小型臥式數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用含NX三維及14張CAD圖帶開題,小型,臥式,數(shù)控,銑床,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),應(yīng)用,利用,運(yùn)用,nx,三維,14,cad,開題 設(shè)計(jì)開題報(bào)告 二級(jí)學(xué)院 專業(yè) 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 聯(lián)系方式 題目 小型臥式數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用 1、 選題背景（設(shè)計(jì)的社會(huì)與市場的需求性、生產(chǎn)必要性、經(jīng)濟(jì)性等） 隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，很多企業(yè)已經(jīng)越來越注重精細(xì)化生產(chǎn)和發(fā)展，從而來滿足人們對(duì)復(fù)雜多變的產(chǎn)品的需要。因而，在現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中，小批量多品種零件的加工生產(chǎn)占產(chǎn)品總數(shù)量的比例會(huì)越來越高，而零件的復(fù)雜性和精度等級(jí)要求也會(huì)迅速地提高，所以很多產(chǎn)品都需要進(jìn)行銑削加工。數(shù)控技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，已成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。數(shù)控銑床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，目前迅速發(fā)展起來的加工中心、柔性加工單元都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開銑削方式。由于數(shù)控銑削工藝最復(fù)雜，需要解決的技術(shù)問題也最多，因此人們?cè)谘芯亢烷_發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及自動(dòng)編程語言的軟件時(shí)，也一直把銑削加工作為重點(diǎn)。 二、課題設(shè)計(jì) 2.1課題的內(nèi)容 設(shè)計(jì)要求：滿載功率1kw，最高轉(zhuǎn)速500rpm，進(jìn)給傳動(dòng)最低速度0.01mm/r，高速度0.2mm/r，最大載荷1000N，精度±0.05mm。 主要完成 1、開題報(bào)告（包含文獻(xiàn)綜述），外文資料的翻譯（2000字符以上）； 2、確定機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案、并進(jìn)行概念設(shè)計(jì)、畫出草圖； 3、完成主軸及其軸上零件的裝配。 4、完成進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并完成運(yùn)動(dòng)仿真，完成裝配工程圖、主要零件工程圖； 5、完成設(shè)計(jì)說明書（至少8000字以上）。 2.2課題的目的 機(jī)械工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供先進(jìn)技術(shù)裝備的任務(wù)，而機(jī)床工業(yè)是機(jī)械工業(yè)的重要組成部分，是為機(jī)械工業(yè)提供先進(jìn)制造技術(shù)和裝備的工業(yè)。機(jī)床擁有量、產(chǎn)量、品種和質(zhì)量、是衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。因此，機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。 與普通機(jī)床不同，數(shù)控機(jī)床加工零件的過程完全自動(dòng)的進(jìn)行，加工過程中人工不能干預(yù)。因此，首先必須將所加工的件的全部信息，包括工藝過程、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡及走刀方向、位移量、工藝參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切屑深度）以及輔助動(dòng)作（換刀、變速、冷卻、夾緊、松開）等，按加工順序采用標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定的程序指令編寫出正確的數(shù)控加工程序，然后輸入到數(shù)控設(shè)備的控制系統(tǒng)中，隨后控制系統(tǒng)按數(shù)控程序的要求控制數(shù)控機(jī)床對(duì)零件進(jìn)行加工。所謂的數(shù)控編程，一般指包括零件圖樣分析、工藝分析與設(shè)計(jì)、圖形數(shù)學(xué)處理、編寫輸入程序清單、程序校驗(yàn)的全部工作過程。數(shù)控編程可分為手工編程和全自動(dòng)編程兩種方式。 2.3課題的意義 大學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年中的一項(xiàng)非常重要的工作，其通過根據(jù)大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，運(yùn)用機(jī)械原理的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而很好地培養(yǎng)了自己在實(shí)踐中提出問題，分析問題，解決問題的實(shí)踐能力，為畢業(yè)后能成為一名優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員做了很好的鋪墊。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的題目是：《小型臥式數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用》，通過此次的設(shè)計(jì)，我可以對(duì)數(shù)控銑床主軸的內(nèi)部零件結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)方式，工作原理等方面能有進(jìn)一步的理解；通過小型臥式數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用設(shè)計(jì)，從而掌握銑床主軸設(shè)計(jì)的基本原理和方法，同時(shí)也能夠?qū)Ｓ勉姶仓鬏S的設(shè)計(jì)作進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和理解應(yīng)用；同時(shí)也能夠很好的提高自身的專業(yè)技能水平，爭取早日成為一名優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員。 2.4 文獻(xiàn)綜述 數(shù)控銑床的主要特點(diǎn) 1、高柔性及工序復(fù)合化 數(shù)控銑床具有柔性（可變性）高和工序復(fù)合化的特點(diǎn)。所謂“柔性”即靈活、通用和萬能性，可以適應(yīng)加工不同形狀工件的自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控銑床的發(fā)展已經(jīng)模糊了粗、精加工工序的概念，打破了傳統(tǒng)的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程，可最大限度地提高設(shè)備利用率。 數(shù)控銑床一般都能完成鉆孔、鏜孔、鉸孔、銑平面、銑斜面、銑槽、銑曲面（凸輪）、攻螺紋等加工。而且，一般情況下，可以在一次裝夾中，完成所需的加工工序。 2、加工精度提高 目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量（即每發(fā)出一個(gè)脈沖后滑板的移動(dòng)量）一般為0.001mm。高精度的數(shù)控系統(tǒng)可達(dá)0.0001mm，一般情況下可以保證工件的加工精度。另外，數(shù)控加工可避免工人的操作誤差，一批加工工件的尺寸同一性比較好（包括工件的主要尺寸和倒角等尺寸的同一性），而且還可以利用軟件進(jìn)行精度校正和補(bǔ)償，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 3、生產(chǎn)效率高 零件加工所需要的時(shí)間包括機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間量部分。數(shù)控銑床能夠有效的減少這量部分時(shí)間，因而加工生產(chǎn)率比一般銑床高得多。良好的結(jié)構(gòu)剛性允許數(shù)控銑床大切削用量的強(qiáng)力切削，有效的節(jié)省了機(jī)動(dòng)時(shí)間。數(shù)控銑床移動(dòng)部件的快速移動(dòng)和定位采用了加速和減速措施，因而選用了很高的空行程運(yùn)動(dòng)速度，消耗在快進(jìn)、快退和定位的時(shí)間要比一般銑床少的多。 數(shù)控銑床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量都是無級(jí)變速的。因此，有利于選擇最佳切削用量。 4、減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度 數(shù)控銑床對(duì)零件加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的。操作者除了操作鍵盤、裝卸工件和中間測(cè)量及觀察機(jī)床運(yùn)動(dòng)外，不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，可大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。 由于數(shù)控銑床具有以上獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此數(shù)控銑床已成為機(jī)械制造業(yè)的主要設(shè)備。但是，數(shù)控銑床的編程操作比較復(fù)雜，對(duì)編程人員的素質(zhì)要求較高。否則很難發(fā)揮數(shù)控銑床的作用。 本文根據(jù)公司生產(chǎn)加工需要改裝一臺(tái)銑床,主要用于銑削平面和鉆孔，對(duì)主軸部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，但仍要用原來的主軸箱，要求主軸的轉(zhuǎn)速范圍為40r/min—4000r/min，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)確定典型的切削工藝可以求得主軸的切削功率為5.4KW，根據(jù)切削功率與主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率η確定機(jī)床傳動(dòng)的功率Ｐ，然后，根據(jù)機(jī)床傳遞的功率Ｐ來選擇電機(jī)的類型。為了滿足主軸的轉(zhuǎn)速要求，選擇合適的傳動(dòng)比和軸承。 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì) 1. 高速、高效、高精度、高可靠性 （1） 高速、高效加工 進(jìn)入21世紀(jì)，機(jī)床向高速化方向發(fā)展:大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工質(zhì)量和精度.上世紀(jì)90年代以來歐、美、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。 （2）高精度、超精密化加工 當(dāng)前，機(jī)械加工高精度的要求較普通的加工精度提高了一倍.達(dá)到5微米;精密加工精度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，超精密加工精度進(jìn)入納米級(jí)(0.001微米)，主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.01-0.05微米，加工圓度為0.1微米加工表面粗糙度Ra0.003微米等從精密加工發(fā)展到超精密加工〔特高精度加工)，是世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)(<10nm).其應(yīng)用范圍日趨廣泛 （3）高可靠性 是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠對(duì)于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率P(t)=99%以上的話，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障運(yùn)行時(shí)間MTBF 就必須大于3000小時(shí).當(dāng)前國外數(shù)控裝置的MIBF值已達(dá)60000小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000小時(shí)以上. 2. 模塊化、智能化、柔性化和集成化 (1)模塊化、專門化與個(gè)性化 為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床多品種、小批量的特點(diǎn).機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機(jī)床性能價(jià)格比顯著提高并加快優(yōu)化。個(gè)性化是近幾午來特別明顯的發(fā)展趨勢(shì). (2)智能化 在數(shù)控系統(tǒng)中智能化的內(nèi)容包括①為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化:如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成:②為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算等:③簡化編程、簡化操作方面的智能化:④智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容等。 (3)柔性化和集成化 數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床) 、線(FMC 、FMS F、TL F、ML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、工廠自動(dòng)化FA)、體(CIMS,分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展. 3. 開放性 為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個(gè)性化、多品種、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的耍求，最重耍的發(fā)展趨勢(shì)是體系結(jié)構(gòu)的開放性，設(shè)計(jì)生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國的OMAC,歐共體的OSACA及日本的OSEC發(fā)展開觸式數(shù)控的計(jì)劃等。 三、課題研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀： 世界數(shù)控機(jī)床的年產(chǎn)量已在15萬臺(tái)以上（產(chǎn)值超過200億美元）總擁有量超過100萬臺(tái)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家數(shù)控機(jī)床品種已超過150種。1992年日本的年產(chǎn)量為32037臺(tái)，約占21%德國年產(chǎn)量為14758臺(tái)，約占10%；美國年產(chǎn)量為6663臺(tái)，約占4.4%；原蘇聯(lián)(在1985年時(shí))年產(chǎn)量為17600臺(tái)，約占11.7%；我國年產(chǎn)7450臺(tái)，約占5%；臺(tái)灣年產(chǎn)5385臺(tái)，約占3.5%。僅日、德、美三國，年產(chǎn)數(shù)控機(jī)床就占世界數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量的36%。 日本、美國、英國、德國、法國、意大利等六國1989年金屬切削機(jī)床的總產(chǎn)值與1980年比，僅增加54%，但同期數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)值比1980年刪增加了256%。1990年，日本數(shù)控機(jī)床的年產(chǎn)量已達(dá)61697臺(tái)，年產(chǎn)量的數(shù)控化率為31.8%，年產(chǎn)值的數(shù)控化率為76%。其他五國的年產(chǎn)量數(shù)控化率均在20%以上，年產(chǎn)值數(shù)控化率均在50%以上。上述六國擁有量數(shù)控化率在10%以上。1994年日本擁有量的數(shù)控化率為20.8%。 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的機(jī)床廠均生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，普通機(jī)床已逐步甩給第三世界營家去生產(chǎn)。在數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)中，生產(chǎn)最多的仍然是普通數(shù)控機(jī)床，特別是數(shù)控車床，但發(fā)展最快的則是可以自動(dòng)換刀的加工中心。在近幾年的國際機(jī)床展覽會(huì)上，展品均以加工中心及由加工中心為主體的柔性加工單元及柔性制造系統(tǒng)為主?，F(xiàn)在，日本、箍國、美國等三國生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)約占國際市場的三分之二。 在目前世界機(jī)床擁有量中，高檔(數(shù)控機(jī)床及柔性加工單元)、中檔(非數(shù)控的高效自動(dòng)化機(jī)床)、低檔(手動(dòng)操作的普通機(jī)床)之平均比例約為5 ：6O ：35。在工業(yè)化國家中，高、中、低檔機(jī)床比例約為10 ：65 ：25，高、中檔機(jī)床比重大；在發(fā)展中國家，高、中、低檔機(jī)床的比例約為1 ：19 ：80，低擋機(jī)床的比重高達(dá)60-90%，數(shù)控機(jī)床所古比例不超過1%。例如，美國、日本數(shù)控機(jī)床在機(jī)床總擁有量中的比重約為10%，中國的擁有量數(shù)控化率還不超過1%。 數(shù)控機(jī)床是發(fā)展軍事工業(yè)的戰(zhàn)略物資。眾所周知的1985年“東芝事件”充分反映了數(shù)控機(jī)床在國防工業(yè)現(xiàn)代化方面所起的至關(guān)重要的作用。由于數(shù)控機(jī)床所處的特殊的戰(zhàn)略地位，工業(yè)發(fā)達(dá)國家通過制訂產(chǎn)業(yè)政策，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)發(fā)展路線、產(chǎn)品開發(fā)、投資渠道、設(shè)備折舊制度、進(jìn)口限制、出口鼓勵(lì)、人員培訓(xùn)等方面給予大力支持。 (1)日本：日本政府于1956年、1971年和1978年三次制訂和修訂機(jī)械振興法，將數(shù)控機(jī)床列為國家重點(diǎn)支持的特定產(chǎn)品。 (2)美國：美國的汽車、機(jī)電、軍事工業(yè)和宇航業(yè)尖端技術(shù)在一段時(shí)期內(nèi)之所以能處于領(lǐng)先地位，一直靠本國的先進(jìn)機(jī)床工業(yè)支持。 (3)意大利：意太利政府于1965年和1983年先后頒布了一系列法規(guī)，通過貸款和分期付款的方式鼓勵(lì)企業(yè)購置國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，為數(shù)控機(jī)床制造廠提供研究開發(fā)資金及出口信貸，對(duì)進(jìn)口日本機(jī)床提高關(guān)稅等，促進(jìn)了本國數(shù)控機(jī)床工業(yè)的迅速發(fā)展。 (4)西班牙：70年代西班牙的機(jī)床工業(yè)十分落后，1988年政府開始實(shí)施CN一1000NC開發(fā)計(jì)劃，使得效控機(jī)床發(fā)展很快，從而帶動(dòng)了汽車、飛機(jī)等制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的出口也有很大增長。西班牙在歐洲、南美洲和亞洲都占有一定的機(jī)床市場。 (5)印度：印度是一個(gè)農(nóng)業(yè)國家，進(jìn)入80年代以來，國內(nèi)汽車、鐵路、機(jī)械的高速發(fā)展，促使政府重視數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，通過引進(jìn)技術(shù)、實(shí)施特別補(bǔ)貼、執(zhí)行各種獎(jiǎng)勵(lì)政策及技術(shù)發(fā)展計(jì)劃(TUS)，印度數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量從1987年到1990年三年問平均以40%的速度高速增長。 據(jù)國際咨詢機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，今后世界上數(shù)控機(jī)床將以較高的速度發(fā)展，在金切機(jī)床中幾乎所有品種均可實(shí)現(xiàn)數(shù)控化；數(shù)控系統(tǒng)向高度集成(采用64位CPU)、高分辨率(0.1um)、小型化方向發(fā)展I加工中心的定位精度在5tun以內(nèi)，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)1萬轉(zhuǎn)／min以上，最高迭4—5萬轉(zhuǎn)／min，快速進(jìn)給速度達(dá)lOOm／min。機(jī)械加工向工序復(fù)合化、智能化方向發(fā)展。未來工廠將廣泛應(yīng)用數(shù)控機(jī)床、柔性加工單元和柔性加工生產(chǎn)線，最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。工廠可以靈活地根據(jù)用戶需要，在短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)、制造出全新的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)更高精度、效率和效益。 1、高精度化。國外效控系統(tǒng)的設(shè)定單位由1um發(fā)展到0.1um和0.01um。1992年7月，日本FANUC公司在慶祝該公司成立二十周年的新成果展示會(huì)上，展示了實(shí)現(xiàn)納米加工的整套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了0.001um／脈沖的控制系統(tǒng)，能順利執(zhí)行每個(gè)脈沖當(dāng)量為0．001um的伺服單元，伺服電機(jī)、氣浮絲杠、氣浮主軸等部件，能檢測(cè)納米級(jí)精度的高精度檢測(cè)反饋系統(tǒng)。據(jù)資料介紹，這是世界上第一個(gè)真正實(shí)現(xiàn)納米加工的成套技術(shù)。 2、高速化。快速行程已從24m／min提高到240m／min(當(dāng)設(shè)計(jì)單位為1um時(shí))，加工中心的切削進(jìn)給速度可達(dá)10m／min以上。數(shù)控系統(tǒng)已從16位微機(jī)發(fā)展到32位、64位機(jī)，或用40多個(gè)CPU 的結(jié)構(gòu)。FANUC公司開發(fā)的15B數(shù)控系統(tǒng)就采用了64位微機(jī)的RISC技術(shù)(壓縮、優(yōu)化程序、消除跟蹤誤差)。 3、高可靠性。FANUC公司的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障工作時(shí) (MTBF)是0.01次／月·臺(tái)，即實(shí)現(xiàn)了100個(gè)月里出現(xiàn)一次故障的高可靠性t從而使機(jī)器人也實(shí)現(xiàn)了0.013次／月·臺(tái)的高可靠性(另一種說法是國外數(shù)控系統(tǒng)的MTBF在1萬小時(shí)以上)。 4、系統(tǒng)化。在新廠籌建和老廠擴(kuò)建過程中，人們已注意到了耍在系統(tǒng)工程觀念指導(dǎo)下來添置數(shù)控機(jī)床、柔性加工單位及柔性制造系統(tǒng)、機(jī)器人等機(jī)電一體化產(chǎn)品。德國的維勒爾公司已經(jīng)給世界各國提供了上百條柔性制造系統(tǒng)。FANUC公司還在筑波科學(xué)城中按計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(O1MS)的五層結(jié)構(gòu)建成CIMS模式的工廠。富士通公司建立了紹津CIMS工廠，富士電機(jī)也建立了吹上C1MS工廠}德國的西門子公司建立了CIMS數(shù)控系統(tǒng)制造廠。 5、微型化。FANUC公司由于采用了64位傲處理器、RISC技術(shù)、SMT技術(shù)(表面涂裝技術(shù))，用液晶顯示器代替CRT及三維立體安裝等新技術(shù)．已將16、18等新數(shù)控系統(tǒng)鰭小到原有數(shù)控系統(tǒng)的1/3。同時(shí)，已開始與其它公司，政府部門合作，開展了徽型機(jī)器人的研制工作。用于醫(yī)學(xué)頓域的傲型機(jī)器人要能進(jìn)入人體，執(zhí)行打通血管阻塞的任務(wù)，還要在任務(wù)完成后自動(dòng)退出人體。 6、智能化。視覺、觸覺、模糊邏輯控制等智能化工作仍在積極進(jìn)行。如FANUC公司展示的7軸雙腕智能化機(jī)器人。日本在無人化工廠的研制上長期保持l～2個(gè)示范工廠的狀態(tài)現(xiàn)已打破，目前已有7個(gè)無人化工廠。FANUC公司在無人化工廠的研制上每年投入1億美元的研制費(fèi)。 7、由傳統(tǒng)的萬能機(jī)床向機(jī)床功能專用化和產(chǎn)品多樣化發(fā)展。由于機(jī)床的萬能性和多功能性，造成機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造周期長、成本也相應(yīng)提高。用戶往往只需要都分功能，但付出的卻是多功能的代價(jià)，功能浪費(fèi)了，根不經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)在機(jī)l床制造業(yè)從品種少、批量大的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換為多品種、專業(yè)化和小批量生產(chǎn)。對(duì)每一種具體的機(jī)床產(chǎn)品來說，它的功能應(yīng)該是有限的，適合用戶特定需要的，盡量步帶不必要的功能。如加工中心的刀庫，原來一般為60把刀，后考慮多數(shù)用戶需要的刀數(shù)還不到一半，生產(chǎn)企業(yè)把刀庫容量降到25把刀或以下。 8、以模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，功能專用化，已成為當(dāng)前機(jī)床發(fā)展的主流。這類機(jī)床是較為專用化的機(jī)床。這類機(jī)床在機(jī)床鎊售額中所占的比重，過去5～10年為3%，現(xiàn)在已達(dá)到10%，再過5～lO年，將達(dá)到50%以上。生產(chǎn)企業(yè)要為每個(gè)不同的用戶專門設(shè)計(jì)機(jī)床，而規(guī)格和功能完全相同的機(jī)床將缸來愈少。甚至于以后有可能不再出現(xiàn)。 9、發(fā)展經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和加工中心也成為當(dāng)前數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一種趨勢(shì)。經(jīng)濟(jì)型(國外多稱為廉價(jià)型)數(shù)控機(jī)床，加工中心，是美國、日本等國的機(jī)床業(yè)作為一個(gè)參與市場競爭的新策略而再現(xiàn)的。起初這些企業(yè)為擴(kuò)大銷售市場，眼光從西方轉(zhuǎn)向東方 什對(duì)中國大陸和東南亞這一片市場，如以功能復(fù)雜、檔次高而價(jià)格昂貴的效控機(jī)床、加工中心在市場上競爭并不有利，相反，以價(jià)廉和便于操作的數(shù)控機(jī)床來適應(yīng)，則更加符合于這些地區(qū)的實(shí)際需要。 10、“電子—— 機(jī)械”商品化。一般認(rèn)為機(jī)電一律化商品，機(jī)械部分成本較高?，F(xiàn)在國際市場上機(jī)電一體化商品中的“電子”部分的比例不斷增加。FANUC公司正準(zhǔn)備將成本中的電子都分增加到占60%，機(jī)械部分占40%，即形成以“電子”為主，以“機(jī)械”為輔的機(jī)電一體化商品。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 我國的數(shù)控機(jī)床無論從產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關(guān)鍵技術(shù)方面也取得了重大突破。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國可供市場的數(shù)控機(jī)床有1500種，幾乎覆蓋了整個(gè)金屬切削機(jī)床的品種類別和主要的鍛壓機(jī)械。這標(biāo)志著國內(nèi)數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期。 近年來我國機(jī)床行業(yè)不斷承擔(dān)為國家重點(diǎn)工程和國防軍工建設(shè)提供高水平數(shù)控設(shè)備的任務(wù)。如國產(chǎn)XNZD2415型數(shù)控龍門混聯(lián)機(jī)床充分吸取并聯(lián)機(jī)床的配置靈活與多樣性和傳統(tǒng)機(jī)床加工范圍大的優(yōu)點(diǎn)，通過兩自由度平行四邊形并聯(lián)機(jī)構(gòu)形成基礎(chǔ)龍門，在并聯(lián)平臺(tái)上附加兩自由度串聯(lián)結(jié)構(gòu)的A、C軸擺角銑頭，配以工作臺(tái)的縱向移動(dòng)，可完成五自由度的運(yùn)動(dòng)。該構(gòu)型為國際首創(chuàng)?；赗T一Linux開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)具有的實(shí)時(shí)性和可靠性，能在同一網(wǎng)絡(luò)中與多臺(tái)PLC相連接，可控制機(jī)床的五軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。該機(jī)床的作業(yè)空間4.5mx1.6mx1.2m，A軸轉(zhuǎn)角±1050,C軸連續(xù)轉(zhuǎn)角0一4000，主軸轉(zhuǎn)速(無級(jí))最高10000r/min，重復(fù)定位精度±0.01mm，可實(shí)現(xiàn)三維立體曲面如水輪機(jī)葉片，導(dǎo)葉的五軸聯(lián)動(dòng)高速切削加工。 超精密球的加面車床為陀螺儀工提供了基礎(chǔ)設(shè)備，這類車床也可用于透鏡模具、照相機(jī)塑料鏡片、條型碼閱讀設(shè)備、激光加工機(jī)光路系統(tǒng)用聚焦反射鏡等產(chǎn)品的加工。 高速五軸龍門銑床采用銑頭內(nèi)油霧潤滑冷卻、橫梁預(yù)應(yīng)力反變形控制等技術(shù)。這類銑床可用于航空、航天、造船、水泵葉片、高檔模具等的加工。 目前我國已經(jīng)可以供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的數(shù)控機(jī)床。同時(shí)，我國也已進(jìn)入世界高速數(shù)控機(jī)床和高精度精密數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國的行列。目前我國已經(jīng)研制成功一批主軸轉(zhuǎn)速在8000—10000r/min以上的數(shù)控機(jī)床。我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)近年來大力推廣應(yīng)用CAD等技術(shù)，很多企業(yè)已開始和計(jì)劃實(shí)施應(yīng)用ERP、MRPII和電子商務(wù)。 “十五”期間 我國機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅猛。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局資料，2005年我國機(jī)床工具行業(yè)合計(jì)完成工業(yè)總產(chǎn)值l260億元人民幣，是“九五”末期的23倍；產(chǎn)品售收人1213億元，是“九五”末期的239倍。中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)公布的數(shù)據(jù)表明，在去年全行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值中，金屬加工機(jī)床銷售超過400億元人民幣，自2002年起連續(xù)三年銷售額已居日本、德國、意大利之后，排名第四位。 據(jù)國內(nèi)數(shù)控專家介紹，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展。世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而我國從上個(gè)世紀(jì)80年代開始起步，仍處于發(fā)展階段。 據(jù)中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)，“十五”期間，我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)實(shí)現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2001年為17521臺(tái)，2002年24803臺(tái)，2003年36813臺(tái)，2004年51861臺(tái)，是2001年的3.7倍，平均年增長39%；2005年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量59639臺(tái)，接近6萬臺(tái)大關(guān)，是“九五”末期的424倍。 業(yè)內(nèi)人士指出，“十五”期間，我國機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場需求旺盛。固定資產(chǎn)投資增速快，汽車和機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅猛，外商投資企業(yè)增長速度加快所致。 與機(jī)床迅猛發(fā)展的現(xiàn)狀相比，作為機(jī)床“心臟部件”的數(shù)控系統(tǒng)，2005年銷量雖然超過3萬臺(tái)，但處于低檔的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)占據(jù)較大比重。業(yè)內(nèi)專家不無憂慮地表示，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)近幾年雖有很大發(fā)展，但仍無法阻止進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)壟斷的局面。從2002年起，我國就步入世界最大的機(jī)床消國同和最大進(jìn)口國，僅以2004年為例，我國機(jī)床消費(fèi)量占世界機(jī)床產(chǎn)值的20%。2005年消費(fèi)量仍在增長。在我國機(jī)床消費(fèi)額中，進(jìn)口機(jī)床占據(jù)了半壁江山，其中絕太多數(shù)是數(shù)控機(jī)床。 長期以來，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進(jìn)展緩慢，高檔依靠進(jìn)口的局面，特別是國家重點(diǎn)工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。究其原因，國內(nèi)本土數(shù)控機(jī)床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進(jìn)水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了10-15年。同時(shí)我國在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的能力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對(duì)滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒有形成品牌效應(yīng)。同時(shí)，我國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 目前，我國進(jìn)口的數(shù)控系統(tǒng)基本為德國西門子（SIMENS）和日本發(fā)那科（FANUC）兩家公司所壟斷，這兩家公司在世界市場的占有率超過80%。在國內(nèi)尚無自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)高端數(shù)控系統(tǒng)替代的前提下，西門子和發(fā)那科擁有絕對(duì)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。加上高性能數(shù)控系統(tǒng)具有超越經(jīng)濟(jì)價(jià)值的戰(zhàn)略意義，發(fā)達(dá)國對(duì)出口中國的數(shù)控系統(tǒng)始終有所限制，甚至像五軸聯(lián)動(dòng)以上的高性能數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品絕對(duì)禁止向中國出口。 四、課題設(shè)計(jì)方案 4.1設(shè)計(jì)方案選型與分析（選擇多種方案比較，分析優(yōu)缺點(diǎn)） 加工工件所需的這些運(yùn)動(dòng)，必須由對(duì)應(yīng)的執(zhí)行部件來實(shí)現(xiàn)。加工中心的主運(yùn)動(dòng)一般都由主軸部件（主傳動(dòng)系統(tǒng)）來完成，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以由工件來完成；也可以由刀具來完成；或者是由刀具和工件來共同完成。這樣就影響到部件的相互位置關(guān)系的配制和總體關(guān)系。采用哪種形式與被加工工件尺寸、形狀、質(zhì)量和功能等因素有關(guān)。對(duì)具有鉆、銑的功能的立式加工中心，根據(jù)工件的質(zhì)量、尺寸等的不同，可以有以下幾種不同的運(yùn)動(dòng) 方案： 1.由工件完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 當(dāng)加工質(zhì)量較輕工件時(shí)，分別由Z-Y 向工作臺(tái)和升降臺(tái)來實(shí)現(xiàn)； 2.工作臺(tái)帶動(dòng)工件做一個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其他兩個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由刀具在立柱與橫梁上移動(dòng)來完成 所示，這種方案不僅適用于質(zhì)量大的工件加工，還可增多主軸頭，使加工中心的生產(chǎn)效率得到很大的提高。 4.2方案的確定 根據(jù)前面所述選擇方案二 當(dāng)加工較重或尺寸較高的工件時(shí)，則不宜由工件做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而是工作臺(tái)固定不動(dòng)，改為由刀具來完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。采用了立柱在床身上沿前后方向移動(dòng)來Y 方向的進(jìn)給；由刀具在橫梁上移動(dòng)來完成Z 向的進(jìn)給。通常見于大 、中型動(dòng)柱式加工中心。這種方案可以避免的尺寸工作臺(tái)在溜板兩端極限位置發(fā)生翹曲和大溜板加工難的問題，從而減少了溜板和結(jié)構(gòu)的多層，有利于提高機(jī)床精度。 4.3方案的特點(diǎn)及創(chuàng)新 由工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的進(jìn)給，而唷具來完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng) ) 所示，當(dāng)加工質(zhì)量較輕、體積較小的工件，且主軸部件的重量、體積較小時(shí)，也可以工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的進(jìn)給，而由刀具來完成垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。適用于小型加工中心，通常都采用固定立柱方式。由于立柱固定在床身上，就便于把刀庫、電柜等裝在立柱上. 5、 預(yù)期結(jié)果 1、開題報(bào)告（包含文獻(xiàn)綜述），外文資料的翻譯（2000字符以上）； 2、確定機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案、并進(jìn)行概念設(shè)計(jì)、畫出草圖； 3、完成主軸及其軸上零件的裝配。 4、完成進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并完成運(yùn)動(dòng)仿真，完成裝配工程圖、主要零件工程圖； 5、完成設(shè)計(jì)說明書（至少8000字以上）。 6、 設(shè)計(jì)主要步驟（介紹主要設(shè)計(jì)過程及設(shè)計(jì)說明書提綱） 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 1 緒論 1 1.3 本課題研究的內(nèi)容及方法 1 1.3.1 主要的研究內(nèi)容 1 1.3.2 設(shè)計(jì)要求 1 2 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 3 水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3 3.1 水平進(jìn)給滾珠絲桿副的選擇 4 3.1.1 導(dǎo)程確定 4 3.1.2 確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 4 3.1.3 估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及負(fù)重 4 3.1.4 確定絲桿的等效負(fù)載 4 3.1.5 確定絲桿所受的最大動(dòng)載荷 5 3.1.6 精度的選擇 6 3.1.7 選擇滾珠絲桿型號(hào) 6 3.2 校核 6 3.2.1 臨界壓縮負(fù)荷驗(yàn)證 7 3.2.2 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證 8 3.2.3 絲桿拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 8 3.3 電機(jī)的選擇 9 3.3.1 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 9 3.3.2 電機(jī)扭矩計(jì)算 10 4 垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 12 4.1 滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計(jì) 12 4.1.1 滾珠絲杠副的傳動(dòng)原理 12 4.1.2 滾珠絲杠副的傳動(dòng)特點(diǎn) 12 4.1.3 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整 13 4.1.4 軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法 14 4.2 滾珠絲杠的選擇 16 4.2.1 滾珠絲杠的精度 16 4.2.2 滾珠絲杠參數(shù)的計(jì)算 16 4.3 伺服電機(jī)的選擇 20 4.3.1 最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 20 4.3.2 負(fù)載慣量的計(jì)算 20 4.3.3 空載加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算 22 4.4 導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 22 4.5 聯(lián)軸器的選擇 23 4.6 軸承的選擇 24 4.7 滾珠絲杠副的安全使用 25 5 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)機(jī)構(gòu)及主軸設(shè)計(jì)計(jì)算 27 5.1 電機(jī)的選擇 27 5.2 同步帶傳動(dòng)計(jì)算 27 5.2.1 同步帶計(jì)算選型 27 5.2.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 30 5.2.3 同步帶的設(shè)計(jì) 32 5.2.4 同步帶輪的設(shè)計(jì) 33 5.4 主軸組件設(shè)計(jì)計(jì)算 35 5.4.1 主軸的材料與熱處理 35 5.4.2 主軸直徑的選擇 36 5.4.3 主軸前后軸承的選擇 37 5.4.4 軸承的選型及校核 38 5.4.5 主軸前端懸伸量 39 5.4.6 主軸支承跨距 40 5.4.7 主軸結(jié)構(gòu)圖 41 5.4.8 主軸的校核 41 5.4.9 軸承壽命校核 44 5.4.10 主軸組件中相關(guān)部件 44 6 主軸工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 47 6.1 電機(jī)的選型 47 6.2 同步帶傳動(dòng)計(jì)算 48 6.2.1 同步帶計(jì)算選型 48 6.2.2 同步帶的設(shè)計(jì) 51 6.3 主軸主軸的設(shè)計(jì) 51 6.3.1 確定主軸主軸最小直徑 51 6.3.2 求軸上的載荷 52 6.3.3 按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 53 6.3.4 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 53 結(jié)論 57 致 謝 58 參考文獻(xiàn) 60 七、進(jìn)度計(jì)劃 序號(hào) 任務(wù)名稱 開始時(shí)間 結(jié)束時(shí)間 1 選題 2 查閱中、外文獻(xiàn)資料，外文資料翻譯，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 3 開題 4 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 中期檢查 6 上交畢業(yè)設(shè)計(jì)正稿打印版及電子材料，畢業(yè)設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)說明書光盤，完成畢業(yè)答辯ppt 7 畢業(yè)答辯 八、參考文獻(xiàn) [1] 張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社，2001（2）：45～49. 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