工 業(yè) 中 心
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目： 數(shù)控銑床X軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)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(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造
及其自動(dòng)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(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和意義?
采用類比法，進(jìn)行數(shù)控銑床X軸進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。達(dá)到X軸向受力要求，以及X軸進(jìn)給系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度要求。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容：
1、 了解數(shù)控銑床X軸進(jìn)給系統(tǒng)主要零件
2、 CAD繪制數(shù)控車床X軸驅(qū)動(dòng)裝配圖以及各個(gè)零件的零件圖
3、 數(shù)控銑床X軸進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇型
4、 設(shè)計(jì)計(jì)算：X軸向慣量匹配的計(jì)算、X軸向轉(zhuǎn)矩匹配的計(jì)算、X向進(jìn)給力的計(jì) 算、X向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計(jì)算
5、滾珠絲杠的計(jì)算及選擇
6、正確設(shè)計(jì)選擇進(jìn)給系統(tǒng)的各個(gè)部件
7、各個(gè)零件成本計(jì)算以及課題成本計(jì)算
?
本課題研究的意義：
本課題對數(shù)控銑床X軸進(jìn)給系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其意義如下：
1、設(shè)計(jì)中的X軸向慣性、扭矩以及進(jìn)給力的計(jì)算，以及各個(gè)零件受力分析計(jì)算有利于更深層次了解數(shù)控銑床，精確的計(jì)算分析可以大大提高今給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)的平穩(wěn)性
2、進(jìn)給系統(tǒng)中采用了滾珠絲桿傳動(dòng)，為提高進(jìn)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(jìn)給系統(tǒng)的摩擦，并減少靜、動(dòng)摩擦系數(shù)差，一般采用滾珠絲杠副。滾珠絲杠副效率可達(dá)85%—98%，是普通滑動(dòng)絲杠副的2-4倍，且摩擦角小于1°，因此不會(huì)產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。
3、、進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)間的連接環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，它包含機(jī)械、電子、機(jī)電等各種部件。伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是今給系統(tǒng)的動(dòng)力部件，它提高所需要的動(dòng)力。在對進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)也對銑床整體有了更多的認(rèn)真，對機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)有更多掌握。
4、優(yōu)秀的進(jìn)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(shí)現(xiàn)高精度高要求零件生產(chǎn)加工。
文獻(xiàn)綜述
隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)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(jī)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(jī)床或?qū)Ｓ没潭雀叩淖詣?dòng)化機(jī)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(jī)床——數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。[1]這種新型機(jī)床具有適應(yīng)性強(qiáng)加工精度高加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī) 自動(dòng)控制 伺服驅(qū)動(dòng)精密測量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后數(shù)控機(jī)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(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)性樣機(jī)；1953年美空軍與麻省理工學(xué)院協(xié)作，創(chuàng)制APT自動(dòng)編程系統(tǒng)；1958年美國研制成功自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)給系統(tǒng)發(fā)展趨勢[4-7]：銑刀的旋轉(zhuǎn)為主切削運(yùn)動(dòng)，Y軸的驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)以及X軸驅(qū)動(dòng)裝置通過工作臺(tái)帶動(dòng)工件沿 X 向的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，XY 軸驅(qū)動(dòng)裝置相互配合，可保證銑削沿著加工螺紋的方向進(jìn)給，螺紋的加工采用分層銑削的方式來逐漸達(dá)到螺紋的深度，在每一層采用 XY 兩個(gè)軸同時(shí)進(jìn)給，即XY 平面直線進(jìn)給的方式來合成螺紋的銑削進(jìn)給。對于不同的螺距，可通過計(jì)算確定相應(yīng)的 XY 同時(shí)進(jìn)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(dòng)裝置帶動(dòng)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(shí)銑刀的軸線要與工件軸線垂直相交；有許多因素均會(huì)對進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(jī)床精度的角度來看，除了伺服運(yùn)動(dòng)軸的動(dòng)態(tài)性能外，機(jī)床的機(jī)械運(yùn)動(dòng)精度的影響因素包括各軸間運(yùn)動(dòng)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(jī)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(shí)測量了兩軸聯(lián)動(dòng)精密工作臺(tái)的走圓運(yùn)動(dòng)。上述研究中基于平動(dòng)軸的跟蹤誤差研究較為深入細(xì)致，而針對五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)軸引起的誤差則研究較少；閉環(huán)控制系統(tǒng)中進(jìn)行連續(xù)切削加工時(shí)，輪廓跟隨精度與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)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(xiàn)綜述
伺服進(jìn)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(dòng)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(jìn)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(jìn)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(dòng)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(tái)由一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)時(shí)，指令值與實(shí)際移動(dòng)距離的最大差值。重復(fù)定位誤差是指工作臺(tái)進(jìn)行一次循環(huán)動(dòng)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(dòng)時(shí)，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與給定運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shí)間，傳動(dòng)裝置的加速能力。它直接影響機(jī)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(huì)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(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求[9]：
(1)保證實(shí)現(xiàn)規(guī)定的進(jìn)給量。
(2)能傳遞要求的扭矩。
(3)有足夠的靜剛度和動(dòng)剛度。
(4)保證要求的進(jìn)給傳動(dòng)精度。
(5)低速、微量進(jìn)給系統(tǒng)要保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和靈敏度。
(6)結(jié)構(gòu)緊湊、便于操縱、容易維護(hù)、加工及裝配工藝性好。
數(shù)控銑床X軸進(jìn)給系統(tǒng)影響因素[10-11]：由于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)齒輪副存在間隙，在開環(huán)系統(tǒng)中會(huì)造成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的位移值滯后于指令值；反向時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反向死區(qū)，影響加工精度。傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括傳動(dòng)方式的選擇，根據(jù)傳動(dòng)精度要求，確定數(shù)控機(jī)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(yàn)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(xiàn)綜述
參考文獻(xiàn)：
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10、文懷興．?dāng)?shù)控銑床設(shè)計(jì)．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(jì)．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(jìn)給系統(tǒng)主要零件
2、 進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算
3、 設(shè)定好進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)部分的剛度要求以及其承載能力
4、 分析計(jì)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(jì)算，并選擇與其配合軸承型號
?6、各個(gè)零部件的成本分析
研究計(jì)劃
研究周期與時(shí)間安排
畢業(yè)設(shè)計(jì)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(xiàn)，參觀工廠，搜集
設(shè)計(jì)過程中所要遵照的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)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(jì)和完成的任務(wù) 第3周 (3.07-3.11） 完成開題報(bào)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(jì)，繪制進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡圖
第5周 (3.21-3.25) 完成X軸向慣量,轉(zhuǎn)矩,匹配的計(jì)算和X向進(jìn)給力
第6周 (3.28-4.01) 完成裝配圖設(shè)計(jì)
第7周 (4.04-4.08） 畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查
第8周 (4.11-4.15） 進(jìn)行零件圖計(jì)算機(jī)繪圖
第9周 (4.18-4.22) 完成零件圖計(jì)算機(jī)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(jì)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(jì)（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(jì)中對進(jìn)給系統(tǒng)中各個(gè)零件的應(yīng)力以及X軸向慣性、扭矩以及進(jìn)給力的精確計(jì)算增加了進(jìn)給系統(tǒng)的精確度和穩(wěn)定性。
（2）數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)是由數(shù)控銑床工作臺(tái)及X/Y/Z三軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其中X軸是機(jī)床在加工時(shí)與Y軸聯(lián)動(dòng)直接帶動(dòng)工件作兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 X軸與Y/Z兩軸驅(qū)動(dòng)的伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)不僅對進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，還要對工件相對于刀具的位置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
（3）對進(jìn)給系統(tǒng)各個(gè)部件的強(qiáng)度、剛度以及各項(xiàng)力學(xué)要求承載能力進(jìn)行了計(jì)算分析，以達(dá)到最佳的傳動(dòng)效果、高精度、高效率同時(shí)最大程度降低進(jìn)給系統(tǒng)的制造成本提高了社會(huì)價(jià)值。
指導(dǎo)教師
意 見
指導(dǎo)教師簽名：
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分中心意見
中心意見
分中心主任簽名：
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教學(xué)主任簽名：
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