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畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 題 目 YK3150滾刀主軸部件設(shè)計(jì) 二級(jí)學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 系 主 任 時(shí) 間 1、本課題國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析 以歐美、日等制造強(qiáng)國(guó)為代表的幾大公司(L1ebherr，Gleason，Mitsubishii)展出數(shù)控高效高速滾齒機(jī)床是幾大公司的主流產(chǎn)品，他們均能進(jìn)行批量化，系列化，標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)，并具有較高的可靠性和市場(chǎng)份額，但在國(guó)內(nèi)同檔次產(chǎn)品尚屬空白，雖然自上世紀(jì)九十年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)的數(shù)控滾齒輪有一個(gè)較大的發(fā)展和提高，但數(shù)控滾齒機(jī)大都是在傳統(tǒng)滾齒機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控化的改造，無(wú)論是從機(jī)床的整體動(dòng)、靜剛性，還是從整機(jī)的傳動(dòng)精度，以及數(shù)控系統(tǒng)的可靠性等性能上看，總體水平較為低檔，真正意義上的全新設(shè)計(jì)的數(shù)控高效滾齒機(jī)正在起步階段。 2、本人對(duì)課題任務(wù)書提出的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可行性分析 1）任務(wù)要求 自20 世紀(jì) 80 年代后期以來(lái)，我國(guó)機(jī)床行業(yè)已朝著數(shù)控方面深入地發(fā)展，特別是進(jìn)入九十年代后，機(jī)床的數(shù)控化標(biāo)志著機(jī)床行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。作為齒輪加工機(jī)床的數(shù)控滾齒機(jī)。我國(guó)自八十時(shí)代開(kāi)發(fā)以來(lái)，無(wú)論從品種的類型上或功能復(fù)合上都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。特別是近十多年以來(lái)，以汽車工業(yè)為龍頭的相關(guān)支柱型產(chǎn)業(yè)更是把齒輪加工機(jī)床數(shù)控化發(fā)展推向了一個(gè)新的高度。其中尤其對(duì)數(shù)控高效滾齒機(jī)的需求顯得十分突出。然而從我國(guó)制造業(yè)發(fā)展水平來(lái)看，目前一些中小型加工企業(yè)購(gòu)買歐洲等國(guó)生產(chǎn)的全數(shù)控化滾齒機(jī)的能力還不夠， 但又要對(duì)現(xiàn)有的傳統(tǒng)加工能力進(jìn)行提升，這就要求我們進(jìn)行機(jī)床的數(shù)控改造。數(shù)控改造是現(xiàn)代微電子技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到使機(jī)床具有可靠性高，柔性強(qiáng)，加工精度高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，經(jīng)濟(jì)性可觀等優(yōu)勢(shì)。 2）可行性 Y3150E滾齒機(jī)的數(shù)控改造，是為了適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和教學(xué)等多方面因素而進(jìn)行的一個(gè)重點(diǎn)課題。下面進(jìn)行機(jī)床改造的技術(shù)可行性分析。 機(jī)床改造的技術(shù)可行性論證就是對(duì)機(jī)床改造在技術(shù)上是否能夠保障改造成功以及從改造后維護(hù)角度論證。具體的應(yīng)從機(jī)床本身、加工對(duì)象的要求和市場(chǎng)可供性三方面分析。 a)機(jī)床本身 傳統(tǒng)滾齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈要經(jīng)過(guò)7對(duì)齒輪，1條帶輪傳動(dòng)，傳動(dòng)路線長(zhǎng)，傳動(dòng)精度低。而進(jìn)行數(shù)控改造后采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，省去了中間的傳動(dòng)損失，使加工更加高速高效，且精度提高。在省去了傳動(dòng)鏈中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的同時(shí)，增加了一個(gè)主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)，改變了主軸部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)。 b)加工對(duì)象分析 改造后的數(shù)控機(jī)床，主要用于教學(xué)實(shí)習(xí)。適合于加工直齒和螺旋齒的外嚙合圓柱齒輪與蝸輪，也可滾切短花鍵軸。加工精度要求小于0.01mm，現(xiàn)在市場(chǎng)上出售的一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)其脈沖當(dāng)量為0.005mm~0.01mm，能夠滿足上述型面的加工要求，在技術(shù)上是可行的。 c)市場(chǎng)可供性 所謂市場(chǎng)可供性就是研究市場(chǎng)是否能夠方便及時(shí)地提供改造用的各種備件，以保證備件的供應(yīng)。機(jī)床數(shù)控化改造計(jì)劃實(shí)施應(yīng)有本地區(qū)機(jī)電一體化供應(yīng)的基本條件，這樣不僅改造周期短，而且有利于保證維修及技術(shù)咨詢服務(wù)。就本機(jī)床改造而言，市場(chǎng)上已建立了一套機(jī)電一體化配套產(chǎn)品代理機(jī)構(gòu)，對(duì)于Y3150E改造而言市場(chǎng)可供性好。 綜上所述，對(duì)原機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造符合技術(shù)可行性要求。 3）經(jīng)濟(jì)性 在機(jī)床數(shù)控化改造中，不僅要考慮到數(shù)控機(jī)床的技術(shù)先進(jìn)性，同時(shí)還必須考慮到它的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。這就要求對(duì)決策方案進(jìn)行嚴(yán)密論證和科學(xué)分析。機(jī)床的數(shù)控化改造是廣義上的設(shè)備更新的一種方法，因此，機(jī)床化改造的方案應(yīng)于機(jī)床大修以及機(jī)床更新作對(duì)比，以確定最佳方案，常用的評(píng)價(jià)方法有：最低成本法、追加投資回收期法和機(jī)床改造效果系數(shù)法。選擇哪一種方法需根據(jù)各參數(shù)的獲取是否方便。經(jīng)過(guò)分析比較，需采用追加投資回收期法進(jìn)行論證。 a) 理論依據(jù) 機(jī)床更新、機(jī)床大修和機(jī)床數(shù)控化改造的經(jīng)濟(jì)性分析所用參數(shù)及符號(hào)如表１所示。機(jī)床數(shù)控化改造與更新、大修理之間有下列關(guān)系： （1）當(dāng)且時(shí)，采用機(jī)床數(shù)控化改造方案最佳。 （2）當(dāng)且時(shí)，用追加投資回收期指標(biāo)進(jìn)行決策。 ……………………………………（1） 式中：T—投資回收期（年）。如果，選擇機(jī)床改造方案最佳；當(dāng)時(shí)，選擇機(jī)床大修方案最佳。其中, 為企業(yè)或部門規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)投資回收期。 （3）當(dāng)且時(shí)，機(jī)床更新是最佳方案。 （4）當(dāng)且時(shí)，同樣采用追加投資回收期進(jìn)行決策。 ……………………………………（2） 如果時(shí)，選擇機(jī)床更新最佳；時(shí)，選擇機(jī)床改造方案最佳。其中，同上為標(biāo)準(zhǔn)投資回收期 b)經(jīng)濟(jì)合理性 針對(duì)原CA6140普通車床，具體各種方案指標(biāo)如表2所示。（1）機(jī)床大修和數(shù)控化改造方案比較：將數(shù)據(jù)代入式（1）得：（年）；（2）機(jī)床數(shù)控化改造和更新比較：將數(shù)據(jù)代入式（2）得：（年）；（3）經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)論：按照本行業(yè)來(lái)源的標(biāo)準(zhǔn)投資回收期一般為3年，通過(guò)以上經(jīng)濟(jì)分析發(fā)現(xiàn)，故選擇機(jī)床數(shù)控化改造是最佳方案。 綜上所述，可以得出對(duì)機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的。 3、本課題的關(guān)鍵問(wèn)題及解決問(wèn)題的思路 要解決機(jī)床的數(shù)控改造，第一步必須清楚改造后機(jī)床的加工條件及加工能力范圍，再按照這個(gè)條件選好電機(jī)以及各組件，最后對(duì)主軸所有組件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。在選擇電機(jī)的過(guò)程中，要了解數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，制定出控制方案。再根據(jù)加工要求設(shè)計(jì)出主軸大致驅(qū)動(dòng)路線，選擇主軸傳動(dòng)各組件，如軸承，剛性主軸等，在選擇這些組件的時(shí)候需要考慮到主軸剛度，強(qiáng)度以及抗震性等要求，通過(guò)反復(fù)驗(yàn)證最后確定最后結(jié)果。選擇出各組件后，根據(jù)之前的傳動(dòng)方案再對(duì)這些組件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)要做到結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，傳動(dòng)精度最高，加工高速，高效，磨損最小，加工工藝方案最簡(jiǎn)單等。 1）如何保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度？ a選擇最優(yōu)的軸承及軸承精度 b提高主軸自身的制造精度 c提高主軸各組件的裝配精度及調(diào)整精度 2）如何保證主軸系統(tǒng)的靜剛度 a合理選擇主軸軸承配置及適當(dāng)?shù)念A(yù)加載荷 b合理選擇主軸的形狀及尺寸 c合理布置主軸主件的結(jié)構(gòu)，前后支承的距離及主軸前端的懸伸量等 3）保證主軸的抗震性，耐磨性，熱變形達(dá)到要求 4、完成本課題所需的工作條件及解決辦法 完成本課題需要詳細(xì)掌握Y3150E滾齒機(jī)的機(jī)床結(jié)構(gòu)，各傳動(dòng)鏈，以及機(jī)床加工范圍，機(jī)床伺服系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)的選取規(guī)則，機(jī)床結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，機(jī)床主軸設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)零部件選取規(guī)則等，關(guān)于這些方面的工具書都可在圖書館借到。 要完成機(jī)床設(shè)計(jì)，還少不了要畫圖，這就需要計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)。其中二維圖主要以AUTOCAD繪圖軟件為主。要知道本設(shè)計(jì)的完成效果以及市場(chǎng)效應(yīng)，就需要進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)與調(diào)研，這可在學(xué)校專業(yè)實(shí)驗(yàn)室完成。 5、工作方案分析及進(jìn)度計(jì)劃 1）工作方案 本設(shè)計(jì)是立足于已有的Y3150E機(jī)床外型結(jié)構(gòu)進(jìn)行的滾刀主軸部分?jǐn)?shù)控改造，在排出原有的滾刀主軸部分的機(jī)構(gòu)后，重新設(shè)計(jì)新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其主要工作可分為以下幾個(gè)部分： a確定改造后機(jī)床加工能力和范圍 b根據(jù)確定的加工范圍選擇伺服電機(jī) c主軸部件的設(shè)計(jì)，包括主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及主軸旋轉(zhuǎn)精度，靜剛度，抗震性，熱變形，耐磨性的確定。 d主軸設(shè)計(jì)，包括主軸參數(shù)的設(shè)計(jì)及校核，主軸剛度計(jì)算等 e主軸主件的選取 f繪制出主軸部分裝配的二維圖 2）進(jìn)度計(jì)劃 1-4周完成文獻(xiàn)綜述、外文翻譯、開(kāi)題報(bào)告； 5-6周完成方案設(shè)計(jì)及論證 7-14周完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15-16周上交設(shè)計(jì)資料和答辯準(zhǔn)備 17周畢業(yè)論文答辯 報(bào)告人： 年 月 日 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 指導(dǎo)教師： 　　 年 月 日 開(kāi)題報(bào)告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立撰寫。 7