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開 題 報 告 題 目 斜床身臥式數(shù)控車床的結構設計 1 一 選題背景與意義 1 機床行業(yè)是國民經(jīng)濟基礎裝備產(chǎn)業(yè) 也是裝備制造業(yè)發(fā)展的重中之重 機床產(chǎn)業(yè)對于發(fā)展 發(fā)展新技術產(chǎn)業(yè) 國民經(jīng)濟和增強國家的綜合國力有著十分重要的作用 機床產(chǎn)品的發(fā)展是高 精 高速 高效 一批多坐標 復合 智能型 我國機床工具行業(yè)已取得了長足的發(fā)展與進步 但是 與發(fā)達國家相比 我們的差距仍然明顯 主要表現(xiàn)在設計方法的落后 設計標準很難和 國際發(fā)達國家的技術標準相接軌 在機械加工行業(yè)中 由于需要加工復雜的工件 普通的機床 已經(jīng)不能滿足加工要求 從而出現(xiàn)了自動控制機床以及數(shù)字控制機床 來加工復雜的曲面和形 狀的工件 斜床身數(shù)控車床因其具有獨特的優(yōu)點 因而成為數(shù)控車床中比較出色的床種 是數(shù) 控車床中主要的品種之一 在數(shù)控機床當中占非常重要的位置 近幾十年來一直受到了世界各 國的普遍關注與重視并且得到了快速的發(fā)展 我國機床行業(yè)近幾年雖然取得了長足的發(fā)展與進步 但是與發(fā)達國家相比 我們的差距仍 然明顯 我國在這類機床上也是平平淡淡 沒有很大的成就 低檔產(chǎn)品產(chǎn)能過剩 從國內(nèi)的機 床行業(yè)發(fā)展情況可看出 大部分機床廠都在生產(chǎn)數(shù)控車床 數(shù)控機床成本較高 不夠智能化 沒有突出的產(chǎn)業(yè)結構 科技基礎薄弱 產(chǎn)品質量水平低 產(chǎn)品在使用過程中 經(jīng)常出現(xiàn)故障與 癱瘓 以至于生產(chǎn)效率很難提高 我國機床工業(yè)技術水平低 重大技術裝備和關鍵產(chǎn)品遠不能 滿足國名經(jīng)濟快速增長的需要 與發(fā)達國家相比 我國機床工業(yè)企業(yè)物流在產(chǎn)品質量 技術水 平還是在市場競爭能力方面 均存在著階段性的差距 而且還有進一步拉大的趨勢 不少企業(yè) 裝備陳舊 生產(chǎn)工藝落后 產(chǎn)品質量不穩(wěn)定 一些基礎元器件和零部件的可靠性差 基礎機床 的精度 效率較低 由于國產(chǎn)機床的質量不能滿足用戶的需求 導致近幾年機床進口驟增 進 出口逆差巨大 盡管國內(nèi)機床市場需求旺盛 但將近一半的國內(nèi)市場被外商占領了 目前高精 尖產(chǎn)品市場被西方發(fā)達國家占領 大型 重型和普通機床市場被俄羅斯占領 普及型數(shù)控機床 臺灣產(chǎn)品大量涌入 2 畢業(yè)課程設計是在學生學完大學課程及先行課程之后 在大學的最后階段進行的實習性創(chuàng) 新設計環(huán)節(jié) 是大學生的必修環(huán)節(jié) 本次設計目的在于通過機床運動機械變速傳動系統(tǒng)的結構 設計 是在擬定傳動和變速結構的結構方案過程中 得到設計構思 方案分析 結構工藝性 機械制圖 零件計算 編寫技術文件和查閱技術資料等方面的綜合訓練 樹立正確的設計思想 掌握基本的設計方法 并培養(yǎng)學生具有初步的結構分析 結構設計和計算能力 二 設計內(nèi)容 本次畢業(yè)設計的課題是斜身臥式數(shù)控車床的結構設計 該機床能實現(xiàn)兩聯(lián)動 具有刀具參 數(shù)補償 剛性攻絲 軌跡圖形等先進功能 能夠一次裝夾完成對復雜零件的外圓 端面 內(nèi)孔 螺紋等加工 主要用于加工高精度回轉體類型零件如軸類 盤類 套類 以及高精度各種規(guī)格 的內(nèi)外螺紋 可一次裝夾完成外形及內(nèi)孔的加工 此次課程設計的主要內(nèi)容是 斜床身臥式車床傳動系統(tǒng) 主軸箱設計 主軸箱內(nèi)軸的結構 2 設計 設計說明書等 1 根據(jù)所選工件計算切削用量 進一步選定電動機 2 分析制定傳動方案 設計傳動系統(tǒng) 3 對動力部件的齒輪 軸和軸承等部件詳細計算和校核 滿足強度要求 4 確定出最終的結構 繪制相關的零件圖和裝配圖 5 編寫設計說明書 設計課題涉及到課題的分析 資料的查詢整理 深入機床廠生產(chǎn)一線向使用者 設計者學 習 從而了解所設計的產(chǎn)品的成本 生產(chǎn)效率 用途和設計理念等 側重于設計 計算與制圖 能力的培養(yǎng)和工程基本訓練 具體要求包括 1 合理選擇各零件的材料 合理進行設計和校核 完成斜身車床的詳細計算 進一步鞏固 和掌握機械專業(yè)設計 積極聯(lián)系實踐 增強自己的知識儲備和設計創(chuàng)新思維 2 二維三維圖的設計 手工繪圖和計算機加強了專業(yè)繪圖技能 熟練掌握繪圖軟件 提高 運用和組織構思能力 3 學會搜集相關資料文獻 提高分析和解決問題的能力 4 要求設計斜身車床 機床總體設計要考慮涉及幾點 1 根據(jù)工件計算切削用量 選用合適的電動機 2 合理選擇機床的通用部件 3 選擇合理的機床的配置形式 4 設計高效率的工具 刀具和主軸箱 預期研究結果 1 機床采用高剛度 45 度斜床身布置 這種布局形式排屑容易 熱鐵屑不會堆積在導軌上 也便于自動安裝排屑器 操作方便易于安裝機械手 以實現(xiàn)單機自動化 2 直線導軌滿足高速高效要求 減少摩擦阻力及溫升變形 提高加工精度 并確保證了切 削加工精度的長期穩(wěn)定性 3 X Y 軸伺服電機通過彈性聯(lián)軸器與精密滾珠絲杠直連 精度高 絲杠兩端固定 受力 穩(wěn)定 提高了支撐座的支撐剛度 使頻繁高速定位 重切時引起的扭曲變形減到最低程度 4 高剛度的立式轉塔刀架 定位精度高 重切變形小 三 設計方案 1 數(shù)控車床總裝配草圖 斜床身數(shù)控車床的主視圖如圖 1 所示 左視圖如圖 2 所示 斜床身數(shù)控車床主要是由主傳動系 統(tǒng) 進給傳動系統(tǒng) 刀架系統(tǒng)和尾座等組成 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 床身 2 主軸箱 3 傳動座 4 絲杠 5 螺釘 6 工作臺 7 軸承 8 滑動導軌 9 尾座 10 燕尾導軌 圖 1 斜床身車床的主視圖 圖 2 斜床身數(shù)控車床的左視圖 2 主傳動系統(tǒng)設計 4 數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)大多數(shù)采用的是無級變速 無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服 主軸系統(tǒng)兩種 一般是采用直流或者交流主軸電機 通過帶傳動來帶動主軸旋轉 通過帶傳動 和主軸箱內(nèi)的減速齒輪來帶動主軸旋轉 變速齒輪如圖 3 所示 帶傳動如圖 4 所示 數(shù)控機床的主傳動要求較大的調速范圍 且變速按照控制指令自動進行 因此變速機必須 適應自動操作的要求 所以采用無級變速系統(tǒng) 機床主軸的傳動系統(tǒng)則采用交流伺服電動機直 接驅動主傳動 如圖 5 所示 圖 3 變速齒輪 圖 4 帶傳動 圖 5 電機直接驅動 3 進給傳動系統(tǒng)設計 數(shù)控車床進給傳動系統(tǒng)一般采用伺服進給系統(tǒng) 機械傳動部件和執(zhí)行元件組成機械傳動系 統(tǒng) 進給運動使刀架實現(xiàn)縱向和橫向進給運動的傳動 進給運動的兩個執(zhí)行構件是主軸和刀架 車削螺紋時 主軸和刀架之間有著嚴格的運動關系 車端面和圓柱面時 刀架和主軸之間無嚴 格的運動關系 橫向進給系統(tǒng)和縱向進給系統(tǒng)分別如圖 6 的 a 和 b 所示 橫向和縱向進給傳動用滾珠絲杠安裝在與普通車床相應的安裝裝置 選用步進電機 步進 電機經(jīng)無間隙聯(lián)軸器與滾珠絲杠副相連 絲杠采用的是可預緊安裝方式 以減小或消除因絲杠 自重而產(chǎn)生的彎曲變形 使絲杠的拉壓剛度有較大提高 絲杠不會因發(fā)熱而伸長 進步電機與 絲杠的聯(lián)接如圖 7 所示 a 橫向進給系統(tǒng) 5 b 縱向進給系統(tǒng) 圖 6 橫向和縱向進給系統(tǒng) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 絲杠 2 套筒聯(lián)軸器 3 7 錐銷 4 螺母 5 墊圈 6 支架 8 支架套 9 步進電機 圖 7 進步電機與絲杠的聯(lián)接 4 刀架系統(tǒng) 設計采用的是立式回轉刀架 也稱轉塔式刀架如圖 8 所示 通過回轉頭旋轉來實現(xiàn)車床的 自動換刀 刀架動作的順序為 系統(tǒng)發(fā)出換刀信號 刀架電機正轉 刀臺上升并轉位 刀架到 位信號 刀架電機反轉 粗定位夾緊 精定位夾緊 電機停轉 回答信號 加工 圖 8 轉塔刀架 5 尾座 6 數(shù)控車床上配置的尾座 一般是液壓尾座 尾座是裝在床身導軌上 沿著床身導軌移動 根據(jù)工件長短來調節(jié)位置 尾座的作用是利用套筒安裝頂尖 來支撐較長工件的一端 也可以 安裝鉸刀 鉆頭等道具來進行孔加工 尾座的外形要做到美觀 與機床設計風格相稱 尾座的 材料用 1 級鑄鐵 并且經(jīng)過時效處理 同時也可以用偏心機構把尾座固定在需要的位置上 尾 座和床頭箱頂尖水平面的偏移 4 參考文獻 1 羅曉芳 張金濤 簡玉山 等 數(shù)控刮削滾光機床的設計 J 制造技術與機床 2012 12 3 6 2 邢曉輝 王洪川 王貴飛 等 基于靈敏度分析的數(shù)控機床床身尺寸優(yōu)化設計 J 組合機床 與自動化加工技術 2013 15 4 35 38 3 李治 張玉花 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的軟釬焊焊點成形預測 J 熱加工工藝 2013 1 3 21 24 4 程龍 朱鐵標 羅曉芳 一種龍門機床自動旋轉頭庫設計 J 制造技術與機床 2013 9 1 3 5 叢明 劉冬 崔冬梅 等 基于靈敏度分析的大規(guī)格床身結構模糊優(yōu)化設計方法 J 大連 理工大學學報 2011 3 11 14 18 6 劉飛 梁霖 彭曉南 等 一種直角坐標系下圓度誤差最小區(qū)域評價實現(xiàn)方法 J 工具技 術 2011 5 15 23 28 7 劉飛 梁霖 徐光華 等 一種圓度誤差最小區(qū)域評價方法 J 組合機床與自動化加工技術 2011 7 6 13 19 8 張應中 羅曉芳 范超 裝配空間關系形式表達 J 計算機輔助設計與圖形學學報 2011 9 8 9 13 9 常京龍 吳慶利 納米微粒復合鍍層硬度和耐磨性測試 J 電鍍與精飾 2011 9 10 19 21 械制造 2009 6 13 20 25 11 Rahman M Mansur M A Feng Z Fabrication and evaluation of a steel fibre reinforced concrete column for grinding machines J Materials Design 1995 3 4 205 209 12 Zhou B L Bio inspired study of structural materials J Materials Science and Engineering 2000 C11 13 18 13 Cen H T Wang S Chen W Y New development in structural bionics J Journal of machine design 2003 11 1 4 in Chinese 14 Ren L Q Han Z W Li J Q Tong J Effects of non smooth characteristics on bionic bulldozer blades in resistance reduction against soil J Journal of Terramechanics 2002 39 221 230 15 Milwich M Speck T Speck O Stegmaier T Planck H Biomimetics and technical textiles Solving engineering problems with the help of nature s wisdom J American Journal of Botany 2006 93 1455 1465 16 成大先 機械設計手冊 M 第 5 版 北京 化學工業(yè)出版社 2008 3 103 130 7 五 指導教師評語 指導教師 簽字 年 月 日 六 審核意見 系主任 簽字 年 月 日