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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
題目：數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱變速操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別 機(jī)電信息系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
2012年 12 月 20日
1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述
1.1 題目背景
機(jī)械行業(yè)是運(yùn)用數(shù)控機(jī)床最多的，很多企業(yè)為了提高自己的生產(chǎn)效率，常常會(huì)對(duì)機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行多方面的改造。社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展為我國(guó)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(yùn)用了很多先進(jìn)的設(shè)備。對(duì)于數(shù)控機(jī)床而言，主軸箱是其最為核心的組織結(jié)構(gòu)，整個(gè)主軸箱影響著數(shù)控機(jī)床的變速情況[1]。大部分制造企業(yè)在實(shí)行技術(shù)改造時(shí)把重點(diǎn)放在了主軸箱變速器上，這是調(diào)整機(jī)床運(yùn)行速度的重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過程中必須要對(duì)主軸箱的每個(gè)部件加以控制，這樣才能確保數(shù)控機(jī)床主軸變速性能的良好[2]。
1.2 研究意義
1.2.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)在四年中的意義
畢業(yè)設(shè)計(jì)是教學(xué)計(jì)劃中最后一個(gè)綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立從事設(shè)計(jì)工作的初步嘗試，是對(duì)即將步入社會(huì)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(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)、基本技能研究和處理問題的能力。是學(xué)生對(duì)前三年所學(xué)知識(shí)和技能進(jìn)行系統(tǒng)化、綜合化運(yùn)用、總結(jié)和深化的過程。通過考察、立題、收集素材、設(shè)計(jì)方案等過程，檢查學(xué)生的思維能力、動(dòng)手能力和掌握技藝的深度，并通過畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)答辯，來考核教學(xué)水平，對(duì)深化教學(xué)改革，提高教學(xué)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(jī)床、特種加工機(jī)床、組合機(jī)床、柔性制造系統(tǒng)等眾多機(jī)械加工設(shè)備中，鏜銑床加工特點(diǎn)：加工過程中工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)），在實(shí)踐中具有“萬能機(jī)床”的稱號(hào)。
鏜銑床主要是刀具在工件上加工已有預(yù)制孔的機(jī)床。通常，刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，刀具或工件的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它主要是用來加工高精度孔或一次定位完成多個(gè)孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析，本課題的意義是通過對(duì)主軸箱變速機(jī)構(gòu)的分析，通過計(jì)算使我對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)組成、變速原理有了更深一層的了解和認(rèn)識(shí)，曾強(qiáng)了我對(duì)知識(shí)的掌握能力和動(dòng)手能力，我會(huì)盡全力做好。
1.3 國(guó)內(nèi)研究情況
我國(guó)臥式鏜床生產(chǎn)是在1954年由仿制開始的。目前已有13個(gè)省、一個(gè)自治區(qū)、三個(gè)直轄市的二十六個(gè)廠，臥式鏜床的年產(chǎn)量到1971年，已經(jīng)超過一千臺(tái)。臥式鏜床的品種，第一個(gè)五年計(jì)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(dòng)式鏜床。從只能根據(jù)國(guó)外圖紙生產(chǎn)單一產(chǎn)品，發(fā)展到自行設(shè)計(jì)試制并采用一定先進(jìn)技術(shù)的多種產(chǎn)品。在無產(chǎn)階級(jí)大革命中，就有17個(gè)廠先后設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(dāng)代臥式鏜銑床與落地式銑鏜床技術(shù)發(fā)展非?？欤饕w現(xiàn)在設(shè)計(jì)理念的更新和機(jī)床運(yùn)行速度及制造工藝水平有很大的提高，另一方面是機(jī)床結(jié)構(gòu)變化大，新技術(shù)的應(yīng)用層出不窮[3]。臥式鏜銑床的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)方向發(fā)展，功能附件呈高速、多軸聯(lián)動(dòng)、結(jié)構(gòu)型式多樣化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，這將是今后一個(gè)時(shí)期技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。
1.4 國(guó)外研究情況
國(guó)外數(shù)控臥式鏜床和臥式加工中心均有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。其表現(xiàn)在于機(jī)床的結(jié)構(gòu)、精度和壽命，以及自動(dòng)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(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法，在確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和技術(shù)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(chǎng)的需求外，并獲得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。一些科學(xué)技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，已由生產(chǎn)臥式鏜床轉(zhuǎn)向生產(chǎn)更高水平的自動(dòng)化機(jī)床，并已生產(chǎn)和研制出更高一級(jí)的現(xiàn)代化水平的設(shè)備，從而為實(shí)現(xiàn)無人化工廠奠定了基礎(chǔ)[4]。國(guó)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(chǔ)，配以控制系統(tǒng)，而成為數(shù)控臥式鏜床；進(jìn)而在配以刀庫(kù)及機(jī)械手等獨(dú)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(guān)，獨(dú)立設(shè)計(jì)而成。很多機(jī)床公司都是由過去生產(chǎn)普通臥式鏜床轉(zhuǎn)而生產(chǎn)當(dāng)代的數(shù)控臥式鏜床及臥式加工中心的。很多機(jī)床廠家已不生產(chǎn)一般的普通臥室機(jī)床，已將其擴(kuò)散到發(fā)展中國(guó)家去生產(chǎn)，而把主要精力集中到更高級(jí)的數(shù)控臥式鏜床和臥式加工中心，并進(jìn)行大量的科學(xué)研究工作因而取得了較大技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(jī)構(gòu)的性能要求；
（2）了解主軸箱變速操縱機(jī)構(gòu)的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算分析；
（3）設(shè)計(jì)指標(biāo)：利用兩個(gè)液壓油缸，經(jīng)撥叉帶動(dòng)雙聯(lián)滑移齒輪移動(dòng)到需要的多個(gè)位置；
（4）應(yīng)用CAD系統(tǒng)對(duì)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(dòng)總體方案選擇
數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照控制指令自動(dòng)執(zhí)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動(dòng)機(jī)和直流主軸電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，為擴(kuò)大調(diào)速范圍，適應(yīng)低速大轉(zhuǎn)矩的要求，也經(jīng)常應(yīng)用齒輪有級(jí)和電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式[5]。
數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)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(dòng) 大、中型數(shù)控機(jī)床采用這種變速方式，如圖1(a)所示，通過少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸低速時(shí)對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩特性要求。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無機(jī)調(diào)速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級(jí)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(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)。
b.通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 如圖1(b)所示，這種傳動(dòng)主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。電動(dòng)機(jī)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(dòng)引起的振動(dòng)和噪音。它使用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。常用的是V帶和同步齒形帶。
c.用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 如圖1(c)所示，這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，具有上述兩種性能。高速時(shí)電動(dòng)機(jī)通過帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸扭轉(zhuǎn)，低速時(shí)，另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過兩級(jí)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍，克服了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的缺陷。
d.內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 如圖1(d)所示，這種傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸影響較大。
圖1 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的四種配置方式
2.2.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是將傳動(dòng)方案結(jié)構(gòu)化，向生產(chǎn)提供傳動(dòng)部件裝配圖，零件工作圖及零件明細(xì)表等。
機(jī)床傳動(dòng)部件即主軸變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：主軸組件設(shè)計(jì)，操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)軸組件設(shè)計(jì)，其他機(jī)構(gòu)（制動(dòng)及換向機(jī)構(gòu)等）設(shè)計(jì)，潤(rùn)滑與密封裝置設(shè)計(jì)，箱體及其他零件設(shè)計(jì)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(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作
數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱中采用兩個(gè)液壓缸，利用撥叉帶動(dòng)齒輪移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主軸變速。主軸箱變速操縱機(jī)構(gòu)性能優(yōu)劣將影響機(jī)床的操縱性能。本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的確定。目前已經(jīng)查找和閱讀了大量期刊、書籍、報(bào)紙及優(yōu)秀碩士論文，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，初步擬定了設(shè)計(jì)方案和整體的結(jié)構(gòu)。
4 完成畢業(yè)論文的工作步驟與時(shí)間安排
（1）第1—3周：調(diào)研并收集資料；
（2）第3—6周：確定設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；
（3）第7—11周：完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)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(zhǔn)備答辯。
5.指導(dǎo)教師意見（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導(dǎo)老師： 年 月 日
6.所在系意見：
系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日
參考文獻(xiàn)
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