數(shù)控加工中心鏈?zhǔn)降稁煸O(shè)計-24把刀含開題及8張CAD圖,數(shù)控加工中心,鏈?zhǔn)?設(shè)計,24,開題,cad XXX設(shè)計（XX） 開題報告 課題名稱 數(shù)控加工中心鏈?zhǔn)降稁煸O(shè)計 專 業(yè) 專業(yè)方向 班 級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 教研室 XX XX 20XX年 3 月 2 日 1選題背景和意義 1.1選題背景 自動換刀裝置(Automatic Tool Changer)主要應(yīng)用于大型及中型數(shù)控加工中心，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)換刀的功能。工件只需要一次定位，可完成多個表面的加工，提高了整體的加工精度。目前，已成為提高數(shù)控機床效率、精度的決定性因素之一。鏈?zhǔn)降稁焓亲詣訐Q刀裝置的一種類型，可以使得機床和整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力得到改善，減少加工過程中的輔助時間，達到機床理想的效率和經(jīng)濟性。因此，鏈?zhǔn)降稁斓膬?yōu)化設(shè)計，有利于提高加工中心的各項機械性能，有利于增強機械制造生產(chǎn)力。 高性能、高精度、高速度和高可靠性是當(dāng)前數(shù)控機床的研究理想化目標(biāo)，隨著數(shù)控加工中心的不斷發(fā)展，對ATC的經(jīng)濟性和可靠性的要求也越來越高。我國的機床發(fā)展較晚，與發(fā)達國家還有一段距離，提升國產(chǎn)功能部件的產(chǎn)品性能迫在眉睫。因此，應(yīng)該走裝備制造業(yè)、自行研發(fā)數(shù)控機床各組成部件的道路，通過不斷探索和研究，多學(xué)科、多領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，改善和提高數(shù)控系統(tǒng)的各項性能。為了提高數(shù)控加工中心的自主化研發(fā)能力，應(yīng)該從基本課題入手，可通過校企合作，理論與實踐相結(jié)合，不斷改進功能部件的精度和可靠性，對國家制造業(yè)的發(fā)展作出貢獻。 1.2課題研究的意義 一個零件往往需要進行多工序的加工，而單功能的數(shù)控機床，只能完成單工序的加工，如車、鉆、銑等。因此，在制造一個零件的過程中，大量的時間用于更換刀具、裝卸零件、測量和搬運零件等非加工時間上，切削時間僅僅占整個工時中的較小比例。為了縮短非切削時間，提高工作效率，我們便設(shè)計了帶有自動換刀系統(tǒng)的加工中心。 加工中心（Machining Center，MC）是適應(yīng)省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數(shù)控機床，它是綜合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通信診斷、刀具和編程技術(shù)的高科技產(chǎn)品。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間，使機床的切削利用率高于通用機床3倍～4倍，所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機床。 2 國內(nèi)外數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展情況（文獻綜述） 2.1國外的發(fā)展情況 美國在1958年成功研制出第一臺加工中心，它是在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上增加了 換刀系統(tǒng)。對于加工中心的研宄至今已有半個多世紀(jì)，現(xiàn)在國外的加工中心主要 以多軸聯(lián)動、智能化、高精度、高速為發(fā)展方向。 目前國外的加工中心主軸轉(zhuǎn)速已經(jīng)能夠達到幾萬轉(zhuǎn)每分鐘，進給速度達到上 百米每分鐘，定位精度已達到納米級，這些一般是通過智能補償、前饋方式等控制 方式，加上使用高速電主軸、直線電機、分辨率高的檢測元件等機床部件實現(xiàn)的。 其高精度高速度的加工中心有瑞士米克郎MIKRON生產(chǎn)的超高速加工中心 XSM400，其主軸轉(zhuǎn)速為60000rpm，進給速度達到80m/min，加速度為2.5g。 2.2 我國的發(fā)展情況 我國對數(shù)控機床的研制起步晚，于1958年研制出第一臺數(shù)控機床。早期由于 發(fā)展條件差，基礎(chǔ)薄弱，發(fā)展緩慢，嚴(yán)重影響了我國制造業(yè)的發(fā)展。從1979年我 國開始引進國外先進的數(shù)控技術(shù)，經(jīng)過不斷的發(fā)展，我國在上世紀(jì)80年代末開始 研宄加工中心，北京機床研宄所等聯(lián)合機構(gòu)研發(fā)出第一臺加工中心。 隨著科技的進步和市場的需求量上升，促進了我國的數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，國產(chǎn) 加工中心在質(zhì)與量上都取得了很大的進步。目前國內(nèi)有很多生產(chǎn)加工中心的機床 廠，其中著名的機床廠家如廣州數(shù)控、華中數(shù)控、沈陽機床、濟南二機床和北京凱恩帝等。在2006年，濟南二機床研宄出了 XHV2420X40型龍門式鏜銑加工中心，該加工中心能夠?qū)崿F(xiàn)五軸聯(lián)動，一次裝夾可完成五個面的加工。2008年江蘇新 瑞集團推出了自主研發(fā)的LM50—5X車銑復(fù)合加工中心，該加工中心共九個軸， 可實現(xiàn)五軸聯(lián)動，能夠加工復(fù)雜零件，其快移速度為24m/mm。2010年武漢重型 機床集團聯(lián)合華中科技大學(xué)研發(fā)出具有自主產(chǎn)權(quán)的數(shù)控七軸五聯(lián)動螺旋槳加工重 型車銑復(fù)合機床，機床加工直徑最大為8.5m，其定位精度達到0.025mm，該機床成功 應(yīng)用在螺旋槳的加工，在該項技術(shù)上突破了國外對我國技術(shù)的封鎖。 從以上研宄成果中可看出我國機床發(fā)展速度快，但與國外先進的機床相比仍 然存在差距。在以后的發(fā)展中應(yīng)該加快步伐，在研宄關(guān)鍵零部件、主要功能部件、 數(shù)控系統(tǒng)等技術(shù)上下功夫，以促進我國加工中心整體水平的提高，達到國外機床 研制水平。 3 擬解決的關(guān)鍵問題及難點 3.1擬解決的關(guān)鍵問題 本次設(shè)計其主要任務(wù)是數(shù)控加工中心鏈?zhǔn)降稁煸O(shè)計，通過本次設(shè)計能夠滿足刀庫滿載容量24把刀；換刀時間小于等于3.5秒；刀具最大重量不超過8kg以及鏈?zhǔn)降稁斓短拙€速度為22-35m/min等。本次設(shè)計擬解決的關(guān)鍵問題為：工件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機床按不同工序自動選擇、更換刀具，自動對刀、自動改變主軸轉(zhuǎn)速、進給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序。因而大大減少了工件裝夾時間，測量和機床調(diào)整等輔助工序時間，對加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟效果。 3.2本次設(shè)計的難點 本次設(shè)計的難點有：通過資料的查閱，如何合理化對數(shù)控加工中心鏈?zhǔn)降稁旖Y(jié)構(gòu)方案進行選擇、比較、論證與確定；2、如何利用機械設(shè)計等書籍，對結(jié)構(gòu)方案中涉及到軸等零件進行設(shè)計、計算與校核；對標(biāo)準(zhǔn)件進行合理的選擇與確定。3、任何利用繪圖軟件對鏈?zhǔn)降稁旖Y(jié)構(gòu)裝配圖及主要零件圖進行繪制及二次優(yōu)化。 4 課題研究的內(nèi)容及可行性分析 4.1課題研究的內(nèi)容 1、數(shù)控加工中心鏈?zhǔn)降稁旖Y(jié)構(gòu)方案的選擇、比較、論證與確定； 2、刀庫驅(qū)動電機功率的計算及電機型號的確定。 3、刀庫傳動方式的選擇與確定。 4、結(jié)構(gòu)方案中涉及到軸等零件的設(shè)計、計算與校核；標(biāo)準(zhǔn)件的選擇與確定。 5、刀庫控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。 6、鏈?zhǔn)降稁斓慕Y(jié)構(gòu)裝配圖及主要零件圖的繪制與優(yōu)化。 4.2方案初步擬定 1、刀庫結(jié)構(gòu)方案的擬定 加工中心上普遍采用的刀庫是盤式刀庫和鏈?zhǔn)降稁臁１敬卧O(shè)計選用鏈?zhǔn)降稁?，常用的有單排鏈?zhǔn)降稁旌图娱L鏈條的鏈?zhǔn)降稁臁? （1）單排鏈?zhǔn)降稁? 如圖4-1所示。這種刀庫結(jié)構(gòu)簡單，適用于刀具數(shù)量不多的場合。 圖4-1 單排鏈?zhǔn)降稁? （2）加長鏈條的鏈?zhǔn)降稁? 如圖4-2所示。這種刀庫使用加長鏈條，讓鏈條折疊回繞可提高空間利用率，進一步增加存刀量。鏈?zhǔn)降稁旖Y(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容量大，鏈環(huán)的形狀可根據(jù)機床的布局制成各種形狀。同時也可以將換刀位突出以便于換刀。在一定范圍內(nèi)，需要增加刀具數(shù)量時，可增加鏈條的長度，而不增加鏈輪直徑。因此，鏈輪的圓周速度可不增加，刀庫運動慣量的增加可不予考慮。 圖4-2 加長鏈條的鏈?zhǔn)降稁? 通過上面的選擇與比較，權(quán)衡后選擇單排鏈?zhǔn)降稁臁? 2、驅(qū)動刀庫類型的擬定 驅(qū)動刀庫，目前常見的方式有伺服電動機驅(qū)動和液動機驅(qū)動兩種， （1）伺服電動機驅(qū)動 伺服電機可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。 （2）液壓機驅(qū)動 液壓驅(qū)動容易實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍較大。容易實現(xiàn)過載保護，一般裝有安全閥便可防止過載。運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，容易吸收沖擊和振動。液壓驅(qū)動能在各種方位傳動，容易實現(xiàn)往復(fù)傳動。由于其體積小、傳遞的功率大，可在較小的空間內(nèi)傳遞復(fù)雜的運動形式。這些特點使液壓傳動在組合機床和自動線中應(yīng)用十分普遍。 但由于工作液體不可避免會有漏損、油液具有微小的可壓縮性、管路會產(chǎn)生彈性變形，因此液壓傳動不宜用于傳動要求嚴(yán)格的傳動系統(tǒng)中。 通過上面對兩種驅(qū)動方式的比較，加上我國加工中心都選用伺服電機驅(qū)動方式，在本設(shè)計中也將采用伺服電動機來驅(qū)動。 3、刀庫傳動方案的擬定 （1）蝸輪蝸桿傳動 蝸桿傳動用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動。在絕大多數(shù)情況下，兩軸在空間是互相垂直的，軸交角為90°。它廣泛應(yīng)用在機床、汽車、儀器、起重運輸機械、冶金機械以及其他機械制造部門中，最大傳動功率可達750 kW，通常用在50kW以下；最高滑動速度 可達35m/s,通常用在15m/s以下。 蝸桿傳動的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、沖擊振動小以及能得到很大的單級傳動比。在傳遞動力時，傳動比一般為8～100，常用的為15～50。在機床工作臺中，傳動比可達幾百，甚至到1000。 （2）齒輪傳動 齒輪傳動的特點是：齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。優(yōu)點：傳動效率高；傳動比大；傳遞扭矩大；壽命長。 為使伺服電機在最佳狀態(tài)下工作，一般不采用伺服電機的低速段。刀庫需要在伺服電機恒轉(zhuǎn)矩下運轉(zhuǎn)工作，否則不能達到刀庫需要的轉(zhuǎn)矩，這就要求減速裝置既要很大的減速比，又要保證電機工作在恒轉(zhuǎn)矩下工作，齒輪傳動不能實現(xiàn)大的傳動比，因此，選用蝸桿減速裝置。 5 進度安排 2月25日---3月5 日：畢業(yè)實習(xí)、調(diào)研，收集資料，查閱中外文文獻，完成開開題報告等工作。 3月6 日---3月26 日：比較方案，確定方案，完成實習(xí)報告，外文翻譯。 3月27日---4月27 日：完成計算及畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）全部內(nèi)容，完成所有圖紙的繪制工作。 4月27日---5月 17 日：編寫、裝訂畢業(yè)設(shè)計說明書，完成并提交畢業(yè)設(shè)計全部設(shè)計內(nèi)容。 5月18日---5月27 日：準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯；根據(jù)審核意見，修改、完善畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容；并將修改、完善后的畢業(yè)設(shè)計全部內(nèi)容刻成光盤；參加畢業(yè)設(shè)計答辯； 5月28日---6月5日：提交畢業(yè)設(shè)計全部設(shè)計內(nèi)容和光盤。提交申報優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計的有關(guān)資料。 6月6日---6月13日：參加畢業(yè)設(shè)計答辯。 6 主要參考文獻 [1] 邱宣懷，機械設(shè)計.北京:高等教育出版社，1997.7 [2] 王永章，杜君文，程國全，數(shù)控技術(shù).北京:高等教育出版社，2005.11 [3] 吳宗澤，羅圣國，機械設(shè)計課程設(shè)計手冊.北京:高等教育出版社，1999.6 [4] 哈爾濱工業(yè)大學(xué).機床設(shè)計圖冊.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979.6 [5] 張寶林.數(shù)控技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社，1997.8 [6] 楊繼昌，李金伴.數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.8 [7] 廉元國，張永洪，加工中心設(shè)計與應(yīng)用.北京，機械工業(yè)出版社，1995.11 [8] 劉朝儒，彭福蔭，高政一，機械制圖，北京：高等教育出版社，2001.8 [9] 機械設(shè)計手冊編委會，機械設(shè)計手冊（3）.北京，高等教育出版社，2006.4 [10] 張耀宸主編.機械加工工藝設(shè)計手冊 [M].北京：航空工業(yè)出版社，1987.56-79 [11] 任嘉卉.《公差與配合手冊》[M].北京：機械工業(yè)出版社 1990 [12] 張孝恩.加工中心交換工作臺定位機構(gòu)的改進[J].制造技術(shù)與機床2005.7:117 [13] 張孝恩.保證加工中心交換工作臺定位精度的方法[J].機械制造 2005.5:63 [14] 范真.《加工中心》[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2004 [15] 沙杰.《加工中心結(jié)構(gòu)、調(diào)試與維護》[M].北京：機械工業(yè)出版社 2003 [16] 韓鴻鸞、榮維芝.《數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)與維修》[M].北京：機械工業(yè)出版社 2004 [17] 羅敏.用分度數(shù)控軸實現(xiàn)加工中心工作臺分度功能的設(shè)計方法[J].制造技術(shù)與機床 2007.2:35-38 [18] 花國梁主編.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京：北京工業(yè)學(xué)院出版社，1984.6-32 [19] 戴曙.《金屬切削機床設(shè)計》[M].北京：機械工業(yè)出版社 1981 機械工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告指導(dǎo)教師評語表 指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師： 年 3 月 8 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)小組意見 ： 審核人： 年 月 日