工 業(yè) 中 心
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題目： 數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
2016年 3月 11日
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學(xué)生姓名
專 業(yè)
機械設(shè)計制造
及其自動化
指導(dǎo)教師姓名
所在院系
工業(yè)中心
課題來源
D
課題性質(zhì)
A
課題名稱
數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容和意義?
采用類比法，進行數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)的設(shè)計。達到X軸向受力要求，以及X軸進給系統(tǒng)的強度、剛度要求。
畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容：
1、 了解數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)主要零件
2、 CAD繪制數(shù)控車床X軸驅(qū)動裝配圖以及各個零件的零件圖
3、 數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)驅(qū)動電動機的選擇型
4、 設(shè)計計算：X軸向慣量匹配的計算、X軸向轉(zhuǎn)矩匹配的計算、X向進給力的計 算、X向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計算
5、滾珠絲杠的計算及選擇
6、正確設(shè)計選擇進給系統(tǒng)的各個部件
7、各個零件成本計算以及課題成本計算
?
本課題研究的意義：
本課題對數(shù)控銑床X軸進給系結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，其意義如下：
1、設(shè)計中的X軸向慣性、扭矩以及進給力的計算，以及各個零件受力分析計算有利于更深層次了解數(shù)控銑床，精確的計算分析可以大大提高今給系統(tǒng)的傳動精度和傳動的平穩(wěn)性
2、進給系統(tǒng)中采用了滾珠絲桿傳動，為提高進給系統(tǒng)的靈敏度和定位精度且防止爬行，必須降低數(shù)控銑床進給系統(tǒng)的摩擦，并減少靜、動摩擦系數(shù)差，一般采用滾珠絲杠副。滾珠絲杠副效率可達85%—98%，是普通滑動絲杠副的2-4倍，且摩擦角小于1°，因此不會產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。
3、、進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床機械傳動間的連接環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分，它包含機械、電子、機電等各種部件。伺服驅(qū)動電動機是今給系統(tǒng)的動力部件，它提高所需要的動力。在對進給系統(tǒng)設(shè)計的同時也對銑床整體有了更多的認真，對機床進給系統(tǒng)有更多掌握。
4、優(yōu)秀的進給系統(tǒng)有利于提高生產(chǎn)質(zhì)量提高生產(chǎn)效率，能夠大大增加零件生產(chǎn)精度，更利于實現(xiàn)高精度高要求零件生產(chǎn)加工。
文獻綜述
隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需求頻繁改型，特別是在宇航.造船.軍事等領(lǐng)域所需要的機械零件，精度要求高，形狀復(fù)雜，批量小。加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備，普通機床或?qū)Ｓ没潭雀叩淖詣踊瘷C床已不能適應(yīng)這些要求。為了解決上述問題，一種新型的機床——數(shù)控機床應(yīng)運而生。[1]這種新型機床具有適應(yīng)性強加工精度高加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。它綜合應(yīng)用了電子計算機 自動控制 伺服驅(qū)動精密測量和新型機械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后數(shù)控機床發(fā)展的方向。
數(shù)控銑床發(fā)展趨勢是[2]：1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機床試驗性樣機；1953年美空軍與麻省理工學(xué)院協(xié)作，創(chuàng)制APT自動編程系統(tǒng)；1958年美國研制成功自動換刀裝置的數(shù)控機床，稱為“加工中心”；1965年出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代；1970年以后美國英特爾公司開發(fā)使用了微處理器；20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了柔性制造單元FMC。
國內(nèi)數(shù)控機床的發(fā)展[3]：中國從1958年開始研究數(shù)控技術(shù)，到20世紀(jì)60年代中期處于研制開發(fā)階段。1965年進入晶體管數(shù)控裝置的研制。60年代末至70年代初研制成功了數(shù)控銑床。20世紀(jì)80 年代，中國先后從日本美國等國家引進了部分?jǐn)?shù)控裝置和伺服單元技術(shù)，并于1981年開始批量生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，包括數(shù)控裝置和伺服單元。
數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)發(fā)展趨勢[4-7]：銑刀的旋轉(zhuǎn)為主切削運動，Y軸的驅(qū)動裝置帶動工件旋轉(zhuǎn)以及X軸驅(qū)動裝置通過工作臺帶動工件沿 X 向的移動為進給運動，XY 軸驅(qū)動裝置相互配合，可保證銑削沿著加工螺紋的方向進給，螺紋的加工采用分層銑削的方式來逐漸達到螺紋的深度，在每一層采用 XY 兩個軸同時進給，即XY 平面直線進給的方式來合成螺紋的銑削進給。對于不同的螺距，可通過計算確定相應(yīng)的 XY 同時進給值來保證，對于多頭螺紋，則按照分頭加工的原則，先加工完一頭后編程讓Y軸驅(qū)動裝置帶動工件轉(zhuǎn)過相應(yīng)角度后，再開始加工另一頭螺紋，為保證加工的精度，加工前應(yīng)保證工件軸線與X軸平行，同時銑刀的軸線要與工件軸線垂直相交；有許多因素均會對進給運動精度產(chǎn)生重要影響，如導(dǎo)軌的非線性、摩擦特性等。另外，單從零件精度評判機床精度的角度來看，除了伺服運動軸的動態(tài)性能外，機床的機械運動精度的影響因素包括各軸間運動關(guān)系等因素是不可忽視的，在排除工藝和環(huán)境因素外，找出最能表現(xiàn)機床精度影響加工誤差的型面有重大意義；用球桿儀和光柵尺同時測量了兩軸聯(lián)動精密工作臺的走圓運動。上述研究中基于平動軸的跟蹤誤差研究較為深入細致，而針對五軸聯(lián)動數(shù)控機床的轉(zhuǎn)動軸引起的誤差則研究較少；閉環(huán)控制系統(tǒng)中進行連續(xù)切削加工時，輪廓跟隨精度與伺服驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性關(guān)系，推導(dǎo)了跟隨誤差與輪廓誤差之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。
英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼
文獻綜述
伺服進給系統(tǒng)的基本要求[8]：定位精度要高，跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。穩(wěn)定性：所謂穩(wěn)定的系統(tǒng)，即系統(tǒng)在輸入量改變、啟動狀態(tài)或外界干擾作用下，其輸出量經(jīng)過幾次衰減振蕩后仍能迅速地穩(wěn)定在新的或原有的平衡狀態(tài)下。它是伺服進給系統(tǒng)能夠正常工作的基本條件，包含絕對穩(wěn)定性和相對穩(wěn)定性(穩(wěn)定裕度)。精度：所謂伺服進給系統(tǒng)的精度，是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度(偏差)，即準(zhǔn)確性。它包含動態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程出現(xiàn)的偏差；穩(wěn)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程結(jié)束后，系統(tǒng)存在的偏差；靜態(tài)誤差，即元件誤差及干擾誤差。常用的精度指標(biāo)有定位精度、重復(fù)定位精度和輪廓跟隨精度。精度用誤差來表示，定位誤差是指工作臺由一點移動到另一點時，指令值與實際移動距離的最大差值。重復(fù)定位誤差是指工作臺進行一次循環(huán)動作之后，回到初始位置的偏差值。輪廓跟隨誤差是指多坐標(biāo)聯(lián)動時，實際運動軌跡與給定運動軌跡之問的最大偏差值。影響精度的參數(shù)很多，關(guān)系也很復(fù)雜。采用數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)可以提高伺服驅(qū)動系統(tǒng)的精度。速度響應(yīng)特性：所謂快速響應(yīng)特性，是指系統(tǒng)對指令輸入信號的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的迅速程度。它包含系統(tǒng)的響應(yīng)時間，傳動裝置的加速能力。它直接影響機床的加工精度和生產(chǎn)率。系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，則加工效率越高，軌跡跟隨精度也高。但響應(yīng)速度過快會造成系統(tǒng)的超調(diào)，甚至?xí)鹣到y(tǒng)不穩(wěn)定。因此，應(yīng)適當(dāng)選擇快速響應(yīng)特性。
數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)設(shè)計要求[9]：
(1)保證實現(xiàn)規(guī)定的進給量。
(2)能傳遞要求的扭矩。
(3)有足夠的靜剛度和動剛度。
(4)保證要求的進給傳動精度。
(5)低速、微量進給系統(tǒng)要保證運動的平穩(wěn)性和靈敏度。
(6)結(jié)構(gòu)緊湊、便于操縱、容易維護、加工及裝配工藝性好。
數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)影響因素[10-11]：由于數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動齒輪副存在間隙，在開環(huán)系統(tǒng)中會造成進給運動的位移值滯后于指令值；反向時，會出現(xiàn)反向死區(qū)，影響加工精度。傳動系統(tǒng)的設(shè)計，包括傳動方式的選擇，根據(jù)傳動精度要求，確定數(shù)控機床的脈沖當(dāng)量；滾珠絲杠導(dǎo)程及精度等的確定，滾珠絲杠支承選擇；精度驗算等過程。
英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼
文獻綜述
參考文獻：
1、文懷興．?dāng)?shù)控銑床設(shè)計．北京：化工工業(yè)出版社，2006.01：1-3
2、王愛玲．現(xiàn)代數(shù)控機床．北京：國防工業(yè)出版社，2009.03：12-13
3、周巍松. 數(shù)控機床控制原理. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社, 2012.08:13-15
4、陳炳森，胡華麗，楊鴻鋒. 簡易改造立式數(shù)控銑床進行螺桿的銑削加工. 第31卷 第 9期 2009-09
5、謝東.丁杰雄.霍彥波.杜麗.王偉. 數(shù)控機床轉(zhuǎn)動軸進給系統(tǒng)輪廓誤差分析. 國家科技重大專項（2010ZX04015－011）
6、陶濤，梅雪松,姜歌東.基于球桿儀和光柵尺的工作臺精度調(diào)整［Ｊ］．納米技術(shù)與精密工程，2005，3(4)：268-272．
7、孫建仁．?dāng)?shù)控機床進給伺服系統(tǒng)特性影響加工精度的分析［Ｊ］．蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2004，30（3）：45-47．
8、周利平.數(shù)控裝備設(shè)計，重慶：重慶大學(xué)出版社，2011.3：73-76
9、陳立德,機械制造裝備設(shè)計，高等教育出版社,2010.06：46
10、文懷興．?dāng)?shù)控銑床設(shè)計．北京：化工工業(yè)出版社，2006.01：44-48
11、文懷興．?dāng)?shù)控銑床系統(tǒng)設(shè)計．北京：化工工業(yè)出版社，2011.09：119-122
研究內(nèi)容
1、 先熟悉數(shù)控銑床X軸進給系統(tǒng)主要零件
2、 進給系統(tǒng)驅(qū)動電動機的選型與計算
3、 設(shè)定好進給系統(tǒng)機械傳動部分的剛度要求以及其承載能力
4、 分析計算X軸向的受力要求
5、滾珠絲杠副的選型與各方面承載能力以及拉伸力預(yù)緊力的計算，并選擇與其配合軸承型號
?6、各個零部件的成本分析
研究計劃
研究周期與時間安排
畢業(yè)設(shè)計起止日期：2.22—6.10（第1周—第16周）
起 止 日 期 工 作 內(nèi) 容
第1周 (2.22-2.26) 收集資料，學(xué)習(xí)有關(guān)書籍文獻，參觀工廠，搜集
設(shè)計過程中所要遵照的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)并進行學(xué)習(xí)
第2周 (2.29-3.04) 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(shù)路線、方案，要設(shè)計和完成的任務(wù) 第3周 (3.07-3.11） 完成開題報告及外文材料翻譯
第4周 (3.14-3.18) 完成裝配圖草圖設(shè)計，繪制進給系統(tǒng)運動簡圖
第5周 (3.21-3.25) 完成X軸向慣量,轉(zhuǎn)矩,匹配的計算和X向進給力
第6周 (3.28-4.01) 完成裝配圖設(shè)計
第7周 (4.04-4.08） 畢業(yè)設(shè)計中期檢查
第8周 (4.11-4.15） 進行零件圖計算機繪圖
第9周 (4.18-4.22) 完成零件圖計算機繪圖
第10周 (4.25-4.29） 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 (5.02-5.06) 遞交論文初稿
第12周 (5.09-5.13) 修改論文并定稿
第13周 (5.16-5.20) 論文評審及答辯資格確定
第14周 (5.23-5.27) 制作答辯PPT，打印圖紙，準(zhǔn)備答辯
第15周（5.30-6.03） 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯
第16周（6.06-6.10） 整理資料存檔
特色與創(chuàng)新
本論文特色與創(chuàng)新如下：
（1）設(shè)計中對進給系統(tǒng)中各個零件的應(yīng)力以及X軸向慣性、扭矩以及進給力的精確計算增加了進給系統(tǒng)的精確度和穩(wěn)定性。
（2）數(shù)控銑床進給系統(tǒng)是由數(shù)控銑床工作臺及X/Y/Z三軸驅(qū)動機構(gòu)組成，其中X軸是機床在加工時與Y軸聯(lián)動直接帶動工件作兩個方向的運動執(zhí)行機構(gòu)。 X軸與Y/Z兩軸驅(qū)動的伺服進給機構(gòu)不僅對進給運動的速度實現(xiàn)自動控制，還要對工件相對于刀具的位置實現(xiàn)自動控制。
（3）對進給系統(tǒng)各個部件的強度、剛度以及各項力學(xué)要求承載能力進行了計算分析，以達到最佳的傳動效果、高精度、高效率同時最大程度降低進給系統(tǒng)的制造成本提高了社會價值。
指導(dǎo)教師
意 見
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
分中心意見
中心意見
分中心主任簽名：
年 月 日
教學(xué)主任簽名：
年 月 日