畢 業(yè) 設(shè) 計 方 案題 目 斜床身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計 學 院 專 業(yè) 班 級 學 生 學 號 指導教師 畢業(yè)設(shè)計方案學院學生設(shè)計題目 斜床身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計 一、選題背景與意義1.機床行業(yè)是國民經(jīng)濟基礎(chǔ)裝備產(chǎn)業(yè)，也是裝備制造業(yè)發(fā)展的重中之重。機床產(chǎn)業(yè)對于發(fā)展發(fā)展新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、國民經(jīng)濟和增強國家的綜合國力有著十分重要的作用。機床產(chǎn)品的發(fā)展是高精、高速、高效，一批多坐標、復合、智能型。我國機床工具行業(yè)已取得了長足的發(fā)展與進步。但是，與發(fā)達國家相比，我們的差距仍然明顯。主要表現(xiàn)在設(shè)計方法的落后、設(shè)計標準很難和國際發(fā)達國家的技術(shù)標準相接軌。在機械加工行業(yè)中，由于需要加工復雜的工件，普通的機床已經(jīng)不能滿足加工要求，從而出現(xiàn)了自動控制機床以及數(shù)字控制機床，來加工復雜的曲面和形狀的工件。斜床身數(shù)控車床因其具有獨特的優(yōu)點，因而成為數(shù)控車床中比較出色的床種，是數(shù)控車床中主要的品種之一，在數(shù)控機床當中占非常重要的位置，近幾十年來一直受到了世界各國的普遍關(guān)注與重視并且得到了快速的發(fā)展。我國機床行業(yè)近幾年雖然取得了長足的發(fā)展與進步，但是與發(fā)達國家相比，我們的差距仍然明顯。我國在這類機床上也是平平淡淡，沒有很大的成就，低檔產(chǎn)品產(chǎn)能過剩。從國內(nèi)的機床行業(yè)發(fā)展情況可看出，大部分機床廠都在生產(chǎn)數(shù)控車床，數(shù)控機床成本較高，不夠智能化，沒有突出的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，科技基礎(chǔ)薄弱、產(chǎn)品質(zhì)量水平低。產(chǎn)品在使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)故障與癱瘓，以至于生產(chǎn)效率很難提高。我國機床工業(yè)技術(shù)水平低，重大技術(shù)裝備和關(guān)鍵產(chǎn)品遠不能滿足國名經(jīng)濟快速增長的需要，與發(fā)達國家相比，我國機床工業(yè)企業(yè)物流在產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)水平還是在市場競爭能力方面，均存在著階段性的差距，而且還有進一步拉大的趨勢，不少企業(yè)裝備陳舊，生產(chǎn)工藝落后，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，一些基礎(chǔ)元器件和零部件的可靠性差，基礎(chǔ)機床的精度、效率較低。由于國產(chǎn)機床的質(zhì)量不能滿足用戶的需求，導致近幾年機床進口驟增，進出口逆差巨大，盡管國內(nèi)機床市場需求旺盛，但將近一半的國內(nèi)市場被外商占領(lǐng)了。目前高精尖產(chǎn)品市場被西方發(fā)達國家占領(lǐng)，大型、重型和普通機床市場被俄羅斯占領(lǐng)，普及型數(shù)控機床臺灣產(chǎn)品大量涌入。2.畢業(yè)課程設(shè)計是在學生學完大學課程及先行課程之后，在大學的最后階段進行的實習性創(chuàng)新設(shè)計環(huán)節(jié)，是大學生的必修環(huán)節(jié)。本次設(shè)計目的在于通過機床運動機械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是在擬定傳動和變速結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思，方案分析，結(jié)構(gòu)工藝性，機械制圖，零件計算，編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，并培養(yǎng)學生具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。二、設(shè)計內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計的課題是斜身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該機床能實現(xiàn)兩聯(lián)動，具有刀具參畢業(yè)設(shè)計方案數(shù)補償、剛性攻絲、軌跡圖形等先進功能，能夠一次裝夾完成對復雜零件的外圓、端面、內(nèi)孔、螺紋等加工，主要用于加工高精度回轉(zhuǎn)體類型零件如軸類、盤類、套類，以及高精度各種規(guī)格的內(nèi)外螺紋，可一次裝夾完成外形及內(nèi)孔的加工。此次課程設(shè)計的主要內(nèi)容是：斜床身臥式車床傳動系統(tǒng)、主軸箱設(shè)計、主軸箱內(nèi)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)計說明書等。1）根據(jù)所選工件計算切削用量，進一步選定電動機。2）分析制定傳動方案，設(shè)計傳動系統(tǒng)。3）對動力部件的齒輪、軸和軸承等部件詳細計算和校核，滿足強度要求。4）確定出最終的結(jié)構(gòu)，繪制相關(guān)的零件圖和裝配圖。5）編寫設(shè)計說明書。設(shè)計課題涉及到課題的分析、資料的查詢整理，深入機床廠生產(chǎn)一線向使用者、設(shè)計者學習，從而了解所設(shè)計的產(chǎn)品的成本、生產(chǎn)效率、用途和設(shè)計理念等。側(cè)重于設(shè)計、計算與制圖能力的培養(yǎng)和工程基本訓練。具體要求包括：1）合理選擇各零件的材料，合理進行設(shè)計和校核，完成斜身車床的詳細計算，進一步鞏固和掌握機械專業(yè)設(shè)計，積極聯(lián)系實踐，增強自己的知識儲備和設(shè)計創(chuàng)新思維。2）二維三維圖的設(shè)計，手工繪圖和計算機加強了專業(yè)繪圖技能，熟練掌握繪圖軟件，提高運用和組織構(gòu)思能力。3）學會搜集相關(guān)資料文獻，提高分析和解決問題的能力。4）要求設(shè)計斜身車床。機床總體設(shè)計要考慮涉及幾點：1）根據(jù)工件計算切削用量，選用合適的電動機。2）合理選擇機床的通用部件。3）選擇合理的機床的配置形式。4）設(shè)計高效率的工具、刀具和主軸箱。預期研究結(jié)果：1）機床采用高剛度 45 度斜床身布置，這種布局形式排屑容易，熱鐵屑不會堆積在導軌上，也便于自動安裝排屑器；操作方便易于安裝機械手，以實現(xiàn)單機自動化。2）直線導軌滿足高速高效要求，減少摩擦阻力及溫升變形，提高加工精度，并確保證了切削加工精度的長期穩(wěn)定性。3）X、Y 軸伺服電機通過彈性聯(lián)軸器與精密滾珠絲杠直連，精度高，絲杠兩端固定，受力穩(wěn)定，提高了支撐座的支撐剛度，使頻繁高速定位、重切時引起的扭曲變形減到最低程度。4）高剛度的立式轉(zhuǎn)塔刀架，定位精度高，重切變形小。三、設(shè)計方案畢業(yè)設(shè)計方案1 數(shù)控車床總裝配草圖斜床身數(shù)控車床的主視圖如圖 1 所示，左視圖如圖 2 所示。斜床身數(shù)控車床主要是由主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)和尾座等組成。1 2 3 4 5 6 7 8 9 101-床身 2-主軸箱 3-傳動座 4-絲杠 5-螺釘6-工作臺 7-軸承 8-滑動導軌 9-尾座 10-燕尾導軌圖 1 斜床身車床的主視圖畢業(yè)設(shè)計方案圖 2 斜床身數(shù)控車床的左視圖2 主傳動系統(tǒng)設(shè)計數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)大多數(shù)采用的是無級變速，無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般是采用直流或者交流主軸電機，通過帶傳動來帶動主軸旋轉(zhuǎn)、通過帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪來帶動主軸旋轉(zhuǎn)。變速齒輪如圖 3 所示，帶傳動如圖 4 所示。數(shù)控機床的主傳動要求較大的調(diào)速范圍，且變速按照控制指令自動進行，因此變速機必須適應(yīng)自動操作的要求。所以采用無級變速系統(tǒng)，機床主軸的傳動系統(tǒng)則采用交流伺服電動機直接驅(qū)動主傳動，如圖 5 所示。圖 3 變速齒輪 圖 4 帶傳動 圖 5 電機直接驅(qū)動3 進給傳動系統(tǒng)設(shè)計數(shù)控車床進給傳動系統(tǒng)一般采用伺服進給系統(tǒng)。機械傳動部件和執(zhí)行元件組成機械傳動系統(tǒng)。進給運動使刀架實現(xiàn)縱向和橫向進給運動的傳動。進給運動的兩個執(zhí)行構(gòu)件是主軸和刀架，車削螺紋時，主軸和刀架之間有著嚴格的運動關(guān)系：車端面和圓柱面時，刀架和主軸之間無嚴格的運動關(guān)系。橫向進給系統(tǒng)和縱向進給系統(tǒng)分別如圖 6 的（a）和（b）所示。橫向和縱向進給傳動用滾珠絲杠安裝在與普通車床相應(yīng)的安裝裝置，選用步進電機，步進電機經(jīng)無間隙聯(lián)軸器與滾珠絲杠副相連。絲杠采用的是可預緊安裝方式，以減小或消除因絲杠自重而產(chǎn)生的彎曲變形，使絲杠的拉壓剛度有較大提高，絲杠不會因發(fā)熱而伸長。進步電機與絲杠的聯(lián)接如圖 7 所示。（a） 橫向進給系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計方案（b） 縱向進給系統(tǒng)圖 6 橫向和縱向進給系統(tǒng)1 2 3 4 5 6 7 8 91-絲杠 2-套筒聯(lián)軸器 3、7-錐銷 4-螺母 5-墊圈 6-支架 8-支架套 9-步進電機圖 7 進步電機與絲杠的聯(lián)接4 刀架系統(tǒng)設(shè)計采用的是立式回轉(zhuǎn)刀架，也稱轉(zhuǎn)塔式刀架如圖 8 所示，通過回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)車床的自動換刀。刀架動作的順序為：系統(tǒng)發(fā)出換刀信號→刀架電機正轉(zhuǎn)→刀臺上升并轉(zhuǎn)位→刀架到位信號→刀架電機反轉(zhuǎn)→粗定位夾緊→精定位夾緊→電機停轉(zhuǎn)→回答信號→加工。圖 8 轉(zhuǎn)塔刀架5 尾座數(shù)控車床上配置的尾座，一般是液壓尾座，尾座是裝在床身導軌上，沿著床身導軌移動，畢業(yè)設(shè)計方案根據(jù)工件長短來調(diào)節(jié)位置。尾座的作用是利用套筒安裝頂尖，來支撐較長工件的一端，也可以安裝鉸刀、鉆頭等道具來進行孔加工。尾座的外形要做到美觀，與機床設(shè)計風格相稱，尾座的材料用 1 級鑄鐵，并且經(jīng)過時效處理，同時也可以用偏心機構(gòu)把尾座固定在需要的位置上，尾座和床頭箱頂尖水平面的偏移。4、參考文獻[1] 羅曉芳，張金濤，簡玉山，等.數(shù)控刮削滾光機床的設(shè)計[J]. 制造技術(shù)與機床，2012， （12）：3-6[2] 邢曉輝，王洪川，王貴飛，等.基于靈敏度分析的數(shù)控機床床身尺寸優(yōu)化設(shè)計[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2013，15（4）：35-38[3] 李治，張玉花.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟釬焊焊點成形預測[J].熱加工工藝,2013，1（3）：21-24[4] 程龍，朱鐵標，羅曉芳.一種龍門機床自動旋轉(zhuǎn)頭庫設(shè)計[J].制造技術(shù)與機床,2013， （9）：1-3[5] 叢明，劉冬，崔冬梅，等.基于靈敏度分析的大規(guī)格床身結(jié)構(gòu)模糊優(yōu)化設(shè)計方法[J]. 大連理工大學學報,2011，3（11）：14-18[6] 劉飛，梁霖，彭曉南，等.一種直角坐標系下圓度誤差最小區(qū)域評價實現(xiàn)方法[J]. 工具技術(shù), 2011，5（15）：23-28[7] 劉飛，梁霖，徐光華，等.一種圓度誤差最小區(qū)域評價方法[J].組合機床與自動化加工技術(shù), 2011，7（6）：13-19[8] 張應(yīng)中，羅曉芳，范超.裝配空間關(guān)系形式表達[J].計算機輔助設(shè)計與圖形學學報,2011，9（8）：9-13[9] 常京龍，吳慶利.納米微粒復合鍍層硬度和耐磨性測試[J].電鍍與精飾,2011，9（10）：19-21械制造,2009，6（13）：20-25[11] Rahman M , Mansur M A , Feng Z. Fabrication and evaluation of a steel fibre reinforced concrete column for grinding machines[J]. Materials & Design, 1995,3（4）:205–209 [12] Zhou B L. Bio-inspired study of structural materials[J]. Materials Science and Engineering, 2000, C11:13–18 [13] Cen H T , Wang S , Chen W Y . New development in structural bionics[J]. Journal of machine design, 2003,（11）:1–4 (in Chinese) [14] Ren L Q , Han Z W , Li J Q , Tong J. Effects of non-smooth characteristics on bionic bulldozer blades in resistance reduction against soil[J]. Journal of Terramechanics, 2002,（39）:221–230 [15] Milwich M , Speck T , Speck O , Stegmaier T , Planck H. Biomimetics and technical textiles: Solving engineering problems with the help of nature’s wisdom[J]. American Journal of Botany, 2006,（93）:1455–1465 [16]成大先.機械設(shè)計手冊[M]，第 5 版.北京:化學工業(yè)出版社，2008.3:103-130畢業(yè)設(shè)計方案五、指導教師評語指導教師（簽字） 201 年 月 日畢業(yè)設(shè)計方案六、審核意見系主任（簽字） 201 年 月 日