數控車床X軸進給系統(tǒng)設計-開題報告

學生姓名 指導教師姓名 課題來源 課題性質 課題名稱 數控車床 X 軸進給系統(tǒng)設計 畢業(yè)設計的 內容和意義 采用 文獻分析法、類比法等方法 進行 數控車床 X 軸進給系統(tǒng) 的設計 ，使 X 軸獲得更好的穩(wěn)定性，準確的 X 軸進給系統(tǒng)能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該部件的性能直接影響工件的加工質量和切削生產率 ,是決定機床性能和技術經濟指標的重要因素。 畢業(yè)設計的具體內容： 1、 調研并熟悉課題及有關資料，寫出開題報告。 2、 設計要求：機械制圖、設計計算 3、 技術經濟分析：各零件成本分析、課題成 本計算 4、翻譯有關外文資料 5、撰寫畢業(yè)設計說明書 本課題研究的意義： 本課題對 數控車床 X 軸進給系統(tǒng) 進行了設計，其意義如下： 高速、高精、高可靠性、環(huán)保等方面為基礎，制造出更好的數控車床，一臺好的數控機床需要一個好的 X 軸進給系統(tǒng)，確保穩(wěn)定的橫向進給。 進給系統(tǒng)是數控裝置和機床機械傳動部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數控機床的重要組成部分。進行這一設計主要是為了進一步地提高數控車床橫向進給機構的定位精度、重復定位精度。該部件的性能直接影響工件的加工質量和切削生產率 ,是決定機床性 能和技術經濟指標的重要因素。 過找資料、咨詢老師、詢問同學等方法，歸納關于數控車床 X 軸進給的資料，提高了自己的查找能力，閱讀能力。 學習了很多專業(yè)課，對于其中的專業(yè)知識有些是掌握的不牢靠，通過這次畢業(yè)設計，豐富了自己，提高了自己。本次畢業(yè)設計的宗旨也是讓我自己覺察到自己的不足，遇到問題自己要分析問題，咨詢老師。本次設計也綜合考查了我運用所學知識進行發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。 文獻綜述 一、引言 從 20 世紀中葉數控技術出現(xiàn)以來，數控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。隨著計算機技術和現(xiàn)代設計技術的飛速發(fā)展以及裝備制造業(yè)對數控機床的大量需求，數控機床的應用范圍在不斷擴大并不斷發(fā)展以更適應生產加工的需要?！笆濉笔菄a數控機床發(fā)展的一個新機遇期，全球已經走出金融危機造成的經濟最困難時期，國內需求拉動的效果非常明顯?！案邫n數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項已全面啟動和實施。 數控車床是在數控機床中占有比例較大、自動化程度較高、結構較復雜的先進加工設備，因此有必要了 解數控車床技術發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，為進一步促進我國數控車床的發(fā)展、提高我國數控車床技術水平做好準備 1。 二、數控機床的發(fā)展趨勢 精度化、高可靠性 高速化 :提高進給速度與提高主軸轉速。 高精度化 :其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級 (高可靠性 :一般數控系統(tǒng)的可靠性要高于數控設備的可靠性在一個數量級以上，但也不是可靠性越高越好，因為商品受性能價格比的約束 2。 數控機床的功能復合化的發(fā)展，其核心是在一臺機床上要完成車、銑、鉆、攻絲、絞孔和擴孔等多種操作工序，從而提高了機床的效率和 加工精度，提高生產的柔性。 絡化 智能化的內容包括在數控系統(tǒng)中的各個方面 :為追求加工效率和加工質量方面的智能化 ;為提高驅動性能及使用連接方便等方面的智能化 ;簡化編程、簡化操作方面的智能化 ;還有如智能化的自動編程、智能化的人機界面等，以及智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內容，方便系統(tǒng)的診斷及維修。 成化 當今世界上的數控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是 :從點 (數控單機、加工中心和數控復合加工機床 )、線 (面 (工段車間獨立制造島 體 (布式網 絡集成制造系統(tǒng) )的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進制造領域的基礎技術。 機床復合化程度越來越高，一臺復合式機床就相當于一條生產線。 范的建立 文獻綜述 三、數控機床國內現(xiàn)狀及不足 我國的數控機床無論從產品種類、技術水平、質量和產量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關鍵技術方面也取得了重大突破。據統(tǒng)計，目前我國可供市場的數控機床有 1500種，幾乎覆蓋了整個金屬切削機床 的品種類別和主要的鍛壓機械。這標志著國內數控機床已進入快速發(fā)展的時期 3。 目前我國已經可以供應網絡化、集成化、柔性化的數控機床。同時，我國也已進入世界高速數控機床和高精度精密數控機床生產國的行列。目前我國已經研制成功一批主軸轉速在 8000 10000r/上的數控機床。我國數控機床行業(yè)近年來大力推廣應用技術，很多企業(yè)已開始和計劃實施應用 電子商務。 長期以來，國產數控機床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進展緩慢，高檔依靠進口的局面，特別是國家重點工程需要的關鍵設備主要依靠進口， 技術受制于人。究其原因，國內本土數控機床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產品設計水平、質量、精度、性能等方面與國外先進水平相比落后了 5高、精、尖技術方面的差距則達到了 10時我國在應用技術及技術集成方面的能力也還比較低，相關的技術規(guī)范和標準的研究制定相對滯后，國產的數控機床還沒有形成品牌效應。同時，我國的數控機床產業(yè)目前還缺少完善的技術培訓、服務網絡等支撐體系，市場營銷能力和經營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識產權的數控系統(tǒng)少之又少，制約了數控機床產業(yè)的發(fā)展 4。 國內現(xiàn)狀的不足組要體現(xiàn)在以下四個方面 我國數控機床產業(yè)化低，與國外發(fā)達國家數控機床產業(yè)相比仍有很大差距。 國外技術重引進、輕消化吸收的問題仍很突出。要注重國外先進技術的引進、消化、吸收與自主創(chuàng)新能力提高的有機結合。 嚴重缺乏各方面專家人才和熟練技術工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；缺乏吸引高層次、高素質人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，造成數控機床領域共性關鍵技術的持續(xù)創(chuàng)新能力不足。美、德、日三國是技術最先進、經驗最多的國家。美國的特點是網羅 世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng)新”，注重基礎科研。 適應市場經濟需求的以企業(yè)為主體、產學研相結合的技術創(chuàng)新體系尚未形成，無法有效整合相關技術、產業(yè)和資源優(yōu)勢，形成合力開展聯(lián)合攻關，共同打造技術創(chuàng)新平臺。數控機床的機械結構設計、制造的配套環(huán)節(jié)、集成技術和制造工藝等方面比較落后。據統(tǒng) 文獻綜述 計，我國大型高性能超精機床每年生產不足千臺，不到德國、日本的 1/205。 四、數控機床國外發(fā)展現(xiàn)狀 米控制已經成為高速 高精加工的潮流。 空航天等行業(yè)。 結構形式多樣化，應用范圍擴大化，運動速度高速化，多傳感器融合技術實用化，控制功能智能化，多機器人協(xié)同普及化。 間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，分析相關數據，預測機床的狀態(tài)，提前進行相關的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率。 傳統(tǒng)的激光干涉儀 相比，對機床誤差的補償精度能夠提高 3 4 倍，同時效率得到大幅度提升。 術為多軸多任務數控機床的加工提供了強有力的支持，可以大幅度提高加工效率。 多刀具的設計涵蓋了整個加工過程，并且新型刀具能夠滿足平穩(wěn)加工以及抗振性能的要求。 五關于數控車床的傳動精度 數控機床的加工精度最終要靠機床本身的精度來保證 ,數控機床精度包括幾何精度、定位精度、重復定位精度和切削精度。幾何精度 ,又稱靜態(tài)精度 ,是綜合反映數控機床關鍵零部件經組裝后的綜合幾何形狀誤差。數控機床幾 何精度檢驗使用的檢驗工具和檢驗方法類似于普通機床 ,但檢測要求更高。定位精度 ,是表明所測量的機床各運動部位在數控裝置控制下 ,運動所能達到的精度。根據實測的定位精度數值 ,可以判斷出機床自動加工過程中能達到的最好的工件加工精度。重復定位精度 ,是指在數控機床上反復運行同一程序代碼所得到的位置精度的一致程度。切削精度 ,是對對機床的幾何精度和定位精度在切削加工條件下的一項綜合檢查。上述精度主要由數控系統(tǒng)和機床生產廠家在生產制造過程以及機床安裝調試過程中予以保證 ,但數控機床的定位精度和重復定位精度會隨著機床的使用而發(fā)生較 大的變化 ,因此在機床的使用過程中 ,定期或在有必要的時候對定位精度和重復定位精度進行檢驗是數控從業(yè)人員必須掌握的技術。筆者提出了一種在生產實際中應用方便而且能夠完全滿足檢驗要求的定位精度和重復定位精度檢驗方法 6。 文獻綜述 六 數控車床的進給傳動方式用于伺服電動機驅動，通過滾珠絲杠帶動刀架完成縱向（ Z 軸）和橫向（ X 軸）的進給運動 7。 數控機床的直線運動定位精度和分辨率必須達到微米級，回轉運動的定位精度和分辨率必須達到角秒級，伺服電動機的驅動轉矩，尤其是起動、制動時的轉矩也很大。假 設傳動部件的剛度不強，一定會使傳動部件發(fā)生彈性變形，影響系統(tǒng)的定位精度、動態(tài)穩(wěn)定性和響應快速性。而加大滾珠絲杠的直徑，對滾珠絲杠螺母副、支承部件進行預緊，進行預拉伸等，均為提高傳動系統(tǒng)剛度的有效辦法 8。 驅動電動機，傳動部件的慣量直接決定進給系統(tǒng)的加速度，這是影響進給系統(tǒng)快速性的主要原因。尤其是高速加工的數控機床，因為對進給系統(tǒng)的加速度要求比較高，所以，在滿足系統(tǒng)強度和剛度的條件下，要減小零部件的質量、直徑，以降低慣量，提高快速性 9。 間隙 在開環(huán)、半閉環(huán)進給系統(tǒng)中，傳動部件的間隙直接影響進給系統(tǒng)的定位精度；在閉環(huán)系統(tǒng)中，它是系統(tǒng)的主要非線性環(huán)節(jié)，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以，要采取有效措施消除傳動系統(tǒng)的間隙。消除傳動部件間隙的措施是對齒輪副、絲杠螺母副、聯(lián)軸器、蝸輪蝸桿副以及支承部件進行預緊或消除間隙。而采取措施后將可能增加摩擦阻力，降低機械部件的壽命，因此，必須統(tǒng)籌各種因素，使間隙減小到允許范圍。 進給系統(tǒng)的摩擦阻力會降低傳動效率，產生發(fā)熱；同時，它還直接影響系統(tǒng)的決速性；因為摩擦力的存在，動、靜摩擦系數的變化，會 導致傳動部件的彈性變形，產生非線性的摩擦死區(qū)，影響系統(tǒng)的定位精度和閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、直線滾動導軌、靜壓導軌和塑料導軌等高效執(zhí)行部件，能減少系統(tǒng)的摩擦阻力，提高運動精度，避免低速爬行 10。 通過提高傳動部件的剛性，如加大滾珠絲杠的直徑，對滾珠絲杠螺母副、支承部件進行預緊，進行預拉伸等，均為提高傳動系統(tǒng)剛度的有效辦法，再通過滾珠絲杠預拉伸的計算得出更加精確數值，保證剛性。 通過減小傳動部件的慣量，傳動部件的慣量直接決定進給系統(tǒng)的加速度，這是影響進給系統(tǒng)快速性的主要原因 ，再通過慣量匹配的計算，得出精確地慣量匹配數值，一般來說，慣量越小越好。 通過減小傳動部件的間隙增加阻力，降低機械部件的壽命 11。 通過減小系統(tǒng)的摩擦阻力，摩擦力會影響系統(tǒng)的定位精度和閉環(huán)的動態(tài)穩(wěn)定性，通過轉矩匹配的計算， 用來克服導軌摩擦、傳動摩擦、機械切削力以及重力的作用，提高運動精度。 文獻綜述 參考文獻 1、 羅學科 ,謝富春 M化學工業(yè)出版社 , 2004. 2、王愛玲 北京：國防工業(yè)出版社， 2003 3、權秀敏，尹顯明 南科技大 學制造學院 技術新工藝， 2007（ 6） . 4、丁學生 北京 2006,11 5、 2020 年的中國制造技術發(fā)展研究 進制造技術動態(tài)， 2004（ 4） 6、李郝林，方鍵編 北京：機械工業(yè)出版社， 2003 7、朱正偉 中國勞動社會保障出版社， 2005 8、馮琪林 中國科技信息， 2005（ 23） 9、胡秋 機床與液壓， 2004 10、李宏勝 北京 育出版社， 2001. 11、 B. to to J. 1997,02 研究內容 進給系統(tǒng)設計方案設計 通過設計計算得出 a) X 軸向慣量匹配的計算 b) X 軸向轉矩匹配的計算 c) X 向進給力的計算 d) X 向滾珠絲杠預拉伸量的 計算 在機床進給伺服系統(tǒng)設計中，都存在著對滾珠絲桿傳動進行設計。對于本次設計選用滾珠絲桿，滾珠絲杠具有摩擦小，傳動效率高；傳動靈敏、不易產生爬行、定位精度高等。 由于絲桿主要承受軸向力，所以大多采用推力軸承作支承。 通過計算后得出的結論，擬畫圖紙，計算機繪制課題裝配圖、零件 、繪制 X 軸傳動簡圖 研究計劃 研究周期與時間安排 畢業(yè)設計起止日期： 1 周 第 15 周） 第 1 周 ( 收集資料，學習有關書籍文獻，參觀工廠，搜集設計過程中所要遵 照的有關國家標準并進行學習 第 2 周 ( 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路線、方案，要設計和完成的任務完成 第 3 周 ( 開題報告及外文材料翻譯 第 4 周 ( 完成裝配圖草圖設計，繪制進給系統(tǒng)運動簡圖 第 5 周 ( 完成 X 軸向慣量 ,轉矩 ,匹配的計算和 第 6 周 ( 完成裝配圖設計 第 7 周 ( 畢業(yè)設計中期檢查 第 8 周 ( 進行零件圖計算機繪圖 第 9 周 ( 完成零件圖計算機繪圖 第 10 周 ( 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 (遞交論文初稿 第 12 (修改論文并定稿 第 14 周 (論文評審及答辯資格確定 第 15 周 (畢業(yè)設計（論文）答辯 第 16 周（ 理資料存檔 特色與創(chuàng)新 本文特色與創(chuàng)新如下： （ 1）通 過 X 軸向 慣量匹配的計算：所有的機械傳動零部件都有質量。對于旋轉的物體來說，都具有轉動慣量。他們對整個進給驅動的動態(tài)特性影響很大。因此，必須使電動機慣量與進給負