開(kāi)題報(bào)告-xk755型專用臥式數(shù)控床身銑床進(jìn)給 系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　開(kāi)題報(bào)告</b></p><p><b>　　一、課題名稱</b></p><p>　　XK755型專用臥式數(shù)控床身銑床進(jìn)給系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)</p><p><b>　　二、課題來(lái)源</b></p><p>　　數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的

2、重要基礎(chǔ)。這個(gè)基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力，關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。 </p><p>　　在我國(guó)，數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來(lái)取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。特別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，以PC平臺(tái)為基礎(chǔ)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但是，我國(guó)在數(shù)控技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問(wèn)題，特別是在技術(shù)創(chuàng)新能力、商品

3、化進(jìn)程、市場(chǎng)占有率等方面情況尤為突出。在新世紀(jì)到來(lái)時(shí)，如何有效解決這些問(wèn)題，使我國(guó)數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進(jìn)行列，使我們?cè)趪?guó)際競(jìng)爭(zhēng)中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開(kāi)發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務(wù)。數(shù)控技術(shù)是一種采用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械加工過(guò)程中各種控制信息進(jìn)行數(shù)字化運(yùn)算、處理，并通過(guò)高性能的驅(qū)動(dòng)單元對(duì)機(jī)械執(zhí)行構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)化控制的高新技術(shù)。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車

4、、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著非常重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)上看，其主要有以下幾個(gè)方面為完成此任務(wù)，首先必須確立符合中國(guó)國(guó)情的發(fā)展道路。為此，從總體戰(zhàn)略和技術(shù)路線兩個(gè)層次及數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、數(shù)控整機(jī)等幾個(gè)具體方面探討了新世紀(jì)的發(fā)展途徑。</p><p>　　同時(shí)，我在中國(guó)人民解放軍第三六〇四廠（武漢漢口機(jī)床廠）的機(jī)加工車間進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí)，期間參與了數(shù)控編程以及數(shù)控銑床的初步學(xué)習(xí)，因此老師根據(jù)我們實(shí)習(xí)情

5、況，選擇與畢業(yè)實(shí)習(xí)緊密聯(lián)系的課題作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題，我的設(shè)計(jì)課題是“XK755型專用數(shù)控床身銑床進(jìn)給系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)”，如此可以通過(guò)實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)四年來(lái)理論教學(xué)與實(shí)際相結(jié)合的學(xué)習(xí)效果，增強(qiáng)對(duì)實(shí)習(xí)的認(rèn)知。</p><p><b>　　三、研究目的和意義</b></p><p>　　1、了解國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，懂得我國(guó)發(fā)展數(shù)控機(jī)床的意義和必要性。增加

6、我們對(duì)振興我國(guó)制造業(yè)的使命感。培養(yǎng)我們對(duì)數(shù)控機(jī)床的興趣，系統(tǒng)的訓(xùn)練我們對(duì)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)能力，實(shí)踐產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程，起到就業(yè)前的綜合練兵作用。</p><p>　　2、了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本步驟，訓(xùn)練我們?nèi)绾问占头治鲑Y料，如何制定設(shè)計(jì)方案，如何進(jìn)行工作圖設(shè)計(jì)和計(jì)算，撰寫(xiě)論文的能力。</p><p>　　3、了解數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理，基本結(jié)構(gòu)。訓(xùn)練產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本技能（包括查閱科技文獻(xiàn)與

7、技術(shù)手冊(cè)、熟練進(jìn)行手工繪圖和CAD繪圖）。</p><p><b>　　四、主要內(nèi)容</b></p><p>　　設(shè)計(jì)本數(shù)控銑床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)（X、Y、Z軸）。</p><p>　　關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算。</p><p>　　五、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　　1、概述

8、 </b></p><p>　　在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，一般已知以下條件：移動(dòng)部件（即機(jī)床執(zhí)行部件）的總質(zhì)量（包括移動(dòng)部件自身的質(zhì)量、夾具的質(zhì)量和工件的質(zhì)量），移動(dòng)部件的最大移動(dòng)速度（mm/min），電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速（r/min），移動(dòng)部件的定位精度（mm）和重復(fù)定位精度（mm），移動(dòng)部件的行程（mm）。進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是進(jìn)行滿足上述已知條件的移動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決的主要問(wèn)題是

9、：導(dǎo)軌的選型與設(shè)計(jì)，滾珠絲杠支撐方式的確定，滾珠絲杠螺母副的選型與計(jì)算，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度驗(yàn)算、動(dòng)態(tài)特征分析與固有頻率計(jì)算、誤差分析與驗(yàn)算，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算。</p><p><b>　　2、總體布局</b></p><p>　　床身銑床是工作臺(tái)不能升降，可沿床座導(dǎo)軌作縱向、橫向移動(dòng)，銑頭或立柱可作垂直移動(dòng)的銑床。由于升降臺(tái)銑床在加工狀態(tài)隨時(shí)上下移動(dòng)的部件有工作

10、臺(tái)、床鞍和升降臺(tái)以及工件其層次多、重量重，系統(tǒng)剛度差； 銑頭沿床身導(dǎo)軌上下移動(dòng)，其升降部分銑頭的重量?jī)H有升降臺(tái)銑床升降部分（工作臺(tái)、床鞍和升降臺(tái)以及工件）重量的1/5，不僅升降靈便、且大大提高了機(jī)床的整體剛性。</p><p>　　專用臥式數(shù)控床身銑床實(shí)例，如圖所示：</p><p>　　XK755型專用臥式數(shù)控床身銑床主要由如下幾大部件組成：底座、滑鞍、工作臺(tái)、立柱、主軸箱。其總體布局圖

11、如下：</p><p><b>　　3、確定導(dǎo)軌的型式</b></p><p>　　3.1導(dǎo)軌類型---貼塑導(dǎo)軌</p><p>　　導(dǎo)軌的主要功能是導(dǎo)向和承載。導(dǎo)軌使運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而保證各部件之間的相對(duì)位置精度。導(dǎo)軌主要由機(jī)床上兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的配合而組成一對(duì)導(dǎo)軌副， 其中， 不動(dòng)的配合面稱為支承導(dǎo)軌， 運(yùn)動(dòng)的配合面稱為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌

12、。導(dǎo)軌按運(yùn)動(dòng)軌跡可以分為直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；按摩擦性質(zhì)可以分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。</p><p>　　根據(jù)進(jìn)給速度，定位精度和重復(fù)定位精度來(lái)確定選擇貼塑導(dǎo)軌。</p><p>　　貼塑導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌滑動(dòng)面上貼一層耐磨的塑料導(dǎo)軌軟帶，對(duì)與之相配的導(dǎo)軌滑動(dòng)面進(jìn)行淬火和磨削加工。塑料導(dǎo)軌軟帶以聚四氟乙烯為基材， 添加合金粉和氧化物制成。塑料導(dǎo)軌軟帶可切成任意大小和形狀， 用膠黏劑黏接在導(dǎo)

13、軌基面上。由于這類導(dǎo)軌軟帶用黏接方法加工， 故稱為貼塑導(dǎo)軌。塑料導(dǎo)軌軟帶是以聚四氟乙烯 PTFE 為基體， 添加青銅粉二硫化鉬和石墨等多種填料所構(gòu)成的復(fù)合材料。在油潤(rùn)滑狀態(tài)下， 其摩擦系數(shù)約為 0.06， 使用壽命為普通鑄鐵導(dǎo)軌的 8～10 倍。塑料導(dǎo)軌軟帶有各種厚度規(guī)格， 長(zhǎng)與寬由用戶自行裁剪， 采用粘貼的方法固定。塑料導(dǎo)軌軟帶與其他導(dǎo)軌相比， 有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定， 比鑄鐵

14、導(dǎo)軌副低一個(gè)數(shù)量級(jí)。</p><p>　?。?）動(dòng)、 靜摩擦系數(shù)相近， 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導(dǎo)軌副好。</p><p>　　（3）吸收振動(dòng)， 具有良好的阻尼特性， 優(yōu)于接觸剛度較低的滾動(dòng)導(dǎo)軌和易漂浮的靜壓導(dǎo)軌。</p><p>　?。?）耐磨性好， 有自身潤(rùn)滑作用， 無(wú)潤(rùn)滑劑也能工作， 灰塵磨粒的嵌入性好</p><p>　　（5）化學(xué)

15、穩(wěn)定性好， 耐低溫， 耐強(qiáng)酸、 強(qiáng)堿、 強(qiáng)氧化劑及各種有機(jī)溶劑。</p><p>　?。?） 維護(hù)修理方便， 軟帶耐磨， 損壞后更換容易。</p><p>　?。?）經(jīng)濟(jì)性好， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 成本低， 約為滾動(dòng)導(dǎo)軌成本的 1/20。</p><p>　　3.2導(dǎo)軌的截面類型</p><p>　　矩形截面 這種截面導(dǎo)軌制造維修方便，承載能力大，新

16、導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，但磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，需用鑲條調(diào)節(jié)，影響導(dǎo)向精度。</p><p>　　山行與V形截面 這種截面導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，導(dǎo)軌磨損后靠自重下沉自動(dòng)補(bǔ)償，上導(dǎo)軌用凸形有利于排污物，但不易保存油液；下導(dǎo)軌用凹形則相反，頂角一般為90.</p><p>　　圓柱形截面 這種截面導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單，可以做到精密配合，但對(duì)溫度變化較敏感，小間隙時(shí)很易卡住，大間隙時(shí)則導(dǎo)向精度又差。它與上述幾種截面比較

17、，應(yīng)用較少。</p><p>　　平面環(huán)形截面 這種截面導(dǎo)軌適合于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，制造簡(jiǎn)單，能承受較大的軸向力，但導(dǎo)向精度較差。改用圓錐形環(huán)形截面，導(dǎo)向性較好。</p><p>　　燕尾形截面 這種導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊，能承受傾翻力矩，但剛性較差，制造檢修不方便，適用于導(dǎo)向精度不太高的情況。</p><p>　　綜合設(shè)計(jì)要求，選擇矩形截面。如圖</p><p&

18、gt;　　4、滾珠絲杠的支承方式和安裝方式</p><p>　?。?）兩端固定（F-F） </p><p>　　適用于高轉(zhuǎn)速、高精度的場(chǎng)合。該形式兩端分別分別由一對(duì)軸承約束軸向和徑向自由度，負(fù)荷由兩組軸承副共同承擔(dān)。也可以使兩端的軸承副承受反向預(yù)拉伸力，從而提高傳動(dòng)剛度。在定位要求很高的場(chǎng)合，甚至可以根據(jù)受力情況和絲杠熱變形趨勢(shì)精確設(shè)定目標(biāo)行程補(bǔ)償量，進(jìn)一步提高定位精度?！肮潭ā潭ā?/p>

19、型有時(shí)也被片面地叫做“雙推－雙推”，實(shí)際上由于徑向力的存在幾乎很少能用兩個(gè)推力軸承作為固定端。由于此形式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，調(diào)整較難，因此一般僅在定位要求很高時(shí)采用。</p><p>　　（2）一端固定一端游動(dòng)（F-S）</p><p>　　適用于中轉(zhuǎn)速、高精度的場(chǎng)合。該形式一端由一對(duì)軸承約束軸向和徑向自由度，另一端由個(gè)軸承約束徑向自由度，負(fù)荷由一對(duì)軸承副承擔(dān)，游動(dòng)的單個(gè)軸承能防止懸臂撓度，并消化

20、由熱變形產(chǎn)生的應(yīng)力?！肮潭ā蝿?dòng)”型有時(shí)也被片面地叫做“雙推－支承”。此形式結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，效果良好，應(yīng)用廣泛。</p><p>　?。?）一端固定一端自由（F-O）</p><p>　　適用于低轉(zhuǎn)速，中精度，軸向長(zhǎng)度短的場(chǎng)合。該形式一端由一對(duì)軸承約束軸向和徑向自由另一端懸空呈自由狀態(tài)，負(fù)荷均由同一對(duì)軸承副承擔(dān)，并且需克服絲杠回轉(zhuǎn)離心力（及水平安裝時(shí)的重力）造成的彎矩?！肮潭ā杂伞毙陀袝r(shí)也被

21、錯(cuò)誤地叫做“雙推－自由”。此形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力情況差，但在行程小、轉(zhuǎn)速低時(shí)也經(jīng)常用到。</p><p>　　此設(shè)計(jì)方案中，三個(gè)坐標(biāo)軸上均采用兩端固定的支承方式，這種方式絲杠一般不會(huì)受壓，無(wú)壓桿穩(wěn)定問(wèn)題，機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率比一端固定的要高。</p><p><b>　　4.2、軸承的選擇</b></p><p>　　滾珠絲杠所用軸承的類型根據(jù)滾珠

22、絲杠螺母副支承方式的不同而不同，一般情況下，游動(dòng)軸承多用深溝球軸承，固定軸承有多種組合：60接觸角推力角接觸球軸承、雙向推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、滾針軸承和推力滾子軸承的組合、深溝球軸承和推力球軸承的組合。</p><p>　　根據(jù)滾珠絲杠對(duì)軸承的要求，用于滾珠絲杠的軸承應(yīng)具有較大的接觸角。60接觸角推力角接觸軸承，就是較好的與滾珠絲杠配套的專用軸承。它的特點(diǎn)如下：</p><p>

23、　?。?）接觸較大，保持架用增強(qiáng)尼龍注塑成形，可容納較多的鋼球，因此軸向承載能力大，剛度高；</p><p>　?。?）既能承受軸向載荷，又能承受徑向載荷，故支承結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化；</p><p>　?。?）根據(jù)載荷情況，軸承可以進(jìn)行各種組合；</p><p>　?。?）這種軸承是根據(jù)規(guī)定的預(yù)緊力組配好成供應(yīng)的，用戶不需要自己調(diào)整。</p><p&g

24、t;　?。?）啟動(dòng)摩擦力矩小，可以降低滾珠絲杠副的驅(qū)動(dòng)率，提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度。</p><p>　　因此選用推力角接觸軸承DF方式</p><p><b>　　4.3、預(yù)緊方式</b></p><p>　　為了保證滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)精度和剛度，必須對(duì)滾珠絲杠螺母副實(shí)施預(yù)緊措施，目前，常采用雙螺母消除間隙方法和單螺母消除間隙方法。這里我們選用

25、雙螺母消除間隙式，有三種形式，如下：</p><p>　　1、 墊片調(diào)整間隙法 2、齒差調(diào)整間隙法 3、螺紋調(diào)整間隙法。</p><p>　　我們選擇雙螺母螺紋調(diào)隙式。</p><p><b>　　5、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型</b></p><p>　　進(jìn)給系統(tǒng)中，選用交流伺服電動(dòng)機(jī)，具有響應(yīng)快，精度和效率高，負(fù)載能力大，控制

26、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠的連接</p><p>　　本數(shù)控機(jī)床的連接是由伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器把運(yùn)動(dòng)和扭矩傳遞給滾珠桿。這不僅簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減少了傳動(dòng)噪音，而且減少了傳動(dòng)鏈的間隙，提高了傳動(dòng)剛度。</p><p>　　6、確定主軸箱平衡結(jié)構(gòu)</p><p>　　采用單活塞

27、桿液壓缸平衡系統(tǒng)，這種液壓平衡系統(tǒng)工作可靠，速度轉(zhuǎn)換平穩(wěn)，滿足機(jī)床使用性能的要求。</p><p><b>　　六、進(jìn)度安排</b></p><p>　　2016年2月24日~3月19日 完成《開(kāi)題報(bào)告》、《文獻(xiàn)綜述》、《外文翻譯》；</p><p>　　2016年3月19日~4月15日 完成立柱、底座、滑鞍、工作臺(tái)和主軸箱的手繪圖和三維造

28、型；</p><p>　　2016年4月16日~4月30日 完成各坐標(biāo)軸傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配圖</p><p>　　2016年5月1日~5月20日 完成伺服電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算、機(jī)械系統(tǒng)的剛性計(jì)算、滾珠絲杠等的有關(guān)計(jì)算和完成論文的撰寫(xiě)、外文翻譯并裝訂；</p><p>　　2016年5月25日~5月30日 論文修訂，準(zhǔn)備答辯提綱。</p><p&g

29、t;　　七、最終目標(biāo)及完成的時(shí)間</p><p>　　1、開(kāi)題工作。完成《開(kāi)題報(bào)告》、《文獻(xiàn)綜述》和《外文翻譯》。</p><p>　　2、機(jī)床總體布局、各坐標(biāo)軸（X、Y、Z軸）傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)；</p><p>　　3、本數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)；其中：裝配圖6張；主要零件圖（包括底座、立柱、滑鞍、工作臺(tái)、滾珠絲杠、電機(jī)支架、軸承座、螺母座等關(guān)鍵零件）各1張；</p