開題報告--數控車削加工中心主軸箱改進設計

1、<p>　　2011屆本科生畢業(yè)設計（論文）</p><p><b>　　開題報告</b></p><p>　　課題名稱 數控車削加工中心主軸箱改進設計 </p><p>　　專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 </p><p>　

2、　專業(yè)方向 機械設計及其自動化 </p><p>　　班 級 </p><p>　　學 號 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　指導

3、教師 </p><p>　　教研室 </p><p>　　數控車削加工中心主軸箱改進設計</p><p><b>　　1 開題依據</b></p><p>　　機床是將金屬毛坯加工成機器零件的機器，它是制造機器的機器

4、，現代機械制造中加工機械零件的方法很多：除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓等。在一般的機器制造中，機床所擔負的加工工作量占機器總制造工作量的40％-60％，機床在國民經濟現代化的建設中起著重大作用。 所以此次提出倒立式加工中心主軸箱的設計。</p><p><b>　　2 調研報告</b></p><p><b>　　2.1數控概述</b&

5、gt;</p><p>　　數控機床融合了計算機技術、自動控制、精密測量、現代機械制造和數據通信等多種技術。數控機床作為實現柔性制造系統(tǒng)（ＦＭＳ）、計算機集成制造系統(tǒng)（ＣＩＭＳ）和未來工廠自動化（ＦＡ）的基礎，即成為現代制造技術中不可缺少的設備。</p><p>　　2.2數控機床的類型</p><p>　　數控技術自發(fā)明以來，得到了廣泛的應用，包括車床和車削中心、

6、銑床和加工中心、沖床、電火花（EDM）加工機床、線切割機床、磨床以及測試檢測裝置等。最復雜的計算機數控機床是車削中心，包括立式加工中心和臥式加工中心。電火花加工機床和線切割機床屬于特種加工的數控機床。</p><p>　　2.3計算機數控機床的優(yōu)缺點</p><p>　　2.3.1 計算機數控機床和傳統(tǒng)機床相比具有很多優(yōu)點</p><p>　　對加工對象改型的適應性

7、強</p><p><b>　　加工精度高。</b></p><p><b>　　加工生產率高。</b></p><p>　　減輕操作者的勞動強度。</p><p><b>　　良好的經濟效益。</b></p><p>　　有利于生產管理的現代化。<

8、;/p><p>　　2.3.2 計算機數控機床也有一些缺點</p><p><b>　　價格昂貴。</b></p><p>　　必須由高級技術人員來編程、安裝、操作與維護。</p><p>　　2.4 計算機數控機床的結構</p><p>　　CNC機床結構較為復雜。一般來說，任何CNC機床都包含為程

9、序載體，輸入裝置，ＣＮＣ單元，伺服系統(tǒng)，位置反饋系統(tǒng)和機場機械部分件構成。</p><p>　　2.5 數控技術應用范圍</p><p>　　數控機床確實存在一般機床所不具備的許多優(yōu)點，但是這些優(yōu)點都是以一定條件為前提的。數控機床的應用范圍正在不斷擴大，但它并不能完全代替其它類型的機床，也還不能以最經濟的方式解決機械加工中的所有問題。數控機床通常最適合加工具有以下特點的零件：</p&

10、gt;<p>　　1）.多種品種小批量生產的零件。因為數控機床設備費用高昂，與大批量生產采用的專用機床相比其效率還不夠高的緣故。通常，采用數控機床加工的合理生產批量在10~200件之間。目前有向中批量發(fā)展的趨勢。</p><p>　　2）.結構比較復雜的零件。通常數控機床適宜于加工結構比較復雜，在非數控機床上加工時需要有昂貴的工藝裝備的零件。</p><p>　　3）.需要頻

11、繁改型的零件。它節(jié)省了大量的工藝裝備費用，是綜合費用下降。</p><p>　　4）.價值昂貴、不允許報廢的關鍵零件。</p><p>　　5）.需要最短生產周期的急需零件。廣泛推廣數控機床的最大障礙是設備初期的投資大，由于系統(tǒng)本身的復雜性，又增加了維修費用。如果缺少完善的售后服務，往往不能及時排除設備故障，將會在一定程度上影響機床的利用率，這些因素都會增加綜合生產費用。</p>

12、;<p>　　考慮到以上所述的種種原因，在決定選用數控機床加工是，需要進行反復比對和仔細的經濟分析，使數控機床發(fā)揮它的最好經濟效益。</p><p>　　2.5.1金屬切削機床</p><p>　　數控技術引入到金屬加工工業(yè)中，并得到了進一步的發(fā)展，在金屬加工車間，數控設備自然是最關鍵的設備。目前，數控技術已經成功地應用于銑床、鉆床、磨床、鏜床、沖床、車床、 鋸床等。這個令人

13、激動的現象表明，具有基本功能的數控機床的發(fā)展已經超過傳統(tǒng)的與之相當的機床。如復雜的數控銑床能控制五軸以上的運動，諸如此類的設備能夠精確地加工出各種復雜的曲面，而這樣的曲面要靠人工加工，是根本不可能的。一種新的數控加工機床叫做加工中心，由于它集多種加工操作方式于一身，因此可以減少工件的傳送。它能存儲多把刀具，以完成諸如銑削、鉆削、鏜削以及攻絲等加工操作。</p><p><b>　　(1) 自動繪圖<

14、;/b></p><p>　　自動繪圖儀是大型計算機輔助設計系統(tǒng)的一部分。CAD系統(tǒng)由大型和小型計算機組成，它在工業(yè)中的應用正日益擴大。數控技術用于將數字格式的藍圖、草圖轉換成自動繪圖儀上繪圖筆的運動。數控儀是一個平面廓型設備，當繪圖筆或繪圖針在紙上或膠片上移動時，可以有效地控制它的運動。數據由控制單元通過多種傳輸方法來提供。計算機產生的穿孔紙帶或磁帶是最常用的傳輸模式。</p><p&

15、gt;<b>　　(2) 電子裝配</b></p><p>　　在電子工業(yè)中，常常利用數控設備進行繞線、絲極彎制和制作電路板等操作。</p><p><b>　　(3) 質量控制</b></p><p>　　數控檢測機器利用其精確的定位性能，來記錄零件的實際表面與理想表面之間的偏差。檢查每個方格是為了保證它不與理想的形狀產

16、生偏差。偏差容忍度要求每個截面上有100個點經過驗證。</p><p>　　2.6 數控機床發(fā)展趨勢</p><p>　　1．高速度高精度化：速度和精度是數控系統(tǒng)的兩個重要指標，它直接關系到</p><p>　　加工效率和產品質量“”。首先是要求計算機數控系統(tǒng)在讀入加工指令數據以后，</p><p>　　能高速度處理并計算出伺服電動機的位移量

17、，并要求伺服電動機做出快速反應，</p><p>　　如主軸轉速、進給率、刀具交換、托盤交換等各種關鍵部件實現高速化。</p><p>　　2．高可靠性：1)提高線路集成度； 2)建立由設計、試制到生產的一整套質</p><p>　　量保證體系； 3)、增強故障自診功能和保護功能。</p><p>　　3．多功能化：一機多功能的數控系統(tǒng)，可以

18、最大限度的提高設備的利率。</p><p>　　4．智能化：1)引進自適應控制技術：2)附加入機會話自動編程等功能；</p><p>　　3)具有設備故障自診斷能力；4)引進模式識別技術。</p><p>　　5．集成化：1)從點的控制(數控單機控制，加工中心控制系統(tǒng)和數控復合加工</p><p>　　機床控制)和線的控制(FMC FMS F

19、TLFML等的控制)向面的控制(工段車『自J獨立</p><p>　　孤島的控制、FA的控制)以及體的控制(CIMS、分布式網絡集成制造系統(tǒng))的方</p><p>　　向發(fā)展：2)CAD／CAPP／CAM／CNC的集成發(fā)展方向，為了改變CNC中用G代碼給</p><p>　　CAD／CAM集成帶來的困難，1977年歐共體開發(fā)了一種遵從STEP(Standard fo

20、rthe</p><p>　　Exchange ofProduce model data)標準、面向對象的數據模型，并將產品模型數據</p><p>　　轉化標準STEP擴展至CNC領域而形成的STEP—NC標準，將實現</p><p>　　CAD／CAPP／CAM／CNC的整體集成””。</p><p>　　6．開放式：數控系統(tǒng)正由專用封閉

21、式控制模式向通用開放式控制模式轉換。</p><p>　　7．網絡化：網絡化數控系統(tǒng)通過信息技術和制造技術、生產管理和制造控制</p><p>　　融合集成，可以提高企業(yè)整體制造技術水平、生產率、創(chuàng)新能力和快速響應能力。</p><p>　　8．并聯(lián)機床及其數控系統(tǒng)：并聯(lián)機床通常由以下4部分組成：上平臺、下平</p><p>　　數控落地銑鏵

22、床主軸箱動力學分析與結構設計研究</p><p>　　臺、軸向可調的6根伸縮桿、控制系統(tǒng)及其軟件。并聯(lián)機構與串聯(lián)機構的區(qū)別在</p><p>　　于：傳遞動力的部件是六條腿構成的6個“并聯(lián)”運動鏈，主軸平臺所受的外力</p><p>　　由6根桿分別承擔，故每根桿受的力要比總負載少得多，且這些桿件只承受拉壓</p><p>　　載荷，而不承受

23、轉矩和扭矩，因此具有剛度高、傳力大、重量輕、末端執(zhí)行件速</p><p>　　度快、結構簡單、精度高等優(yōu)點</p><p><b>　　3 方案論證</b></p><p>　　3.1 倒立式加工中心概述</p><p>　　倒立式加工中心是指主軸軸線與工作臺垂直設置的加工中心，主要適用于加工板類、盤類、模具及小型殼體類

24、復雜零件。立式加工中心能完成銑、鏜削、鉆削、攻螺紋和用切削螺紋等工序。立式加工中心最少是三軸二聯(lián)動，一般可實現三軸三聯(lián)動。有的可進行五軸、六軸控制。立式加工中心立柱高度是有限的，對箱體類工件加工范圍要減少，這是立式加工中心的缺點。但立式加工中心工件裝夾、定位方便；刃具運動軌跡易觀察，調試程序檢查測量方便，可及時發(fā)現問題，進行停機處理或修改；冷卻條件易建立，切削液能直接到達刀具和加工表面；三個坐標軸與笛卡兒坐標系吻合，感覺直觀與圖樣視角一

25、致，切屑易排除和掉落，避免劃傷加工過的表面。與相應的臥式加工中心相比，結構簡單，占地面積較小，價格較低。倒立式加工中心采用計算機控制方法，對各種盤類零件，短軸類零件，自動完成內外圓柱面，圓錐面，圓弧面，多面體，螺紋等工序的切削加工；并能進行切槽，銑平面，鉆，擴，鉸孔，攻絲等工作。主要加工剎車盤、齒輪坯等盤類零件。</p><p>　　3.2 倒立式加工中心的用途及適用范圍</p><p>

26、　　倒立式中心采用計算機控制方法，對各種盤類零件，短軸類零件，自動完成內外圓柱面，圓錐面，圓弧面，多面體，螺紋等工序的切削加工；并能進行切槽，銑平面，鉆，擴，鉸孔，攻絲等工作。機床采用模塊化設計方法，可根據用戶需要，配置多種功能部件，如：自動上下料裝置，自動物流傳輸系統(tǒng)；亦可兩臺或多臺組合，配套工件翻身機構，組成自動生產線，完成一個工件兩個端面均需加工的全套機械加工工序內容。機床還配有自動排屑裝置，自動吸霧清潔裝置，對操作者和環(huán)境具有良

27、好的安全保護措施。此類加工中心是一種高精度，高效率，高自動化的數控機床，具有車削，銑削和鉆削功能，適用于各種自動化生產，可滿足多種行業(yè)多品種，大小批量，高節(jié)拍的生產制造用途。</p><p>　　3.3 倒立加工中心的特點及組成結構</p><p>　　·跨梁式床身結構、型腔封砂減震技術。</p><p>　　·復合倒立主軸箱單元（含移置式主軸箱

28、、可升降主軸套筒、內裝軸</p><p>　　電機及冷卻、主軸箱重量平衡裝置、光柵閉環(huán)檢測、靜壓直線復合 支承）。</p><p>　　·物料輸送上料浮動工作臺。</p><p>　　·移動倒置主軸箱具有機械手動功能。</p><p>　　·在線自動測量裝置。</p><

29、p>　　3.4數控機床特點及分類</p><p>　　（1）數控機床的特點</p><p>　　1．大多數數控機床采用了高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，因此數控機床的機械傳動結構得到了簡化，傳動鏈較短。</p><p>　　2．為了適應數控機床連續(xù)的自動化加工，數控機床機械結構須具有較高的動態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形要小。</p><p&

30、gt;　　3．更多地采用了高效傳動部件，如滾珠絲杠副、直線滾動導軌等。</p><p>　　4．不少數控機床還采用刀庫和自動換刀裝置以提高機床的工作效率。</p><p>　?。?）數控機床的分類</p><p>　　數控機床的品種繁多、規(guī)格各異，通常根據控制方式和功能進行分類。</p><p>　　1．按運動軌跡方式分類可分為三類</

31、p><p>　　1)點位控制數控機床：它只是控制機床移動部件的終點位置，不管移動所走的軌跡如何，在移動過程中不進行切削，但可實現分級降速、連續(xù)降速，或是單向定位等方法提高定位精度。</p><p>　　2)直線控制數控機床：該類機床不僅要求具有準確的定位精度，而且還要保證從一點到另一點之間的軌跡是一條直線，但其路線和移動速度是可以控制的。</p><p>　　3)連續(xù)控

32、制數控機床：它能對刀具和工件相對移動的軌跡進行連續(xù)控制，連續(xù)切削的核心裝置就是插補器，插補器能按給定的尺寸和加工速度用脈沖信號使</p><p>　　刀具或工件走任意斜線或圓弧。</p><p>　　2．按伺服系統(tǒng)的控制方式分類可分為三類</p><p>　　1)開環(huán)控制數控機床：它是沒有檢測反饋裝置，數控裝置發(fā)出的指令是單向的，它的精度主要依靠電機的步距精度、齒輪

33、及絲杠的傳動精度，因而精度較低。但它有結構簡單，成本低和調試容易的特點。</p><p>　　2)半閉環(huán)控制數控機床：它的檢測元件安裝在電機或絲杠的端頭，檢測的電機軸或是絲杠的轉動量并與數控裝置的命令相比較，而另一部分絲杠一螺母一工作臺移動量不受控制。它的精度低于閉環(huán)，但調試方便、穩(wěn)定性好，相對于閉環(huán)成本低的特點。</p><p>　　3)閉環(huán)控制數控機床：采用直線位移檢測元件，測量機床移

34、動部件工作臺或是主軸箱的位置，并將測量結果反饋給數控裝置與指令的移動量相比較所得差值，將此差值放大并進行修正，至至此差值為零或是接近于零。從理論上講，閉環(huán)的精度最高，它的精度取決于測量元件的精度，但實際上機床的結構、傳動裝置以及傳動間隙等非線性因素都會影響精度，嚴重的還會使閉環(huán)系統(tǒng)的品質下降甚至引起振蕩。</p><p>　　3，按功能水平分類：</p><p>　　1)經濟型又稱為低檔型

35、數控機床：它控制的軸數和聯(lián)動軸數在3軸或3軸以下，進給分辨率10／μm，快速進給速度10m／min。</p><p>　　2)普及型又稱中檔型數控機床：它控制的軸數和聯(lián)動軸數在4軸或4軸以下，進給分辨率1,μn，快速進給速度10～20m／min。</p><p>　　3)高檔型數控機床：它控制的軸數和聯(lián)動軸數在4軸或4軸以下，進給分辨率0．1μm，快速進給速度100m／min。</p

36、><p><b>　　3.5 設計參數</b></p><p>　　1、最大回轉直徑： Φ450mm</p><p>　　2、最大車削直徑： Φ400mm </p><p>　　3、最大車削長度： Φ200mm</p><p>　　4、主軸轉速范圍（無極

37、）： 20～3400rpm</p><p>　　5、主軸通孔直徑： Φ60mm</p><p>　　6、主軸軸頭形勢： ISO A2-8</p><p><b>　　3.6 設計方案</b></p><p>　　進給傳動可以采用單獨電動機作為動力源，進給傳動系的變速機構是用來改變進給量大小。常用的

38、有交換齒輪變速、滑移齒輪變速、齒輪離合器變速、機械無級變速和伺服電動機變速。關于電動機的選擇上，首先為了達到無級變速，即在一定范圍內，轉速能連續(xù)地變換從而獲得最有利的切削速度，然后再根據給定的主軸轉速范圍，初步選用伺服電動機。</p><p>　　主軸箱會因為受力產生變形從而影響了加工，我們可以通過一些軟件得到主軸箱受到極限力作用下的變形圖或者應力分布圖，來解決這個問題。</p><p>

39、　　在軸的校核方面，根據軸的材料特性畫出主軸的受力圖，應力分布圖，從而確保主軸的安全性與合格性。</p><p>　　最后關于進給系統(tǒng)的設計，首先是做好絲杠的選用計算，之后做絲杠許用轉速校核，計算絲杠工作壽命，計算出絲杠的進給力，從而完成進給系統(tǒng)的設計過程。</p><p>　　4 畢業(yè)設計（論文）內容</p><p>　　本課題關鍵問題及難點有： </p&g

40、t;<p>　　(1) 關于電機的選擇；</p><p>　　(2) 主軸箱受力后會產生變形而且會影響到加工的誤差，如何來分析；</p><p>　　(3) 軸的校核計算；</p><p>　　(4) 箱體肋板的布置；</p><p>　　(5) 關于進給系統(tǒng)的設計。</p><p><b>　

41、　5 工作進度安排</b></p><p>　　(1) 布置設計任務、查閱資料以及相關實習（二周）；</p><p>　　(2) 方案確定、理論計算與三維造型設計（四周）；</p><p>　　(3) 裝配圖、零件圖繪制及制作與裝配（五周）；</p><p>　　(4) 檢查、計算與修改設計（二周）；</p><

42、;p>　　(5) 撰寫畢業(yè)設計論文（一周）；</p><p>　　(6) 答辯（一周）。</p><p><b>　　6參考文獻</b></p><p>　　《機械設計手冊》 成大先 　　　　　　化學工業(yè)出版社</p><p>　　《實用滾動軸承手冊》

43、祝變權 　　　　　　上海科學技術出版社</p><p>　　《機械設計手冊》　　　　　　　　機械設計手冊編委會　　　機械工業(yè)出版社</p><p>　　《機械制圖手冊》　　　　　　　　梁德本　葉玉駒　　　　　機械工業(yè)出版社</p><p>　　《實用鋼鐵材料手冊》　　　　　　虞蓮蓮　曾正明　　　　　機械工業(yè)出版社</p><p>　

44、　《設備潤滑基礎》　　　　　　　　胡邦喜　　　　　　　　　冶金工業(yè)出版社</p><p>　　《非標準機械設備設計手冊》　　　胡宗武　　　　　　　　　機械工業(yè)出版社</p><p>　　《金屬切削機床設計指導》 王良申 上海交通大學出版社</p><p><b>　　機械工程學院</b></p>