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南京工程學院
工 業(yè) 中 心
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題目：數(shù)控車床主傳動系統(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 號：231120332
學生姓名： 衛(wèi)佳華
指導教師： 劉桂芝
2016年 3月 10日
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學生姓名
衛(wèi)佳華
學 號
231120332
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
指導教師姓名
劉桂芝
職 稱
研究員級高工
所在院系
工業(yè)中心
課題來源
D．自擬課題
課題性質(zhì)
A．工程設(shè)計
課題名稱
數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計的
內(nèi)容和意義?
采用類比法，進行數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計。該部件動力輸出性能及機械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。
畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容：
1. 主軸箱的主要零件
2. CAD繪制主軸箱傳動機構(gòu)裝配圖0號 1張
3. CAD繪制零件圖紙,CAD圖紙折合0號1.5張 （約15個零件）
4. 繪制主軸動平衡圖,輸出功率和扭矩圖
5. 確定主軸切削扭矩
6. 主軸受力分析及主軸最佳支承計算
7. 主軸前后軸承壽命計算
8. 技術(shù)經(jīng)濟分析
9. 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書
本課題研究的意義：
本課題對數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)進行了設(shè)計，其意義如下：
1、高速、高精是數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的重要指標，高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。
2、了解數(shù)控車床的工作原理，掌握數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計過程和方法，提高對數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計能力。
3、通過運用所學知識及查閱相關(guān)資料，提高獨立思考能力和解決問題的能力。
4、通過對數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計，優(yōu)化了主傳動系統(tǒng)，對數(shù)控車床的廣泛應用和推廣數(shù)控機床的改造有著深遠的意義。
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
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[1]。
國外工業(yè)發(fā)達國家對數(shù)控車床的研究時間較長，而且經(jīng)驗豐富，技術(shù)水平較高，其特點如下：（1）高速高精與多軸加工成為數(shù)控車床的主流， 納米控制已經(jīng)成為高速高效加工的潮流。（2）多任務(wù)、多軸加工數(shù)控車床越來越多地應用到航空航天、能源、汽車及船舶等行業(yè)。（3）智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴充， 車間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，預測機床的狀態(tài)，提前進行相關(guān)的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率。（4）機床誤差檢測與補償功能越來越強大， 能夠在較短的時間內(nèi)完成對機床的補償測量。與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機床誤差的補償精度能夠提高3～4 倍，同時效率得到大幅度提升。（5）最新的CAD/CAM 技術(shù)為多軸、多任務(wù)數(shù)控車床提供了強有力的支持，可以大幅度提高加工效率[2]。
數(shù)控車床的高精度和高速度都要靠主傳動系統(tǒng)來保證。主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的, 它將主電動機的原動力變成可供主軸上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。為適應各種不同的加工及各種不同的加工方法數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)應具有較大的調(diào)速范圍以保證加工時能選用合理的切削用量同時主傳動系統(tǒng)還需要有較高精度及剛度并盡可能降低噪聲, 從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量[3]。
在設(shè)計機床的主傳動常規(guī)變速系統(tǒng)時, 當機床的運動參數(shù)如轉(zhuǎn)速范圍、電動機功率、公比基本確定以后, 通常采用圖解的方法來設(shè)計傳動系統(tǒng), 即使用轉(zhuǎn)速圖直觀地表達出傳動系統(tǒng)中各軸的變化規(guī)律和傳動副的速比關(guān)系。按照傳統(tǒng)的設(shè)計方法, 只能對有限的幾種方案進行計算和比較, 要想取得一個最優(yōu)方案相當困難。將CAD 設(shè)計方法和優(yōu)化設(shè)計的思想引入主傳動系統(tǒng)設(shè)計中, 可以在滿足一定的約束條件下, 獲得最優(yōu)方案[4]。
影響主軸系統(tǒng)動靜剛度的因素有主軸軸承的配置、預加載荷、主軸前后軸承的支承距、主軸組的動平衡以及主軸系統(tǒng)的動態(tài)性能等，必須根據(jù)具體的產(chǎn)品進行分析計算，并制定相應的工藝，保證達到各項性能指標。軸承可以通過不同的組合來滿足各種機床的要求。在進行機床設(shè)計時，根據(jù)機床的結(jié)構(gòu)、精度、主軸的轉(zhuǎn)速、負載等要求，確定機床主軸軸承的配置形式，并根據(jù)承載情況確定合適載荷的軸承[5]。
數(shù)控車床的主軸回轉(zhuǎn)時受各種因素的影響，瞬時回轉(zhuǎn)軸線的位置是經(jīng)常變化的。根據(jù)相對運動的原理，在任何瞬時，一方面主軸繞自己的瞬時回轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。另一方面，該瞬時回轉(zhuǎn)軸線還相對理想回轉(zhuǎn)軸線作軸向的、徑向的和傾角的運動。通過對數(shù)控機床主軸回轉(zhuǎn)精度的研究，可以合理確定主軸回轉(zhuǎn)精度的各項評定指標，綜合考慮尺寸誤差、形狀和位置誤差的影響，確定數(shù)控車床主軸的誤差范圍，為界定數(shù)控機床的加工精度范圍提供了一種新的途徑[6]。
軸的材料是決定其承載能力的重要因素，制造軸的主要材料是碳素鋼及合金鋼。為了保證軸的正常工作，對于一般機器的軸，應進行剛度校核，防止因軸的強度不夠而斷裂；對于有剛度要求的軸（如機床主軸、跨度大的蝸桿軸等），還需進行剛度校核，防止軸工作中產(chǎn)生過大的變形[7]。
主軸軸承的潤滑與密封對機床使用和維護過程中值得重視的兩個問題。良好的潤滑效果可以降低軸承的工作溫度和和延長使用壽命。密封不僅要防止灰塵屑末和切削液進入，還要防止?jié)櫥偷男孤?。在?shù)控機床上，主軸軸承潤滑方式有：油脂潤滑、油液循環(huán)潤滑、油霧潤滑，油氣潤滑等方式[8]。
帶傳動可分為摩擦傳動和嚙合傳動兩類，帶傳動中，帶為中間撓性件并靠摩擦力工作，所以能緩沖和吸振；運行平穩(wěn)無噪聲；過載時帶在帶輪上打滑，因而可防止其它零件的損壞；可增加帶長以適應中心距較大的工作條件[9]。同步齒形帶傳動是一種新型的帶傳動。它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次嚙合傳遞運動和動力, 因而兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點, 且無相對滑動, 平均傳動比較準確, 傳動精度高, 而且齒形帶的強度高、厚度小、重量輕, 故可用于高速傳動[10]。
以上各個組成部分都是數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)中必不可少的，只有這些都滿足設(shè)計要求，才能使主傳動系統(tǒng)具有更高的精度和剛度，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。
參考文獻：
1、馮銀蘭 . 數(shù)控設(shè)備的發(fā)展及人才狀況. 科學之友，2008,5：136-138
2、江崇民 . 數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢. 機械工程師，2012,4：98-100
3、劉鎖 . 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計 . 民營科技，2013,8：37
4、潘越 . 機床主傳動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計 . 煤礦機械, 2005,4:18-19
5、劉桂芝 . 影響機床主軸系統(tǒng)加工精度的分析. 機械制造與自動化,2004,4:57-60
6、張麗萍 . 影響數(shù)控車床主軸精度因素的研究. 機械設(shè)計與制造，2007,12:127-129
7、董剛 . 機械設(shè)計 . 北京：機械工業(yè)出版社，1998:233-234
8、王愛玲 . 現(xiàn)代數(shù)控機床. 北京：國防工業(yè)出版社，2003:186-188
9、楊景蕙 . 機械設(shè)計 . 北京：機械工業(yè)出版社，1992:147-151
10、趙軍華 曹和平. 對數(shù)控機床主傳動、進給傳動的探討.河南科技, 2007,9: 56
研究內(nèi)容
1、確定主軸切削扭矩
機床主軸作為機床上一個重要的部件起著非常重要的作用，其設(shè)計直接決定著車床的加工能力。
2、主軸受力分析及主軸最佳支承計算
主軸部件的剛度對機床的工作性能有重大影響。影響主軸部件剛度的因素很多，其中支承跨距對其剛度的影響巨大，設(shè)計過大、過小都會使其剛度降低，從而影響傳動件的工作狀態(tài)和機床的加工效率和精度。
3、主軸前后軸承壽命計算
計算軸承的受力情況與轉(zhuǎn)速，選擇合適的軸承，并且對軸承進行預緊，再通過潤滑與密封，保證軸承的壽命。
研究計劃
研究周期與時間安排
畢業(yè)設(shè)計起止日期：2.22~6.03（第一周~第十五周）
第1 周(2.22-2.26) 收集資料，學習有關(guān)書籍文獻。
第2 周(2.29-3.04) 搜集設(shè)計過程中所要遵照的有關(guān)國家標準并進行學習，提出初步設(shè)計所采用的方案；
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)完成試驗機的三維草圖設(shè)計及摩擦系數(shù)的計算；
第5 周(3.21-3.25)完成裝配圖草圖設(shè)計；
第6 周(3.28-4.01)進行各零部件設(shè)計，進行機械制圖工作
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CAD 繪制零件圖
第9 周(4.18-4.22)完成零件圖繪制，同期準備論文的撰寫
第10 周(4.25-4.29）完成裝配圖、零件圖的繪制
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
第14 周(5.23-5.27)答辯資格確定
第15 周(5.30-6.03)畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯
第16 周（6.6-6.10）整理資料存檔
特色與創(chuàng)新
本論文特色與創(chuàng)新如下：
1、通過對主軸扭矩的研究，提高了主軸的加工能力。
2、通過對主軸的受力情況和支承跨距的分析，使主軸具有更高的剛度。
3、通過對軸承進行預緊，并合理的使用潤滑與密封，提高了軸承的壽命。
指導教師
意 見
指導教師簽名：
年 月 日
分中心意見
中心意見
分中心主任簽名：
年 月 日
教學主任簽名：
年 月 日