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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： 數控銑床X軸進給系統(tǒng)結構設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： D機加工121 學 號： 231120320 學生姓名： 李響楠 指導教師： 劉桂芝 2016年 3月 11日 本科畢業(yè)設計(論文)開題報告 學生姓名 李響楠 學 號 231120320 專 業(yè) 機械設計制造 及其自動化 指導教師姓名 劉桂芝 職 稱 教授級高工 所在院系 工業(yè)中心 課題來源 D 課題性質 A 課題名稱 數控銑床X軸進給系統(tǒng)結構設計 畢業(yè)設計內容和意義? 采用類比法，進行數控銑床X軸進給系統(tǒng)的設計。達到X軸向受力要求，以及X軸進給系統(tǒng)的強度、剛度要求。 畢業(yè)設計的具體內容： 1、 了解數控銑床X軸進給系統(tǒng)主要零件 2、 CAD繪制數控車床X軸驅動裝配圖以及各個零件的零件圖 3、 數控銑床X軸進給系統(tǒng)驅動電動機的選擇型 4、 設計計算：X軸向慣量匹配的計算、X軸向轉矩匹配的計算、X向進給力的計 算、X向滾珠絲杠預拉伸量的計算 5、滾珠絲杠的計算及選擇 6、正確設計選擇進給系統(tǒng)的各個部件 7、各個零件成本計算以及課題成本計算 ? 本課題研究的意義： 本課題對數控銑床X軸進給系結構進行了設計，其意義如下： 1、設計中的X軸向慣性、扭矩以及進給力的計算，以及各個零件受力分析計算有利于更深層次了解數控銑床，精確的計算分析可以大大提高今給系統(tǒng)的傳動精度和傳動的平穩(wěn)性 2、進給系統(tǒng)中采用了滾珠絲桿傳動，為提高進給系統(tǒng)的靈敏度和定位精度且防止爬行，必須降低數控銑床進給系統(tǒng)的摩擦，并減少靜、動摩擦系數差，一般采用滾珠絲杠副。滾珠絲杠副效率可達85%—98%，是普通滑動絲杠副的2-4倍，且摩擦角小于1°，因此不會產生自鎖現象。 3、、進給伺服系統(tǒng)是數控裝置和機床機械傳動間的連接環(huán)節(jié)，是數控機床的重要組成部分，它包含機械、電子、機電等各種部件。伺服驅動電動機是今給系統(tǒng)的動力部件，它提高所需要的動力。在對進給系統(tǒng)設計的同時也對銑床整體有了更多的認真，對機床進給系統(tǒng)有更多掌握。 4、優(yōu)秀的進給系統(tǒng)有利于提高生產質量提高生產效率，能夠大大增加零件生產精度，更利于實現高精度高要求零件生產加工。 文獻綜述 隨著社會生產和科學技術的迅速發(fā)展，機械產品日趨精密復雜，且需求頻繁改型，特別是在宇航.造船.軍事等領域所需要的機械零件，精度要求高，形狀復雜，批量小。加工這類產品需要經常改裝或調整設備，普通機床或專用化程度高的自動化機床已不能適應這些要求。為了解決上述問題，一種新型的機床——數控機床應運而生。[1]這種新型機床具有適應性強加工精度高加工質量穩(wěn)定和生產效率高等優(yōu)點。它綜合應用了電子計算機 自動控制 伺服驅動精密測量和新型機械結構等多方面的技術成果，是今后數控機床發(fā)展的方向。 數控銑床發(fā)展趨勢是[2]：1952年試制成功世界上第一臺數控機床試驗性樣機；1953年美空軍與麻省理工學院協(xié)作，創(chuàng)制APT自動編程系統(tǒng)；1958年美國研制成功自動換刀裝置的數控機床，稱為“加工中心”；1965年出現了小規(guī)模集成電路，數控系統(tǒng)發(fā)展到第三代；1970年以后美國英特爾公司開發(fā)使用了微處理器；20世紀80年代出現了柔性制造單元FMC。 國內數控機床的發(fā)展[3]：中國從1958年開始研究數控技術，到20世紀60年代中期處于研制開發(fā)階段。1965年進入晶體管數控裝置的研制。60年代末至70年代初研制成功了數控銑床。20世紀80 年代，中國先后從日本美國等國家引進了部分數控裝置和伺服單元技術，并于1981年開始批量生產數控系統(tǒng)，包括數控裝置和伺服單元。 數控銑床X軸進給系統(tǒng)發(fā)展趨勢[4-7]：銑刀的旋轉為主切削運動，Y軸的驅動裝置帶動工件旋轉以及X軸驅動裝置通過工作臺帶動工件沿 X 向的移動為進給運動，XY 軸驅動裝置相互配合，可保證銑削沿著加工螺紋的方向進給，螺紋的加工采用分層銑削的方式來逐漸達到螺紋的深度，在每一層采用 XY 兩個軸同時進給，即XY 平面直線進給的方式來合成螺紋的銑削進給。對于不同的螺距，可通過計算確定相應的 XY 同時進給值來保證，對于多頭螺紋，則按照分頭加工的原則，先加工完一頭后編程讓Y軸驅動裝置帶動工件轉過相應角度后，再開始加工另一頭螺紋，為保證加工的精度，加工前應保證工件軸線與X軸平行，同時銑刀的軸線要與工件軸線垂直相交；有許多因素均會對進給運動精度產生重要影響，如導軌的非線性、摩擦特性等。另外，單從零件精度評判機床精度的角度來看，除了伺服運動軸的動態(tài)性能外，機床的機械運動精度的影響因素包括各軸間運動關系等因素是不可忽視的，在排除工藝和環(huán)境因素外，找出最能表現機床精度影響加工誤差的型面有重大意義；用球桿儀和光柵尺同時測量了兩軸聯(lián)動精密工作臺的走圓運動。上述研究中基于平動軸的跟蹤誤差研究較為深入細致，而針對五軸聯(lián)動數控機床的轉動軸引起的誤差則研究較少；閉環(huán)控制系統(tǒng)中進行連續(xù)切削加工時，輪廓跟隨精度與伺服驅動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性關系，推導了跟隨誤差與輪廓誤差之間的數學關系。 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 伺服進給系統(tǒng)的基本要求[8]：定位精度要高，跟蹤指令信號的響應要快，系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。穩(wěn)定性：所謂穩(wěn)定的系統(tǒng)，即系統(tǒng)在輸入量改變、啟動狀態(tài)或外界干擾作用下，其輸出量經過幾次衰減振蕩后仍能迅速地穩(wěn)定在新的或原有的平衡狀態(tài)下。它是伺服進給系統(tǒng)能夠正常工作的基本條件，包含絕對穩(wěn)定性和相對穩(wěn)定性(穩(wěn)定裕度)。精度：所謂伺服進給系統(tǒng)的精度，是指系統(tǒng)的輸出量復現輸入量的精確程度(偏差)，即準確性。它包含動態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程出現的偏差；穩(wěn)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程結束后，系統(tǒng)存在的偏差；靜態(tài)誤差，即元件誤差及干擾誤差。常用的精度指標有定位精度、重復定位精度和輪廓跟隨精度。精度用誤差來表示，定位誤差是指工作臺由一點移動到另一點時，指令值與實際移動距離的最大差值。重復定位誤差是指工作臺進行一次循環(huán)動作之后，回到初始位置的偏差值。輪廓跟隨誤差是指多坐標聯(lián)動時，實際運動軌跡與給定運動軌跡之問的最大偏差值。影響精度的參數很多，關系也很復雜。采用數字調節(jié)技術可以提高伺服驅動系統(tǒng)的精度。速度響應特性：所謂快速響應特性，是指系統(tǒng)對指令輸入信號的響應速度及瞬態(tài)過程結束的迅速程度。它包含系統(tǒng)的響應時間，傳動裝置的加速能力。它直接影響機床的加工精度和生產率。系統(tǒng)的響應速度越快，則加工效率越高，軌跡跟隨精度也高。但響應速度過快會造成系統(tǒng)的超調，甚至會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此，應適當選擇快速響應特性。 數控銑床X軸進給系統(tǒng)設計要求[9]： (1)保證實現規(guī)定的進給量。 (2)能傳遞要求的扭矩。 (3)有足夠的靜剛度和動剛度。 (4)保證要求的進給傳動精度。 (5)低速、微量進給系統(tǒng)要保證運動的平穩(wěn)性和靈敏度。 (6)結構緊湊、便于操縱、容易維護、加工及裝配工藝性好。 數控銑床X軸進給系統(tǒng)影響因素[10-11]：由于數控機床進給系統(tǒng)的傳動齒輪副存在間隙，在開環(huán)系統(tǒng)中會造成進給運動的位移值滯后于指令值；反向時，會出現反向死區(qū)，影響加工精度。傳動系統(tǒng)的設計，包括傳動方式的選擇，根據傳動精度要求，確定數控機床的脈沖當量；滾珠絲杠導程及精度等的確定，滾珠絲杠支承選擇；精度驗算等過程。 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 參考文獻： 1、文懷興．數控銑床設計．北京：化工工業(yè)出版社，2006.01：1-3 2、王愛玲．現代數控機床．北京：國防工業(yè)出版社，2009.03：12-13 3、周巍松. 數控機床控制原理. 合肥：合肥工業(yè)大學出版社, 2012.08:13-15 4、陳炳森，胡華麗，楊鴻鋒. 簡易改造立式數控銑床進行螺桿的銑削加工. 第31卷 第 9期 2009-09 5、謝東.丁杰雄.霍彥波.杜麗.王偉. 數控機床轉動軸進給系統(tǒng)輪廓誤差分析. 國家科技重大專項（2010ZX04015－011） 6、陶濤，梅雪松,姜歌東.基于球桿儀和光柵尺的工作臺精度調整［Ｊ］．納米技術與精密工程，2005，3(4)：268-272． 7、孫建仁．數控機床進給伺服系統(tǒng)特性影響加工精度的分析［Ｊ］．蘭州理工大學學報，2004，30（3）：45-47． 8、周利平.數控裝備設計，重慶：重慶大學出版社，2011.3：73-76 9、陳立德,機械制造裝備設計，高等教育出版社,2010.06：46 10、文懷興．數控銑床設計．北京：化工工業(yè)出版社，2006.01：44-48 11、文懷興．數控銑床系統(tǒng)設計．北京：化工工業(yè)出版社，2011.09：119-122 研究內容 1、 先熟悉數控銑床X軸進給系統(tǒng)主要零件 2、 進給系統(tǒng)驅動電動機的選型與計算 3、 設定好進給系統(tǒng)機械傳動部分的剛度要求以及其承載能力 4、 分析計算X軸向的受力要求 5、滾珠絲杠副的選型與各方面承載能力以及拉伸力預緊力的計算，并選擇與其配合軸承型號 ?6、各個零部件的成本分析 研究計劃 研究周期與時間安排 畢業(yè)設計起止日期：2.22—6.10（第1周—第16周） 起 止 日 期 工 作 內 容 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，暨完成該課題 所采用的技術路線、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(tǒng)運動簡圖 第5周 (3.21-3.25) 完成X軸向慣量,轉矩,匹配的計算和X向進給力 第6周 (3.28-4.01) 完成裝配圖設計 第7周 (4.04-4.08） 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 (5.23-5.27) 制作答辯PPT，打印圖紙，準備答辯 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 本論文特色與創(chuàng)新如下： （1）設計中對進給系統(tǒng)中各個零件的應力以及X軸向慣性、扭矩以及進給力的精確計算增加了進給系統(tǒng)的精確度和穩(wěn)定性。 （2）數控銑床進給系統(tǒng)是由數控銑床工作臺及X/Y/Z三軸驅動機構組成，其中X軸是機床在加工時與Y軸聯(lián)動直接帶動工件作兩個方向的運動執(zhí)行機構。 X軸與Y/Z兩軸驅動的伺服進給機構不僅對進給運動的速度實現自動控制，還要對工件相對于刀具的位置實現自動控制。 （3）對進給系統(tǒng)各個部件的強度、剛度以及各項力學要求承載能力進行了計算分析，以達到最佳的傳動效果、高精度、高效率同時最大程度降低進給系統(tǒng)的制造成本提高了社會價值。 指導教師 意 見 指導教師簽名： 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