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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(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(zhì) A 課題名稱 數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計 畢業(yè)設計內(nèi)容和意義? 采用類比法，進行數(shù)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(nèi)容： 1、 了解數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)主要零件 2、 CAD繪制數(shù)控車床X軸驅(qū)動裝配圖以及各個零件的零件圖 3、 數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)驅(qū)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(zhuǎn)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(shù)控銑床X軸進給系結(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)控銑床進給系統(tǒng)的摩擦，并減少靜、動摩擦系數(shù)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(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。 3、、進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床機械傳動間的連接環(huán)節(jié)，是數(shù)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(qū)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(chǎn)質(zhì)量提高生產(chǎn)效率，能夠大大增加零件生產(chǎn)精度，更利于實現(xiàn)高精度高要求零件生產(chǎn)加工。 文獻綜述 隨著社會生產(chǎn)和科學技術(shù)的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)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(lǐng)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(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設備，普通機床或?qū)Ｓ没潭雀叩淖詣踊瘷C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(shù)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(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)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(qū)動精密測量和新型機械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后數(shù)控機床發(fā)展的方向。 數(shù)控銑床發(fā)展趨勢是[2]：1952年試制成功世界上第一臺數(shù)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(shù)控機床，稱為“加工中心”；1965年出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路，數(shù)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(xiàn)了柔性制造單元FMC。 國內(nèi)數(shù)控機床的發(fā)展[3]：中國從1958年開始研究數(shù)控技術(shù)，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(shù)控裝置的研制。60年代末至70年代初研制成功了數(shù)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(shù)控裝置和伺服單元技術(shù)，并于1981年開始批量生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，包括數(shù)控裝置和伺服單元。 數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)發(fā)展趨勢[4-7]：銑刀的旋轉(zhuǎn)為主切削運動，Y軸的驅(qū)動裝置帶動工件旋轉(zhuǎn)以及X軸驅(qū)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(qū)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(qū)動裝置帶動工件轉(zhuǎn)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(chǎn)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(guān)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(xiàn)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(shù)控機床的轉(zhuǎn)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(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性關(guān)系，推導了跟隨誤差與輪廓誤差之間的數(shù)學關(guān)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(jīng)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(xiàn)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(xiàn)的偏差；穩(wěn)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程結(jié)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(shù)很多，關(guān)系也很復雜。采用數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)可以提高伺服驅(qū)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(jié)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(chǎn)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(diào)，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(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)設計要求[9]： (1)保證實現(xiàn)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(jié)構(gòu)緊湊、便于操縱、容易維護、加工及裝配工藝性好。 數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)影響因素[10-11]：由于數(shù)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(xiàn)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(jù)傳動精度要求，確定數(shù)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(shù)控銑床設計．北京：化工工業(yè)出版社，2006.01：1-3 2、王愛玲．現(xiàn)代數(shù)控機床．北京：國防工業(yè)出版社，2009.03：12-13 3、周巍松. 數(shù)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(shù)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(shù)控機床轉(zhuǎn)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(diào)整［Ｊ］．納米技術(shù)與精密工程，2005，3(4)：268-272． 7、孫建仁．數(shù)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(shù)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(shù)控銑床設計．北京：化工工業(yè)出版社，2006.01：44-48 11、文懷興．數(shù)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(nèi)容 1、 先熟悉數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)主要零件 2、 進給系統(tǒng)驅(qū)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(nèi) 容 第1周 (2.22-2.26) 收集資料，學習有關(guān)書籍文獻，參觀工廠，搜集 設計過程中所要遵照的有關(guān)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(shù)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(zhuǎn)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(shù)控銑床進給系統(tǒng)是由數(shù)控銑床工作臺及X/Y/Z三軸驅(qū)動機構(gòu)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(gòu)。 X軸與Y/Z兩軸驅(qū)動的伺服進給機構(gòu)不僅對進給運動的速度實現(xiàn)自動控制，還要對工件相對于刀具的位置實現(xiàn)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