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畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目：數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱變速操縱機構設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2012年 12 月 20日 1 畢業(yè)設計（論文）綜述 1.1 題目背景 機械行業(yè)是運用數(shù)控機床最多的，很多企業(yè)為了提高自己的生產(chǎn)效率，常常會對機床內(nèi)部結構進行多方面的改造。社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展為我國工業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，在現(xiàn)代一體化生產(chǎn)模式中運用了很多先進的設備。對于數(shù)控機床而言，主軸箱是其最為核心的組織結構，整個主軸箱影響著數(shù)控機床的變速情況[1]。大部分制造企業(yè)在實行技術改造時把重點放在了主軸箱變速器上，這是調(diào)整機床運行速度的重點。在設計過程中必須要對主軸箱的每個部件加以控制，這樣才能確保數(shù)控機床主軸變速性能的良好[2]。 1.2 研究意義 1.2.1 畢業(yè)設計在四年中的意義 畢業(yè)設計是教學計劃中最后一個綜合性實踐教學環(huán)節(jié)，是學生在教師的指導下，獨立從事設計工作的初步嘗試，是對即將步入社會的畢業(yè)生的能力的一次全面考核，其基本目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎理論、專業(yè)知識、基本技能研究和處理問題的能力。是學生對前三年所學知識和技能進行系統(tǒng)化、綜合化運用、總結和深化的過程。通過考察、立題、收集素材、設計方案等過程，檢查學生的思維能力、動手能力和掌握技藝的深度，并通過畢業(yè)設計、畢業(yè)答辯，來考核教學水平，對深化教學改革，提高教學質(zhì)量具有重要的意義。 1.2.2 本課題的意義 在車床、鏜床、銑床、插、拉床、磨床、數(shù)控加工中心、齒輪加工中心、切斷機床、特種加工機床、組合機床、柔性制造系統(tǒng)等眾多機械加工設備中，鏜銑床加工特點：加工過程中工件不動，讓刀具移動，并使刀具轉動（主運動），在實踐中具有“萬能機床”的稱號。 鏜銑床主要是刀具在工件上加工已有預制孔的機床。通常，刀具旋轉為主運動，刀具或工件的移動為進給運動。它主要是用來加工高精度孔或一次定位完成多個孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關的其他加工面的加工。 我的題目是數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱變速操縱機構設計與分析，本課題的意義是通過對主軸箱變速機構的分析，通過計算使我對主傳動系統(tǒng)的結構設計、結構組成、變速原理有了更深一層的了解和認識，曾強了我對知識的掌握能力和動手能力，我會盡全力做好。 1.3 國內(nèi)研究情況 我國臥式鏜床生產(chǎn)是在1954年由仿制開始的。目前已有13個省、一個自治區(qū)、三個直轄市的二十六個廠，臥式鏜床的年產(chǎn)量到1971年，已經(jīng)超過一千臺。臥式鏜床的品種，第一個五年計劃期間，只能生產(chǎn)主軸直徑85毫米的臥式鏜床，現(xiàn)在已經(jīng)能生產(chǎn)主軸直徑63、85、125、150等毫米的臥式鏜床及主軸直徑110毫米的加大主軸直徑和移動式鏜床。從只能根據(jù)國外圖紙生產(chǎn)單一產(chǎn)品，發(fā)展到自行設計試制并采用一定先進技術的多種產(chǎn)品。在無產(chǎn)階級大革命中，就有17個廠先后設計試制了三十一種臥式鏜床。其中直徑63毫米的有五種；直徑125毫米的有一種；無伸縮主軸簡易臥式鏜床有兩種；直徑160毫米落地鏜床有兩種，直徑200毫米的有一種，直徑250毫米的有一種。 當代臥式鏜銑床與落地式銑鏜床技術發(fā)展非?？?，主要體現(xiàn)在設計理念的更新和機床運行速度及制造工藝水平有很大的提高，另一方面是機床結構變化大，新技術的應用層出不窮[3]。臥式鏜銑床的結構向高速電主軸方向發(fā)展，落地式銑鏜床向滑枕式(無鏜軸)結構方向發(fā)展，功能附件呈高速、多軸聯(lián)動、結構型式多樣化的發(fā)展態(tài)勢，這將是今后一個時期技術發(fā)展的新趨勢。 1.4 國外研究情況 國外數(shù)控臥式鏜床和臥式加工中心均有突飛猛進的發(fā)展。其表現(xiàn)在于機床的結構、精度和壽命，以及自動化水平、生產(chǎn)效率等方面都有很大的提高。在產(chǎn)品開發(fā)工作上，采用模塊化設計和計算機輔助設計等現(xiàn)代化設計方法，在確保產(chǎn)品設計質(zhì)量和技術水平的前提下，產(chǎn)品品種大量涌現(xiàn)，變型產(chǎn)品也越來越多，除可滿足市場的需求外，并獲得了較大的經(jīng)濟效益。一些科學技術比較發(fā)達的國家，已由生產(chǎn)臥式鏜床轉向生產(chǎn)更高水平的自動化機床，并已生產(chǎn)和研制出更高一級的現(xiàn)代化水平的設備，從而為實現(xiàn)無人化工廠奠定了基礎[4]。國外數(shù)控臥式鏜床及臥式加工中心的形成、演變過程，一種是以普通臥式鏜床為基礎，配以控制系統(tǒng)，而成為數(shù)控臥式鏜床；進而在配以刀庫及機械手等獨立部件后，演變成為臥式加工中心；另一種是與普通臥式鏜床無關，獨立設計而成。很多機床公司都是由過去生產(chǎn)普通臥式鏜床轉而生產(chǎn)當代的數(shù)控臥式鏜床及臥式加工中心的。很多機床廠家已不生產(chǎn)一般的普通臥室機床，已將其擴散到發(fā)展中國家去生產(chǎn)，而把主要精力集中到更高級的數(shù)控臥式鏜床和臥式加工中心，并進行大量的科學研究工作因而取得了較大技術和經(jīng)濟利益。 2 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1 本課題研究的主要內(nèi)容 （1）了解主軸箱變速操縱機構的性能要求； （2）了解主軸箱變速操縱機構的工作原理，進行結構設計和計算分析； （3）設計指標：利用兩個液壓油缸，經(jīng)撥叉帶動雙聯(lián)滑移齒輪移動到需要的多個位置； （4）應用CAD系統(tǒng)對系統(tǒng)零件和裝配建模和仿真。 2.2 研究方案及方法 2.2.1主傳動總體方案選擇 數(shù)控機床的調(diào)速是按照控制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。在主傳動系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動機和直流主軸電動機無級調(diào)速系統(tǒng)，為擴大調(diào)速范圍，適應低速大轉矩的要求，也經(jīng)常應用齒輪有級和電動機無級調(diào)速相結合的調(diào)速方式[5]。 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有四種調(diào)速方式[6,7,8]，如圖1所示。 a.帶有變速齒輪的主傳動 大、中型數(shù)控機床采用這種變速方式，如圖1(a)所示，通過少數(shù)幾對齒輪降速，擴大輸出轉矩，以滿足主軸低速時對輸出轉矩特性要求。數(shù)控機床在交流或直流電動機無機調(diào)速的基礎上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速?；讫X輪的以為大都采用液壓缸加撥叉，或者直接由液壓缸帶動齒輪來實現(xiàn)。 b.通過帶傳動的主傳動 如圖1(b)所示，這種傳動主要應用于轉速較高、變速范圍不大的機床。電動機本身的調(diào)速能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動引起的振動和噪音。它使用于高速、低轉矩特性要求的主軸。常用的是V帶和同步齒形帶。 c.用兩個電動機分別驅動主軸 如圖1(c)所示，這是上述兩種方式的混合傳動，具有上述兩種性能。高速時電動機通過帶輪直接驅動主軸扭轉，低速時，另一個電動機通過兩級齒輪傳動驅動主軸旋轉，齒輪起到降速和擴大變速范圍，克服了低速時轉矩不夠且電動機功率不能充分利用的缺陷。 d.內(nèi)裝電動機主軸傳動機構 如圖1(d)所示，這種傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出轉矩小，電動機發(fā)熱對主軸影響較大。 圖1 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的四種配置方式 2.2.2 主傳動系統(tǒng)結構設計 機床主傳動系統(tǒng)的結構設計，是將傳動方案結構化，向生產(chǎn)提供傳動部件裝配圖，零件工作圖及零件明細表等。 機床傳動部件即主軸變速箱的結構設計主要內(nèi)容包括：主軸組件設計，操縱機構設計，傳動軸組件設計，其他機構（制動及換向機構等）設計，潤滑與密封裝置設計，箱體及其他零件設計等[9]。 主軸變速箱部件裝配圖包括展開圖，橫向剖視圖、外觀圖及其他必要的局部視圖等。如圖2所示[10,11]。 圖2 主軸箱裝配圖 3 本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱中采用兩個液壓缸，利用撥叉帶動齒輪移動，實現(xiàn)主軸變速。主軸箱變速操縱機構性能優(yōu)劣將影響機床的操縱性能。本課題研究的重點及難點在于設計方案和整體結構特點的確定。目前已經(jīng)查找和閱讀了大量期刊、書籍、報紙及優(yōu)秀碩士論文，并對相關數(shù)據(jù)進行了分析，初步擬定了設計方案和整體的結構。 4 完成畢業(yè)論文的工作步驟與時間安排 （1）第1—3周：調(diào)研并收集資料； （2）第3—6周：確定設計方案和整體結構特點； （3）第7—11周：完成結構設計計算； （4）第12—15周：完成裝配圖、三維建模和仿真；完成論文撰寫，準備答辯。 5.指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導老師： 年 月 日 6.所在系意見： 系主管領導： 年 月 日 參考文獻 [1] 許少民.我國機械行業(yè)中數(shù)控機床主軸變速箱的設計[J].機床改造技術,2009,18(11):155-157. [2] 凡仁建.當前數(shù)控機床改造的最新技術研究[M].機械工業(yè)出版社,2009,19(10):178-180. [3] Mou J, Liu C R.An error correction method for CNC machine tools using reference parts. Transactions of namre/sme, 1994. [4] Martin Healey. Principles of Automatic Control[M]. Industrial Robot: An International Journal.2001,28(5):414-419 [5] WANG Tian-cheng,CHEN Hong. Transmission design of stepless speed variarion of principal rotating motion of numerically-controlled machine tool[J].Assembly Automtion.2010,(1):32-35 [6] 機械設計手冊編委會.機械設計手冊［M］.第3版.北京：機械工業(yè)出版社.2004 [7] 成大先.機械設計手冊［M］.第4版.北京：化學工業(yè)出版社.2002 [8] 現(xiàn)代實用機床設計手冊編委會.現(xiàn)代實用機床設計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社,2006 [9] 周德海.數(shù)控機床中主軸變速箱各參數(shù)性能的設計[J].數(shù)控機床設計基礎,2009,30(10):44-47. [10] 常田玉.金屬切削機床的設計與計算[J].東南大學學報,2008,20(10):66-68. [11] 張文雪.金屬切屑機床中主軸變速箱的設計[Y].上海科學技術出版社,2002