本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題目： 數(shù)控銑床 Z 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： D 機加工 121 學(xué) 號： 231120333 學(xué)生姓名： 謝 順 指導(dǎo)教師： 卞榮 /劉桂芝 2016 年 2 月 23 日 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )開題報告 學(xué)生姓名 謝順 學(xué) 號 231120333 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動 指導(dǎo)教師姓名 卞榮 /劉桂芝 職 稱 講師 /教授 級高工 所在院系 工業(yè)中心 課題來源 自擬課題 課題性質(zhì) 工程設(shè)計 課題名稱 數(shù)控銑床 Z 軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計的 內(nèi)容和意義 采用 類比 的方法 ，進行 數(shù)控銑床 Z 軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 的設(shè)計 ，使其滿足 對刀具和工件進給運動速度 及位置的 自動控制 。 畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容： 1、 進行 Z 軸向慣量匹配的計算 2、 進行 Z 軸向轉(zhuǎn)矩匹配的計算 3、 進行 Z 向進給力的計算 4、進行 Z 向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計算 5、確定數(shù)控銑床進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其主要零件： Z 向滾珠絲杠，軸承座 ,法蘭，齒形皮帶輪，隔套 ,支柱，電機安裝板，聯(lián)接漲套 , 鎖緊螺帽 , 法蘭 ,限位塊等 。 6、 制共 0 號圖紙，其中數(shù)控銑床 Z 軸驅(qū)動裝配圖 0 號圖 1 張， 數(shù)控銑床 Z 軸運動簡圖 ,紙折合 0 號 （約 15 個零件）。 7、進行技術(shù)經(jīng)濟分析。 8、撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書（論文），不少于 15000。 本課題研究的意義： 本課題對數(shù)控銑床 Z 軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計 ，其意義如下： 1、數(shù)控銑床其傳動系統(tǒng)的精度和剛度是數(shù)控銑床 Z 軸進給系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容。它決定了數(shù)控銑床的加工精度，其精度越高，工廠的自動化效率就越高，為工廠創(chuàng)造的價值也就越大。 2、 Z 軸與 Y/Y 兩軸驅(qū)動的伺服進給機構(gòu)不僅對刀具和工件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。該部件的性能直接影響工件的加工質(zhì)量和切削生產(chǎn)率 ,是決定機床性能和技術(shù)經(jīng)濟指標的重要因素。 3、通過此次數(shù)控銑床 Z 軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計將我大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)方面的知識進行了一番梳理，將其運用于實踐設(shè)計。使得原本并不深刻清晰的專業(yè)知識，變得更加形象具體。并且在查找相關(guān)資料的同時也 了解到了數(shù)控機床的發(fā)展歷史，現(xiàn)階段高端技術(shù)，發(fā)展前景等。 提高了文獻搜索的能力。 文獻綜述 數(shù)控機床是集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術(shù)為一體的機電一體化產(chǎn)品。是機械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點的工作母機 1。 隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界制造業(yè)已進入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機電一體化時代，其中數(shù)控機床就是代表產(chǎn)品之一。目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化進程，而中國從 20 世紀 80 年代開始起步，仍處于發(fā)展階段。近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工 業(yè)控制的各個領(lǐng)域，尤其是機械制造業(yè)中，普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機械所代替 2。大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)，已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑 3。其中， 高速數(shù)控銑床成為世界各工業(yè)發(fā)達國家主要發(fā)展的項目之一 4。 數(shù)控銑床進給系統(tǒng)是由數(shù)控銑床工作臺及 X/Y/中 是決定機床性能和技術(shù)經(jīng)濟指標的重要因素。 對于數(shù)控銑床進給傳動系統(tǒng)設(shè)計主要從控制類型選擇 、 驅(qū)動裝置選擇 、 傳動部件選擇和導(dǎo) 軌選擇四個方面進行 。 對于伺服系統(tǒng)一般要求調(diào)速范圍比較寬 、 精確度高 、 穩(wěn)定性能好 、反應(yīng)迅速 。 而且根據(jù)發(fā)電機不同可以分為交流 、 直流和步進伺服等 ， 一般步進伺服比較常用 5。 為了提高進給系統(tǒng)的靈敏度 、 定位精度和防止爬行，必須降低數(shù)控機床進給系統(tǒng)的摩擦并減少靜 、 動摩擦系數(shù)之差 。 因此，形成不太長的直線運動機構(gòu)常用滾珠絲杠副 。 滾珠絲杠副的傳動效率高達 85%- 98%，是普通滑動絲杠副的 2- 4 倍 。 滾珠絲杠副的摩擦角小于 1 ，因此不自鎖 6。 滾珠運動的摩擦熱、液壓流體、電動機、齒輪箱機械運轉(zhuǎn)熱所造成的熱膨脹會造成定位精 度的降低。如果在導(dǎo)軌或床身上產(chǎn)生變形，即使能夠防止?jié)L珠絲桿的溫升，也不可能獲得高的精度。在分析精度的時候，來自所有熱源的熱影響都必須加以考慮。在計算由滾珠絲桿本身產(chǎn)生的熱量時，高的工作負載是一個最大的潛在原因。通常，工作負載大約是滾珠絲桿頂緊力的 3倍 7。 在現(xiàn)代機械中，特別是數(shù)控系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中，直線滾動導(dǎo)軌已經(jīng)成為一種重要的支撐部件。它不僅使得安裝簡便、維護和潤滑容易，還降低了勞動強度和能耗，極大降低了設(shè)備全壽命周期的成本 8。 受傳統(tǒng)機床設(shè)計思維的影響，人們在數(shù)控機床設(shè)計中往往只重視轉(zhuǎn)矩 (功率 )匹配， 而忽視慣量匹配，從而嚴重影響整機性能，導(dǎo)致數(shù)控機床不能適應(yīng)高速精密加工的要求 9。因此，為了提高機床整體性能，高精度，高性能，必須進行 慣量匹配和轉(zhuǎn)矩匹配的 計算。 為了適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機械設(shè)計在近 30年來發(fā)生了相當大的變化。設(shè)計理論，設(shè)計方法，設(shè)計工具更為先進，計算精度更高，計算速度更快 10。 參考文獻： 1. 師鴻飛 ,鄒翠波 ,張彩虹 2004， 6:83. 馮銀蘭，周會成 科學(xué)之友 ， 2008， 14:136. 崔陳龍 . 數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)及功能特點淺析 2011， 5:135. 岳少雷 ,任妍欣 J,2005， 10:33- 34. 5. 苑忠春 . 數(shù)控銑床進給傳動系統(tǒng)的設(shè)計分析 2015， 12： 131 6. 王澤蛟 . 銑床數(shù)控軸進給系統(tǒng)設(shè)計 . 裝備制造技術(shù) ， 2012， 3： 226. 張巧云 . 如何保持滾珠絲桿的精度 . 精密制造與自動化 ， 2013， 2： 59 8. 高飛 . 直線滾動滾子導(dǎo)軌壽命分析 . 機床與液壓 ， 2015， 11： 59. 余清華，朱宏杰，郭軍， 田紅陽，楊沛湛 . 數(shù)控機床進給系統(tǒng)必須慣量匹配 2011， 3： 530. 董剛，李建功，潘鳳章 北京：機械工業(yè)出版社 ， 2000： 3 研究內(nèi)容 軸進給系統(tǒng)總體方案確定 該進給機構(gòu)由伺服電機驅(qū)動，經(jīng) Z 向齒形帶傳動， 驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)數(shù)控銑床 Z 軸進給運動。 為提高銑床整體性能，高速度，高精度等，需進行慣量匹配。 角加速度越小，則數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令到進給系統(tǒng)執(zhí)行完畢之間的時間越長，也就是通常所說的系統(tǒng)反應(yīng)慢。如果角加速度變化，則系統(tǒng)的反應(yīng)將忽快忽慢，影響加工精度。當進給伺服電動機已選定，則電動機轉(zhuǎn)矩的最大值基本不變。如果希 望角加速度的變化小，應(yīng)使 電動機本身的慣量 +折合到電動機軸的負載慣量 的變化盡量小，則最好使 電動機本身的慣量 +折合到電動機軸的負載慣量 所占比例小一些。這就是“ 慣量匹配”原則。 為提高銑床整體性能，高速度，高精度等，需進行轉(zhuǎn)矩匹配。 選擇伺服電動機時，最大切削負載轉(zhuǎn)矩不得超過電動機的額定轉(zhuǎn)矩。折算至電動機軸的最大切削負載轉(zhuǎn)矩 。 4. 滾珠絲杠的計算及校核 滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成，可將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力精度和效率高。首先根據(jù)絲杠的工作行程初選 絲杠的工作長度，計算工作載荷，查表選型號然后進行校核。 研究計劃 研究周期與時間安排 畢業(yè)設(shè)計起止日期： 1 周 第 15 周） 第 1 周 ( 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)國家標準并進行學(xué)習(xí) 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(shù)路線、方案，要設(shè)計和完成的任務(wù) 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(shè)計，繪制進給系統(tǒng)運動簡圖 第 5 周 ( 完成 Z 軸向慣量 ,轉(zhuǎn)矩 ,匹配的計算、完成 Z 向進給力 ,第 6 周 ( 完成裝配圖設(shè)計 第 7 周 ( 畢業(yè)設(shè)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 周 ( 修改論文并定稿 第 13 周 ( 論文評審 第 14 周 ( 答辯資格確定 第 15 周 ( 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯 第 16 周（ 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)計時進行了 量匹配 的 計算 ， 從而提高了數(shù)控銑床的加工 速度以及加工精度。 (2)設(shè)計時進行了