車銑復合加工機床W軸進給機構設計【說明書+CAD】
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南京工程學院工 業(yè) 中 心本科畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目:車銑復合加工機床W軸進給 機構設計 專 業(yè): 機械設計制造及其自動化 班 級: D機加工122 學 號:231120412學生姓名: 耿成超 指導教師: 劉桂芝、卞榮 2016年 3月 11 日本科畢業(yè)設計(論文)開題報告學生姓名耿成超學 號231120412專 業(yè)機械設計制造及其自動化指導教師姓名劉桂芝、卞榮職 稱研究員級高級工程師、講師所在院系工業(yè)中心課題來源D、自擬課題課題性質A、工程設計課題名稱車銑復合加工機床W軸進給機構設計畢業(yè)設計內容和意義采用比較法,文獻分析法對車銑復合加工機床W軸進給機構課題進行分析與研究,畢業(yè)設計的具體內容:主要零件包括:副主軸本體安裝板、滾珠絲杠(W)副、軸承座、軸承、隔套、鎖緊螺母、聯軸器、聯接漲套、法蘭、限位擋塊等。1、機械制圖CAD繪制數控可編程尾架傳動機構設計裝配圖0號圖 1張,繪制其它零件CAD圖紙,CAD圖紙折合0號1.5張。2、設計計算傳動機構慣量匹配的計算,傳動機構進給力的計算。3、技術經濟分析各零件成本分析,課題成本計算。本課題研究的意義:1、車銑復合加工機床的意義:通過一次裝夾零件完成多種加工工序,縮短了加工時間,提高了加工精度,因而受到用戶的歡迎。數控車銑復合機床是復合加工機床的一種主要機型,通常是在數控車床上實現平面銑削、鉆孔攻絲、銑槽等銑削加工工序,具有車削以及鏜削等復合功能,能夠實現一次裝夾、全部完工的加工理念。2、W軸進給機構的意義:車銑復合加工機床實現第二主軸軸向的運動執(zhí)行機構。該驅動伺服進給系統不僅要實現機床第二主軸的軸向進給,還要實現進給運動的速度自動控制,保證機床第二主軸的準確定位。3、通過分析與研究使自己了解到W軸進給機構的重要性,W軸進給軸作為第二主軸的進給機構對于整個進給系統來講,是不可缺少的一個組成部分。4、通過本次課題設計,提高了我的分析問題、解決問題的能力,在自己所研究的課題上有了較為深入的了解,對我自己四年專業(yè)學習是一個很大的提高。英文期刊文章引用:作者. 題名. 期刊名, 出版年份,期號:起止頁碼文獻綜述數控機床的發(fā)展背景與趨勢:現狀:我國數控機床的研制工作起步比較晚,于1958年由清華大學和北京第一機床廠合作研制了我國第一臺數控銑床,并于1958年開始試制成功第一臺電子管數控機床。1965 年開始研制晶體管數控系統,直到20 世紀60年代末至70年代初成功研制。從1980年起,我國加大改革開放的力度,先后從日、德、美、西班牙等西方國家引進CNC系統,對各種機、電、液、氣等基礎原件進行合作生產,極大地提高了產品的質量1。總體來說,從1958年研制出第一臺數控機床到現在,我國數控機床的發(fā)展大體可以分為三個階段:1958至1979年為第一階段,在這一階段內我國受到西方國家的封鎖和國內環(huán)境的影響,數控機床的發(fā)展采用的是封閉式摸索前進,數控機床的一些關鍵技術,如電、氣、液等核心技術達不到可靠性要求,故障常出;1980年至1995年為第二階段,我國提出了改革開放的政策,積極引進國外的先進數控技術,利用國外的先進產品配置和技術,期間我國的數控機床取得了長足的發(fā)展,逐漸縮小與國外先進國家的差距,但總體來說,這個階段屬于我國的仿制時期,自主研發(fā)的產品占少數;1996年至今為第三階段,我國實施產業(yè)化的戰(zhàn)略,控機床進入自主研發(fā)的時期,數控機床的產值比重也逐漸增大,數控機床無論從數量上還是在質量上都取得了較大的進步,某些核心的關鍵技術已經接近或者領先于世界水平2。趨勢:20世紀90年代開始,我國數控機床系統完成了16位機向32機位轉變,伺服驅動從直流向交流全數字式轉化,系統體系結構從封閉向開放轉變,控制系統由專用計算機向通用計算機轉變,加快了數控機床技術前進的步伐,具體來說數控機床會朝著高速化、精密與超精密化、開放化、技術集成化與技術復合化、智能化幾個方向發(fā)展3。本課題主要研究車銑復合加工機床W軸進給機構設計,進給系統的精度、靈敏度、穩(wěn)定性直接影響數控機床的定位和輪廓加工精度。從車銑復合加工機床的進給系統是由復合加工機床的C軸、拖板部件的X/Z兩軸驅動機構及第二主軸軸向進給W軸驅動機構組成,是車銑復合加工機床實現第二主軸軸向的運動執(zhí)行機構。該驅動伺服進給系統不僅要實現機床第二主軸的軸向進給,還要實現進給運動的速度自動控制,保證機床第二主軸的準確定位。從系統控制的角度看,決定進給系統性能的主要因素有系統的剛度、慣量、精度和動特性等4。傳動系統的剛度和慣量,直接影響到進給系統的切削能力和加減速性能;穩(wěn)定性和靈敏度;傳動部件的精度與系統的動態(tài)特性,決定了機床的輪廓加工和定位精度,在閉環(huán)控制系統中還影響系統的穩(wěn)定性。英文期刊文章引用:作者. 題名. 期刊名, 出版年份,期號:起止頁碼文獻綜述剛度:提高絲杠的剛度勢必可以提高系統的加工精度、穩(wěn)定性和加速性,當驅動電動機的加減速轉矩不變時,進給系統的慣量直接決定了系統的加速度;滾珠絲杠由于具有傳動效率高、磨損小、運動平穩(wěn)等特點,在機床中得到了廣泛的應用5。滾珠絲杠作為數控機床進給系統的重要元件,其性能直接影響了進給系統的定位精度。滾珠絲杠的剛度是造成進給系統失動的重要因素,因此需要對滾珠絲杠進行剛度分析,以獲得最大失動量,為進給系統的機構設計和定位精度提高提供依據。慣量:當驅動電動機的加減速轉矩不變時,進給系統的慣量直接決定了系統的加速度。數控機床是一種高效加工設備,它對進給系統的快速性要求較高,特別對于高速加工機床,為了在有限的行程內,使得運動軸達到每分鐘數十米、甚至上百米的高速,進給系統的加減速需要達到或超過1g(9.8m/s),因此,在滿足系統剛度的前提下,其傳動部件應盡可能減輕重量、縮小直徑,以降低慣量、加高快速性。間隙:傳動部件的間隙會影響系統的系統的定位精度,因此必須采取有效措施以消除傳動系統的間隙。滾珠絲杠螺母副和支承軸承的預緊是消除傳動系統間隙的常用措施,大部分傳動部件的消隙措施都會增加系統的摩擦阻力、引發(fā)發(fā)熱、甚至影響傳動部件的使用壽命6。摩擦:進給系統的摩擦阻力不但會降低傳動效率、導致發(fā)熱;且還直接影響系統快速性。此外,由于動、靜摩擦系數的變化,可能會導致傳動部件的彈性變形而產生非線性的摩擦死區(qū),從而影響系統的加工、定位精度,甚至引起低速爬行和動態(tài)不穩(wěn)定7。通過對進給系統中出現的幾個問題進行分析與探討,并提出如下解決方法: 1、提高滾珠絲杠進給系統機械剛度的措施:滾珠絲杠副的傳動剛度與滾珠絲杠副的結構和軸承的結構及布置、預緊力大小有關。因此,要提高滾珠絲杠進給系統的剛度主要從以下方面著手:(1)當減小滾珠直徑 ; (2)適當加大螺旋升角;(3)施加合適的預緊力;(4)改進滾珠循環(huán);(5)進一步提高滾珠絲杠螺母副的加工精度;(6)從根本上改進機床進給系統的結構,合理布置支承形式,采用新型結構設計機床8。文獻綜述2、減小慣量對進給系統的影響:數控機床是以在自動加工中實現精確的運動精度和高性能穩(wěn)定性為其主要特征的,進給傳動系統的慣量,直接影響其固有頻率,從而影響到系統穩(wěn)定性。慣量越小,剛度越大,則固有頻率越高,所以應選擇較小的慣量9。實踐和經驗表明,在當今數控機床進給系統設計中,對于提高固有頻率、滿足穩(wěn)定性要求環(huán)節(jié),主要是采取以下的方式:(1)通過慣量匹配和加速度校核環(huán)節(jié),確保較小的機械傳動慣量,從而保證進給傳動系統具有較大的固有頻率。(2)不再采用低固有頻率的傳動機構,而普遍采用高剛性、低摩擦系數的傳動機構。(3)當今數控機床伺服系統,已普遍采用數字交流伺服形式,性能有了大幅度提高,一般系統本身設有自動測試共振點的功能,并設置有多個對應不同頻率的抑制共振的濾波器,通過電氣調節(jié),消除共振10。3、減小間隙的措施:采用滾珠絲杠螺母副和支承螺母的預緊等方式。4、減小摩擦的措施:需要配套減少對部件之間的摩擦有助于提高系統的傳動精度和定位精度,進給系統部件必須有良好的防護措施,以避免灰塵或切屑、冷卻液的進入??偨Y:一個良好的進給系統需滿足剛度高、小慣量、無間隙、低摩擦等要素,剛度高會提高系統的加工精度、穩(wěn)定性和快速性;小的慣量減小系統的加速度,提高進給系統的加速精度;消除間隙會提高進給系統的定位精度和動態(tài)穩(wěn)定性;部件之間的潤滑可減少系統摩擦阻力,提高運動精度,避免低速爬行。文獻總素參考文獻:1廖朝洋,董大華.CKD6183數控車銑復合機床的設計.數控技術與應用A.20112吳南星,胡如夫,孫慶鴻數控車床絲杠進給系統剛度對定位精度的影響中國工程科學,():3 徐灝主編.機械設計手冊 .北京:機械工業(yè)出版社 1992.14機床設計手冊編寫組主編 .機床設計手冊.第三卷部件機構及總體設計 5龔仲華.現代數控機床設計典例.機械工業(yè)出版社,2014.2:50-516吳南星,胡如夫,孫慶鴻數控車床絲杠進給系統剛度對定位精度的影響J中國工程科學,2004,6(9):46497黃祖堯精密滾珠絲杠副實現高速化的前景J制造技術與機床,2001(3):578張伯霖,黃曉明,范夢吾高速數控機床三種進給系統的分析與評價J產品與技術,2003,2(4):88929黃祖堯精密高速滾珠絲杠副的最新發(fā)展及其應用J航空制造技術,2003(4):364010張政潑.數控機床進給傳動系統的慣量分析和校核A.裝備制造技術,2010:37-38.研究內容解決車銑復合加工機床W軸進給機構存在的問題:在剛度方面:如果進給傳動部件的剛度不足,必將會產生彈性變形,影響系統的加工精度、穩(wěn)定性和快速性。在慣量方面:車銑復合加工機床是一種高效的加工設備,它對進給系統的快速性要求較高,特別對于高速加工機床,為了在有效的行程內,使得運動軸達到每分鐘數十米、甚至上百米的高速,進給系統的加減速需要達到要求。在間隙方面:它直接影響系統的定位精度,而且還影響系統的動態(tài)穩(wěn)定性,因此,必須采取有效的措施以消除進給系統的間隙。在摩擦方面:摩擦阻力不但會降低傳動效率、導致發(fā)熱;而且還直接影響系統快速性。 研究計劃 研究周期與時間安排 第1周 (2.22-2.26) 收集資料,學習有關書籍文獻,參觀工廠,搜集設計過程 中所要遵照的有關國家標準并進行學習 第2周 (2.29-3.04) 提出完成課題的基本思路和方法, 完成該課題所采用的技 路線、方案,要設計和完成的任務 第3周 (3.07-3.11) 完成開題報告及外文材料翻譯 第4周 (3.14-3.18) 完成裝配圖草圖設計,繪制進給系統運動簡圖 第5周 (3.21-3.25) 完成傳動機構慣量匹配的計算、完成傳動機構進給力的計算 第6周 (3.28-4.01) 完成裝配圖設計 第7周 (4.04-4.08) 設計畢業(yè)設計中期檢查 第8周 (4.11-4.15) 進行零件圖計算機繪圖 第9周 (4.18-4.22) 完成零件圖計算機繪圖 第10周 (4.25-4.29) 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 (5.02-5.06) 遞交論文初稿 第12周 (5.09-5.13) 修改論文并定稿 第13周 (5.16-5.20) 論文評審及答辯資格確定 第14周(5.23-5.30)答辯 第15周 (5.30-6.03) 畢業(yè)設計(論文)答辯 第16周(6.06-6.10) 整理資料存檔特色與創(chuàng)新本文的特色與創(chuàng)新如下:1、 進給傳動系統加大絲杠的直徑,對絲杠進行預拉伸,對絲杠螺母副、支承部件進行預緊,以提高剛度并消除間隙。2、 經過慣量匹配計算,來降低慣量,提高了進給系統的快速響應性。3、 由于滾動滾珠絲杠、軸承、導軌,良好的潤滑使本課題具有良好定位精度和高靈敏度。指導教師意 見 指導教師簽名: 2016年 月 日 分中心意見中心意見 分中心主任簽名: 年 月 日 教學主任簽名: 年 月 日
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