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直驅(qū)的回轉(zhuǎn)工作臺 開題報告 班級 機0606-12號 姓名 王文東 指導教師 王科社 一、綜述 近年來，借助三維CAD建模和有限元分析優(yōu)化的緊密配合，可以精確設(shè)計出復雜而高效的各種機械產(chǎn)品，但與此同時，產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)和形狀也日趨復雜，例如多個自由曲面、多個非正交基準、薄壁厚等，使得加工難度也越來越大。 傳統(tǒng)數(shù)控機床的笛卡爾坐標進給運動配合球頭銑刀，雖然能夠加工簡答的自由曲面，但是因受到工具和工件之間可能的干涉限制，難以高效和準確的加工復雜的零件。因此在直線進給運動上疊加回轉(zhuǎn)進給運動的多軸聯(lián)動數(shù)控機床成為當前機床產(chǎn)品創(chuàng)新的主要趨勢。 隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展和國防建設(shè)的需要，對高檔數(shù)控機床提出了急迫的大量需求。機床制造業(yè)是一國工業(yè)之基石，它為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供重要的手段，是不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。即使是發(fā)達工業(yè)化國家，也無不高度重視。機床是一個國家制造業(yè)水平的象征。從某種意義上說，數(shù)控機床系統(tǒng)反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。 2009年我國制定出臺了一系列擴內(nèi)需、調(diào)結(jié)構(gòu)、保增長的應對措施，工業(yè)和信息化部及有關(guān)部門根據(jù)《裝備制造業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》和《“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項實施方案》及相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，組織實施了一批科技重大項目和技術(shù)改造項目，使機床工具行業(yè)保持持續(xù)增長，工業(yè)總產(chǎn)值實現(xiàn)同比增長16.1%。2009年我國機床產(chǎn)值和消費額分別達到153億美元和197億美元，均列世界第一位。通過各項政策措施的落實到位，促進了國產(chǎn)高檔數(shù)控機床及其配套產(chǎn)品的迅速發(fā)展，市場需求結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，企業(yè)兼并重組取得較大進展，重點企業(yè)的自主創(chuàng)新能力明顯增強。 高檔數(shù)控機床的自主創(chuàng)新成果顯著。自主創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化進程加快，企業(yè)開發(fā)了一批高速、精密、復合、多軸聯(lián)動數(shù)控機床，以及一批大規(guī)格、大噸位數(shù)控機床新產(chǎn)品，這些新產(chǎn)品基本滿足了國家重點工程用戶加工生產(chǎn)需要，在國民經(jīng)濟建設(shè)和國防軍工發(fā)展中起到了關(guān)鍵作用。在重型、超重型數(shù)控機床研發(fā)方面，重型龍門五軸聯(lián)動復合機床、超重型數(shù)控臥式鏜車床、五軸聯(lián)動葉片加工機床、數(shù)控重型曲軸銑車復合加工機床、大型數(shù)控沖壓生產(chǎn)線等一批國際先進水平的高檔數(shù)控機床的研制成功，滿足了航空航天、發(fā)電設(shè)備、汽車等重點領(lǐng)域?qū)τ诔罅慵闹攸c加工需求；高速/精密數(shù)控車床、加工中心等產(chǎn)品廣泛應用于汽車、航空航天、電子、軍工等多個行業(yè)領(lǐng)域，并帶動了眾多中小企業(yè)設(shè)備更新改造和產(chǎn)業(yè)升級。同時，主機發(fā)展帶動為其配套的數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動/電機、各類功能部件等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，延長了產(chǎn)業(yè)鏈，拉動了上下游產(chǎn)業(yè)及地方經(jīng)濟的發(fā)展。 二、研究內(nèi)容 所設(shè)計的數(shù)控轉(zhuǎn)臺最好要符合以下的主要指標：良好的分度精度和重復定位精度、精度保持性、承載能力、密封性能、足夠的剎緊力和回轉(zhuǎn)定位速度。 在數(shù)控轉(zhuǎn)臺驅(qū)動中，傳統(tǒng)的驅(qū)動方式通常是旋轉(zhuǎn)伺服電機加蝸輪、蝸桿副、齒輪副機構(gòu)，由于存在機械傳動鏈，雖有較好的靜態(tài)剛度，但在完成啟動、加速、減速、反轉(zhuǎn)及停車等運動時，會產(chǎn)生彈性變形、摩擦和反向間隙等，造成機械振動、運動響應慢、動態(tài)剛度差及其它非線性誤差，難以實現(xiàn)高精度加工。采用數(shù)控轉(zhuǎn)臺直接驅(qū)動技術(shù)實現(xiàn)“零傳動”，從而可以提高回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)精度與定位精度。 三、實現(xiàn)方法及預期目標 1回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)方案 回轉(zhuǎn)工作臺的總體布局為：床身作為支承轉(zhuǎn)臺軸承和工作臺的基礎(chǔ)部件固定于地面，上設(shè)有定心軸，回轉(zhuǎn)臺面可繞定心軸作旋轉(zhuǎn)運動。 精密轉(zhuǎn)臺式將雙向推力軸承于一個向心引導軸承緊固在一起這些快速安裝的預潤滑單元具備極高的剛性和承載能力，并且有特別高的旋轉(zhuǎn)精度。他們能夠承受徑向載荷、軸向載荷和顛覆力矩特別適合需要高精度運行的場合。 安裝注意！如果是常規(guī)設(shè)計安裝L系列支撐圈，軸承的摩擦力矩會有相應的增加，支撐圈的高度至少要是墊圈處的高度的2倍。 回轉(zhuǎn)工作臺（主體部分）的外觀圖 2床身 床身采用優(yōu)質(zhì)高強度鑄鐵，斷面設(shè)計密筋布置，并采用有限元分析，保證高的抗彎、抗扭剛度，使其具有高的固有頻率，提高抗振性。床身作為支承滑座和工作臺的基礎(chǔ)部件，為保證高載荷下基礎(chǔ)件不變形，床身下設(shè)有三排地腳墊鐵。 3工作臺 回轉(zhuǎn)工作臺采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵加工，工作臺的T型槽用于夾緊工件，工作臺中心有定位止口，與回轉(zhuǎn)軸軸同軸，可用于工件定位。 工作臺的回轉(zhuǎn)精度是由裝在滑座中心軸上的精密圓錐孔雙列圓柱滾子軸承保證，軸承外圈與錐套配合，錐套與工作臺錐孔經(jīng)精密研磨，而雙列圓柱滾子軸承與滑座上的定心軸也是錐孔定位，定心效果好。 安裝時在推力滾子軸承與工作臺回轉(zhuǎn)軸間調(diào)整有0.03~0.06mm間隙，當工作臺浮起時，此處間隙完全貼合，在精密圓錐孔雙列圓柱滾子軸承及推力滾子軸承的共同作用下，工作臺可完成精密回轉(zhuǎn)。 工作臺的回轉(zhuǎn)分度采用圓光柵進行全閉環(huán)控制，帶距離編碼功能，線數(shù)為36000線，系統(tǒng)精度1″，測量步距0.00005，同時配可調(diào)心型聯(lián)軸器，可將圓光柵回轉(zhuǎn)中心與回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)心調(diào)整一致。 作為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，在使用過程中，490位置的使用率比較大。本方案設(shè)計有490精確定位，通過機械方式調(diào)整，使490分度精度更高于任意位置分度精度。 4數(shù)控檢測 回轉(zhuǎn)軸設(shè)有零點限位?；剞D(zhuǎn)分度精度由精密圓光柵反饋數(shù)據(jù)至數(shù)控系統(tǒng)，再由電氣補償達到。直接測量，無需返回至參考點。 5可靠性分析 機械可靠性一般可分為結(jié)構(gòu)可靠性和機構(gòu)可靠性。結(jié)構(gòu)可靠性主要考慮機械結(jié)構(gòu)的強度以及由于載荷的影響使之疲勞、磨損、斷裂等引起的失效；機構(gòu)可靠性則主要考慮的不是強度問題引起的失效，而是考慮機構(gòu)在動作過程由于運動學問題而引起的故障。 6力矩電機 傳統(tǒng)機床轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)進給伺服驅(qū)動主要采用高速伺服電機加蝸輪蝸桿副傳動方式，由于此種方式動態(tài)響應慢，且存在機械傳動鏈上的彈性變形和反向間隙等因素，因此難以滿足現(xiàn)代高檔數(shù)控機床加工精度要求；采用永磁環(huán)形力矩電機直接驅(qū)動方式，取消了中間傳動環(huán)節(jié)，解決了傳統(tǒng)驅(qū)動方式帶來的相關(guān)問題。由于轉(zhuǎn)臺機械結(jié)構(gòu)的緊湊性，要求電機具有高轉(zhuǎn)矩密度，而電機與負載的直接耦合要求其轉(zhuǎn)矩波動小，才能實現(xiàn)機床轉(zhuǎn)臺的高精度進給。 7閉環(huán)控制 為了克服半閉環(huán)系統(tǒng)的缺陷，獲得更高的控制精度，可以在最終的運動部分上安裝高精度的位置反饋元件（如光柵尺、磁柵尺等），而電機上的編碼器此時僅作為速度環(huán)的反饋，構(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。此時，驅(qū)動器接受速度指令，完成速度環(huán)的控制，位置環(huán)的控制則由上位控制器來完成，這樣就可以消除機械上存在的一切間隙，并且還可以對機械傳動上出現(xiàn)的誤差進行補償，達到真正全閉環(huán)的目的，實現(xiàn)高精度的位置控制。 四、進度的具體安排 畢業(yè)設(shè)計（論文）進度計劃（起止時間、工作內(nèi)容） （指導教師對畢業(yè)設(shè)計（論文）的進度計劃提出要求,至少詳細到前期、中期和答辯階段） 周次 計 劃 完 成 工 作 5 1．寫第5周的工作報告及總結(jié)。 2．計算，校核。 6 1．寫第6周的工作報告及總結(jié)。 2． 直驅(qū)的回轉(zhuǎn)工作臺工作原理圖。 7 1．寫第7周的工作報告及總結(jié)。 2．直驅(qū)的回轉(zhuǎn)工作臺的裝配圖。 8 1．寫第8周的工作報告及總結(jié)。 2．零件圖、工作原理圖。 9 1．寫第9周的工作報告及總結(jié)。 10 1． 編寫設(shè)計說明書的提綱；畢業(yè)設(shè)計小論文的構(gòu)思與選題，擬定初步題綱； 2． 整理前期的設(shè)計工作，接受學校與系的期中檢查； 3． 寫第10周的工作報告及總結(jié)。 11 1．寫第11周的工作報告及總結(jié)。 2．動畫演示。 12 1．寫第12周的工作報告及總結(jié)。 2．初步整理。 13 1． 完成畢業(yè)設(shè)計要求的小論文的撰寫； 2． 寫第13周的工作報告及總結(jié)。 14 1． 完善設(shè)計圖并打?。徽碓O(shè)計說明書并裝訂。 2． 寫第14周的工作報告及總結(jié)。 15 1． 畢業(yè)設(shè)計總結(jié)；必要的資料和成果刻光盤存檔；答辨準備，寫答辯提綱； 2． 在小組內(nèi)進行預答辨。 16 1． 答辯； 2． 歸還學校和老師提供的圖書資料。 五、參考文獻 [1 ] 《現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊》編寫組編. 現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊(第一冊，第二冊).北京： 機械工業(yè)出版社，2006 [2 ] 范云漲，陳兆年主編.金屬切削機床簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1994 [3 ] 李福生主編.實用數(shù)控機床技術(shù)手冊.北京：北京出版社，1993 [4 ] 趙松年，張奇鵬主編.機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，1998 [5 ] 機電一體化技術(shù)手冊編委會.機電一體化技術(shù)手冊，上冊，下冊.北京：機械工業(yè)出版社，1994 [6 ] 崔旭芳,周英主編. 《數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理和設(shè)計[J]》. 磚瓦, 2008,(06) . [7 ] 徐灝主編.新編機械設(shè)計師手冊(下冊).北京：機械工業(yè)出版社，1995 [8 ] 宋學義主編. 袖珍液壓氣動手冊.北京：北京機械工業(yè)出版社，1995 [9 ] 陳杰主編. 《回轉(zhuǎn)工作臺等分回轉(zhuǎn)角度的測量[J]》. 機械工人(冷加工), 2007,(06) [10] 周志明主編 《基于運動控制卡的步進電機控制系統(tǒng) 》[期刊論文] -煤礦機械2004(3) [11] 高冰，張萍主編.《基于運動控制器的全閉環(huán)控制系統(tǒng)》[期刊論文]《廣東技術(shù)師范學院學報》 -2007年10期 [12] Bhasker J.verrilog HDL Synthesis:A Pratical Primer[M].Star Galaxy Publishing,1998. [13] Shilpa A．Vaze，James E．DeVault，Prakash Krishnaswami．Modeling of Hybrid Electromechanical System using a Component—Based Approach[A]．Proceeding of the IEEE International Conference on Mechatronics&Automation Niagara Falls，Canada．July 2005 指導教師： 年 月 日 督導教師： 年 月 日 領(lǐng)導小組審查意見： 審查人簽字： 年 月 日