畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 方 案題 目 斜床身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 畢業(yè)設(shè)計(jì)方案學(xué)院學(xué)生設(shè)計(jì)題目 斜床身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、選題背景與意義1.機(jī)床行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(jī)床產(chǎn)業(yè)對(duì)于發(fā)展發(fā)展新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)和增強(qiáng)國(guó)家的綜合國(guó)力有著十分重要的作用。機(jī)床產(chǎn)品的發(fā)展是高精、高速、高效，一批多坐標(biāo)、復(fù)合、智能型。我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)已取得了長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步。但是，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我們的差距仍然明顯。主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)方法的落后、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)很難和國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相接軌。在機(jī)械加工行業(yè)中，由于需要加工復(fù)雜的工件，普通的機(jī)床已經(jīng)不能滿足加工要求，從而出現(xiàn)了自動(dòng)控制機(jī)床以及數(shù)字控制機(jī)床，來(lái)加工復(fù)雜的曲面和形狀的工件。斜床身數(shù)控車床因其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)床當(dāng)中占非常重要的位置，近幾十年來(lái)一直受到了世界各國(guó)的普遍關(guān)注與重視并且得到了快速的發(fā)展。我國(guó)機(jī)床行業(yè)近幾年雖然取得了長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我們的差距仍然明顯。我國(guó)在這類機(jī)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(guó)內(nèi)的機(jī)床行業(yè)發(fā)展情況可看出，大部分機(jī)床廠都在生產(chǎn)數(shù)控車床，數(shù)控機(jī)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(guó)機(jī)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(yuǎn)不能滿足國(guó)名經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的需要，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)機(jī)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力方面，均存在著階段性的差距，而且還有進(jìn)一步拉大的趨勢(shì)，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(jī)床的精度、效率較低。由于國(guó)產(chǎn)機(jī)床的質(zhì)量不能滿足用戶的需求，導(dǎo)致近幾年機(jī)床進(jìn)口驟增，進(jìn)出口逆差巨大，盡管國(guó)內(nèi)機(jī)床市場(chǎng)需求旺盛，但將近一半的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)被外商占領(lǐng)了。目前高精尖產(chǎn)品市場(chǎng)被西方發(fā)達(dá)國(guó)家占領(lǐng)，大型、重型和普通機(jī)床市場(chǎng)被俄羅斯占領(lǐng)，普及型數(shù)控機(jī)床臺(tái)灣產(chǎn)品大量涌入。2.畢業(yè)課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生學(xué)完大學(xué)課程及先行課程之后，在大學(xué)的最后階段進(jìn)行的實(shí)習(xí)性創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，是大學(xué)生的必修環(huán)節(jié)。本次設(shè)計(jì)目的在于通過機(jī)床運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是在擬定傳動(dòng)和變速結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思，方案分析，結(jié)構(gòu)工藝性，機(jī)械制圖，零件計(jì)算，編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是斜身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該機(jī)床能實(shí)現(xiàn)兩聯(lián)動(dòng)，具有刀具參畢業(yè)設(shè)計(jì)方案數(shù)補(bǔ)償、剛性攻絲、軌跡圖形等先進(jìn)功能，能夠一次裝夾完成對(duì)復(fù)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(jì)的主要內(nèi)容是：斜床身臥式車床傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸箱設(shè)計(jì)、主軸箱內(nèi)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)說明書等。1）根據(jù)所選工件計(jì)算切削用量，進(jìn)一步選定電動(dòng)機(jī)。2）分析制定傳動(dòng)方案，設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)。3）對(duì)動(dòng)力部件的齒輪、軸和軸承等部件詳細(xì)計(jì)算和校核，滿足強(qiáng)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(jì)說明書。設(shè)計(jì)課題涉及到課題的分析、資料的查詢整理，深入機(jī)床廠生產(chǎn)一線向使用者、設(shè)計(jì)者學(xué)習(xí)，從而了解所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的成本、生產(chǎn)效率、用途和設(shè)計(jì)理念等。側(cè)重于設(shè)計(jì)、計(jì)算與制圖能力的培養(yǎng)和工程基本訓(xùn)練。具體要求包括：1）合理選擇各零件的材料，合理進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，完成斜身車床的詳細(xì)計(jì)算，進(jìn)一步鞏固和掌握機(jī)械專業(yè)設(shè)計(jì)，積極聯(lián)系實(shí)踐，增強(qiáng)自己的知識(shí)儲(chǔ)備和設(shè)計(jì)創(chuàng)新思維。2）二維三維圖的設(shè)計(jì)，手工繪圖和計(jì)算機(jī)加強(qiáng)了專業(yè)繪圖技能，熟練掌握繪圖軟件，提高運(yùn)用和組織構(gòu)思能力。3）學(xué)會(huì)搜集相關(guān)資料文獻(xiàn)，提高分析和解決問題的能力。4）要求設(shè)計(jì)斜身車床。機(jī)床總體設(shè)計(jì)要考慮涉及幾點(diǎn)：1）根據(jù)工件計(jì)算切削用量，選用合適的電動(dòng)機(jī)。2）合理選擇機(jī)床的通用部件。3）選擇合理的機(jī)床的配置形式。4）設(shè)計(jì)高效率的工具、刀具和主軸箱。預(yù)期研究結(jié)果：1）機(jī)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(huì)堆積在導(dǎo)軌上，也便于自動(dòng)安裝排屑器；操作方便易于安裝機(jī)械手，以實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化。2）直線導(dǎo)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。3）X、Y 軸伺服電機(jī)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(shí)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(jì)方案畢業(yè)設(shè)計(jì)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(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)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(dòng)座 4-絲杠 5-螺釘6-工作臺(tái) 7-軸承 8-滑動(dòng)導(dǎo)軌 9-尾座 10-燕尾導(dǎo)軌圖 1 斜床身車床的主視圖畢業(yè)設(shè)計(jì)方案圖 2 斜床身數(shù)控車床的左視圖2 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)大多數(shù)采用的是無(wú)級(jí)變速，無(wú)級(jí)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(jī)，通過帶傳動(dòng)來(lái)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)、通過帶傳動(dòng)和主軸箱內(nèi)的減速齒輪來(lái)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。變速齒輪如圖 3 所示，帶傳動(dòng)如圖 4 所示。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)要求較大的調(diào)速范圍，且變速按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行，因此變速機(jī)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。所以采用無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)，機(jī)床主軸的傳動(dòng)系統(tǒng)則采用交流伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)，如圖 5 所示。圖 3 變速齒輪 圖 4 帶傳動(dòng) 圖 5 電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)3 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一般采用伺服進(jìn)給系統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使刀架實(shí)現(xiàn)縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)執(zhí)行構(gòu)件是主軸和刀架，車削螺紋時(shí)，主軸和刀架之間有著嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系：車端面和圓柱面時(shí)，刀架和主軸之間無(wú)嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。橫向進(jìn)給系統(tǒng)和縱向進(jìn)給系統(tǒng)分別如圖 6 的（a）和（b）所示。橫向和縱向進(jìn)給傳動(dòng)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(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)無(wú)間隙聯(lián)軸器與滾珠絲杠副相連。絲杠采用的是可預(yù)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(huì)因發(fā)熱而伸長(zhǎng)。進(jìn)步電機(jī)與絲杠的聯(lián)接如圖 7 所示。（a） 橫向進(jìn)給系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案（b） 縱向進(jìn)給系統(tǒng)圖 6 橫向和縱向進(jìn)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(jìn)電機(jī)圖 7 進(jìn)步電機(jī)與絲杠的聯(lián)接4 刀架系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn)車床的自動(dòng)換刀。刀架動(dòng)作的順序?yàn)椋合到y(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào)→刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)→刀臺(tái)上升并轉(zhuǎn)位→刀架到位信號(hào)→刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)→粗定位夾緊→精定位夾緊→電機(jī)停轉(zhuǎn)→回答信號(hào)→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(dǎo)軌上，沿著床身導(dǎo)軌移動(dòng)，畢業(yè)設(shè)計(jì)方案根據(jù)工件長(zhǎng)短來(lái)調(diào)節(jié)位置。尾座的作用是利用套筒安裝頂尖，來(lái)支撐較長(zhǎng)工件的一端，也可以安裝鉸刀、鉆頭等道具來(lái)進(jìn)行孔加工。尾座的外形要做到美觀，與機(jī)床設(shè)計(jì)風(fēng)格相稱，尾座的材料用 1 級(jí)鑄鐵，并且經(jīng)過時(shí)效處理，同時(shí)也可以用偏心機(jī)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(xiàn)[1] 羅曉芳，張金濤，簡(jiǎn)玉山，等.數(shù)控刮削滾光機(jī)床的設(shè)計(jì)[J]. 制造技術(shù)與機(jī)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(jī)床床身尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)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(diǎn)成形預(yù)測(cè)[J].熱加工工藝,2013，1（3）：21-24[4] 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