閑置設(shè)備，經(jīng)過數(shù)控改造以后，不但可以提高加工精度和生產(chǎn)率，而且能有效的適應多種品種，小批量的市場需求，使之更有效的發(fā)揮經(jīng)濟效益和設(shè)計效益。 3.傳動形式分析：目前主流的直線傳動形式有絲杠螺母及齒輪齒條傳動。 齒輪齒條傳動—將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，但是，這樣的機構(gòu)可以反向驅(qū)動，也就是齒條做直線運動來帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，適合大距離的傳遞，如機床導軌底下帶動托板箱移動的就是齒輪齒條傳動。齒輪齒條傳動具有承載力大、傳動效率較高等特點，傳動精度較高，可達0.1mm，可無限長度對接延續(xù)，傳動速度可以很高，>2m/s， 絲桿傳動—也可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑偷闹本€運動，直線運動的速度由絲桿的導程、以及絲桿轉(zhuǎn)速決定，適合做精密的傳動，如機床工作臺的移動。普通梯形絲杠可以自鎖，這是最大優(yōu)點，但是傳動效率低下，比齒輪齒條形式低許多，所以不適合高速往返傳動。缺點是時間久了傳動間隙大，回程精度差，用在垂直傳動較合適。 在長距離重負載直線運動上，絲桿有可能強度不夠，就會導致機器出現(xiàn)震動、抖動等情況，嚴重的，會導致絲桿彎曲、變形、甚至斷裂等等；而齒條就不會有這樣的情況，齒條可以長距離無限接長并且高速運轉(zhuǎn)而不影響齒條精度（當然這個跟裝配、床身本身精度都有關(guān)系），絲桿就做不到這一點，但在短距離直線運動中，絲桿的精度明顯要比齒條高得多。另外就是，齒條齒輪傳動對于絲杠螺母結(jié)構(gòu)設(shè)計來講要相對簡單一些。 通過以上分析不難發(fā)現(xiàn)，兩種傳動方式各有優(yōu)缺點，針對本課題的設(shè)計要求，決定采用齒輪齒條形式作為本次設(shè)計的傳動類型。 課題類型： （1）A—工程實踐型；B—理論研究型；C—科研裝置研制型；D—計算機軟件型； E—綜合應用型 （2）X—真實課題；Y—模擬課題； （1）、（2）均要填，如AY、BX等。 二．本課題的研究內(nèi)容 主要設(shè)計參數(shù)： X-軸行程350mm、最小移動單位5微米、工作速度800mm/min。Y-軸行程300mm、最小移動單位5微米、工作速度800mm/min。 傳動系統(tǒng)（齒輪齒條）結(jié)構(gòu)部分設(shè)計 1.齒輪齒條材料選擇：齒條材料的種類很多，在選擇過程中應考慮的因素也很多，主要以以下幾點作為參考原則： a. 齒輪齒條的材料必須滿足工作條件的要求。 b. 應考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成形方法及熱處理和制造工藝。 c. 正火碳鋼，不論毛坯制作方法如何，只能用于制作載荷平穩(wěn)或輕度沖擊工 作下的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)制碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。 d. 金屬制的軟齒面齒輪，配對兩輪齒面的硬度差應保持為30～50HBS或者更 多。 鋼材的韌性好，耐沖擊，還可通過熱處理或化學熱處理改善其力學性能及提高齒面硬度，故適用于來制造齒輪。由于該齒輪承受載荷比較大，應采用硬齒面（硬度≥350HBS），故選取合金鋼，以滿足強度要求，進行設(shè)計計算。 2.各系數(shù)的確定： 計算齒輪強度用的載荷系數(shù)K，包括使用系數(shù)、動載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分配系數(shù)，即 1）使用系數(shù) 是考慮齒輪嚙合時外部因素引起的附加載荷影響的系數(shù)。該齒輪傳動的載荷狀態(tài)為輕微沖擊，工作機器為機床工作臺，所以使用系數(shù)取1.35。 2）動載系數(shù) 齒輪傳動不可避免地會有制造及裝配誤差，輪齒受載后還要產(chǎn)生彈性變形，對于直齒輪傳動，輪齒在嚙合過程中，不論是有雙對齒嚙合過渡到單對齒嚙合，或是有單對吃嚙合過渡到雙對齒嚙合的期間，由于嚙合齒對的剛度變化，也要引起動載荷。為了計及動載荷的影響，引入了動載系數(shù)，由于速度v很小，取1.0。 3）齒間載荷分配系數(shù) 一對相互嚙合的斜齒（或直齒）圓柱齒輪，有兩對（或多對）齒同時工作時，則載荷應分配在這兩對（或多對）齒上。對于直齒輪及修形齒輪，取。 4）齒輪載荷分布系數(shù) 當軸承相對于齒輪做不對稱配置時，受災前，軸無彎曲變形，齒輪嚙合正常，兩個節(jié)圓柱恰好相切；受載后，軸產(chǎn)生彎曲變形，軸上的齒輪也就隨之偏斜，這就使作用在齒面上的載荷沿接觸線分布不均勻。 計算齒輪強度時，為了計及齒面上載荷沿接觸線分布不均勻的現(xiàn)象，通常以系數(shù)來表征齒面上載荷分布不均勻的程度對齒輪強度的影響。 根據(jù)機械設(shè)計表10-4取。 綜上所述，最終確定齒輪系數(shù)=1.35111.37=1.8 3.齒輪傳動的設(shè)計計算： 我國對一般用途的齒輪傳動規(guī)定的標準壓力角為α=20°。為使齒輪免于根切，對于α=20°的標準直齒輪，應取z≥17，這里取z=20。由于齒輪做懸臂布置，取=0.6。 齒輪的設(shè)計計算公式： —開式齒輪磨損系數(shù)，（機械設(shè)計手冊（3卷）14-134） 轉(zhuǎn)矩 ，則 將1式、2式及各參數(shù)代入計算公式得： 解得：；取m=1 齒面接觸疲勞強度計算公式： 由于本傳動為齒輪齒條傳動，傳動比近似無窮大，所以，為彈性影響系數(shù)，單位，其數(shù)值查機械設(shè)計表，取=189.8。 計算，試求齒輪分度圓直徑： = 通過模數(shù)計算得：m=1，z=20 所以分度圓直徑d=120=20mm 所以取兩者偏大值d=20mm 計算齒寬 =0.620=12mm 齒高 h=2.25m=2.251=2.25mm 最終確定齒輪數(shù)據(jù)： 模數(shù)m=1，齒數(shù)z=20，分度圓直徑d=20mm，齒高h=2.25mm，齒寬b=12mm 根據(jù)X/Y軸行程分別為350mm/300mm，由齒條齒數(shù)可暫定X/Y軸得齒條齒數(shù)為120/100。 三．本課題研究的實施方案、進度安排 1. 實施方案 1) 導軌副的選用 要設(shè)計數(shù)控車床工作臺，需要承受的載荷不大，而且脈沖當量小，定位精度不是很高，因此選用直線滑動導軌副，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗和維修方便，導軌面較寬，承載能力大，剛度高。 2) 齒輪齒條副的選用 伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過齒輪齒條副轉(zhuǎn)換成直線運動，需要滿足0.005mm沖當量和mm的定位精度，承載力大，傳動精度較高，可無限長度對接延續(xù)，傳動速度可以很高，＞2m/s，短距離傳動速度可以很高，噪音低。 3) 步進電動機的選用與計算 本設(shè)計選用混合式步進電動機。以降低成本，提高性價比。 考慮到步進電動機的驅(qū)動電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當輸入電壓降低時，其輸 出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來選擇步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮安全系數(shù)。取K=2，則步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應滿足： 初選步進電動機的型號為110BYG350-AF，查得該型號電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩。 4) 檢測裝置的選用 選用步進電動機作為伺服電動機后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務書所給的精度對于步進電動機來說還是偏高，為了確保電動機在運動過程中不受切削負載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動機的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測電動機的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應與步進電動機的步距角相匹配。 考慮到X、Y兩個方向的加工范圍相差不大，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計工作量，X、Y兩個坐標的導軌副、齒輪齒條副、伺服電動機以及檢測裝置擬采用相同的型號與規(guī)格。 2. 進度安排 第01-04周 畢業(yè)設(shè)計，完成設(shè)計任何，查閱相關(guān)資料； 第05-06周 設(shè)計計算、開題報告； 第07-12周 機械設(shè)計； 第13-14周 外文資料翻譯，文檔修改、定稿與打印，準備答辯。 開題報告(2) 已查閱的主要參考文獻 [1] 鄭學堅,周斌.微型計算機原理及應用.清華大學出版社,2003 [2] 李廣弟,朱月秀，王秀山.單片機基礎(chǔ).北京航空航天大學出版社,2001 [3] 房小翠.單片微型計算機與機電接口技術(shù).國防工業(yè)出版社,2002 [4] 王小明. 電動機的單片機控制. 北京航空航天大學出版社,2002 [5] 李建勇.機電一體化技術(shù).科學出版社.2004 [6] 王愛玲，白恩遠，趙學良.現(xiàn)代數(shù)控機床.國防工業(yè)出版社,2001 [7] 徐灝.機械設(shè)計手冊（3）.機械工業(yè)出版社,2003 [8] 張建民.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京理工出版社,2004 [9] 徐灝等.機械設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000 [10] 濮良貴 ,記名剛.機械設(shè)計[M].北京:高等教育出版社,2003 [11] 吳振彪.機電綜合設(shè)計指導[M].湛江:湛江海洋大學,1999 [12].楊入清.現(xiàn)代機械設(shè)計—系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)[M].上海:上?？茖W技術(shù)文獻出版社,2000 [13].張立勛,孟慶鑫,張今瑜.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社,2000 [13].中國分類號:TG202 文獻標識碼：A 文章編號：1003-0794（2010）01-0158-03,2010 指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日 開題報告(3)