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南京工程學(xué)院
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)控車床主傳動(dòng)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(jí)： D機(jī)加工121 學(xué) 號(hào)：231120332
學(xué)生姓名： 衛(wèi)佳華
指導(dǎo)教師： 劉桂芝
2016年 3月 10日
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
衛(wèi)佳華
學(xué) 號(hào)
231120332
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
劉桂芝
職 稱
研究員級(jí)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(jì)
課題名稱
數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)的
內(nèi)容和意義?
采用類比法，進(jìn)行數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該部件動(dòng)力輸出性能及機(jī)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(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容：
1. 主軸箱的主要零件
2. CAD繪制主軸箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖0號(hào) 1張
3. CAD繪制零件圖紙,CAD圖紙折合0號(hào)1.5張 （約15個(gè)零件）
4. 繪制主軸動(dòng)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(jì)算
7. 主軸前后軸承壽命計(jì)算
8. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
9. 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
本課題研究的意義：
本課題對(duì)數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其意義如下：
1、高速、高精是數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的重要指標(biāo)，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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和方法，提高對(duì)數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。
3、通過運(yùn)用所學(xué)知識(shí)及查閱相關(guān)資料，提高獨(dú)立思考能力和解決問題的能力。
4、通過對(duì)數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，優(yōu)化了主傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)數(shù)控車床的廣泛應(yīng)用和推廣數(shù)控機(jī)床的改造有著深遠(yuǎn)的意義。
英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號(hào)：起止頁碼
文獻(xiàn)綜述
隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界制造業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。目前，歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國(guó)從20 世紀(jì)80 年代開始起步，仍處于發(fā)展階段。近年來，隨著計(jì)算機(jī)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(gè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)中，普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)械所代替[1]。
國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)數(shù)控車床的研究時(shí)間較長(zhǎng)，而且經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)水平較高，其特點(diǎn)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(yīng)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(cè)功能不斷擴(kuò)充， 車間的加工監(jiān)測(cè)與管理可實(shí)時(shí)獲取機(jī)床本身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)機(jī)床的狀態(tài)，提前進(jìn)行相關(guān)的維護(hù)，避免事故的發(fā)生，減少機(jī)床的故障率，提高機(jī)床的利用率。（4）機(jī)床誤差檢測(cè)與補(bǔ)償功能越來越強(qiáng)大， 能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)機(jī)床的補(bǔ)償測(cè)量。與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對(duì)機(jī)床誤差的補(bǔ)償精度能夠提高3～4 倍，同時(shí)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(qiáng)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(dòng)系統(tǒng)來保證。主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的, 它將主電動(dòng)機(jī)的原動(dòng)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(yīng)各種不同的加工及各種不同的加工方法數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有較大的調(diào)速范圍以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量同時(shí)主傳動(dòng)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(jì)機(jī)床的主傳動(dòng)常規(guī)變速系統(tǒng)時(shí), 當(dāng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)如轉(zhuǎn)速范圍、電動(dòng)機(jī)功率、公比基本確定以后, 通常采用圖解的方法來設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng), 即使用轉(zhuǎn)速圖直觀地表達(dá)出傳動(dòng)系統(tǒng)中各軸的變化規(guī)律和傳動(dòng)副的速比關(guān)系。按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法, 只能對(duì)有限的幾種方案進(jìn)行計(jì)算和比較, 要想取得一個(gè)最優(yōu)方案相當(dāng)困難。將CAD 設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想引入主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)靜剛度的因素有主軸軸承的配置、預(yù)加載荷、主軸前后軸承的支承距、主軸組的動(dòng)平衡以及主軸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能等，必須根據(jù)具體的產(chǎn)品進(jìn)行分析計(jì)算，并制定相應(yīng)的工藝，保證達(dá)到各項(xiàng)性能指標(biāo)。軸承可以通過不同的組合來滿足各種機(jī)床的要求。在進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)、精度、主軸的轉(zhuǎn)速、負(fù)載等要求，確定機(jī)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(shí)受各種因素的影響，瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線的位置是經(jīng)常變化的。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理，在任何瞬時(shí)，一方面主軸繞自己的瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。另一方面，該瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線還相對(duì)理想回轉(zhuǎn)軸線作軸向的、徑向的和傾角的運(yùn)動(dòng)。通過對(duì)數(shù)控機(jī)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(xiàng)評(píng)定指標(biāo)，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(jī)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(duì)于一般機(jī)器的軸，應(yīng)進(jìn)行剛度校核，防止因軸的強(qiáng)度不夠而斷裂；對(duì)于有剛度要求的軸（如機(jī)床主軸、跨度大的蝸桿軸等），還需進(jìn)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(rùn)滑與密封對(duì)機(jī)床使用和維護(hù)過程中值得重視的兩個(gè)問題。良好的潤(rùn)滑效果可以降低軸承的工作溫度和和延長(zhǎng)使用壽命。密封不僅要防止灰塵屑末和切削液進(jìn)入，還要防止?jié)櫥偷男孤?。在?shù)控機(jī)床上，主軸軸承潤(rùn)滑方式有：油脂潤(rùn)滑、油液循環(huán)潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑，油氣潤(rùn)滑等方式[8]。
帶傳動(dòng)可分為摩擦傳動(dòng)和嚙合傳動(dòng)兩類，帶傳動(dòng)中，帶為中間撓性件并靠摩擦力工作，所以能緩沖和吸振；運(yùn)行平穩(wěn)無噪聲；過載時(shí)帶在帶輪上打滑，因而可防止其它零件的損壞；可增加帶長(zhǎng)以適應(yīng)中心距較大的工作條件[9]。同步齒形帶傳動(dòng)是一種新型的帶傳動(dòng)。它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力, 因而兼有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn), 且無相對(duì)滑動(dòng), 平均傳動(dòng)比較準(zhǔn)確, 傳動(dòng)精度高, 而且齒形帶的強(qiáng)度高、厚度小、重量輕, 故可用于高速傳動(dòng)[10]。
以上各個(gè)組成部分都是數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)中必不可少的，只有這些都滿足設(shè)計(jì)要求，才能使主傳動(dòng)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(xiàn)：
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2、江崇民 . 數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì). 機(jī)械工程師，2012,4：98-100
3、劉鎖 . 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 民營(yíng)科技，2013,8：37
4、潘越 . 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) . 煤礦機(jī)械, 2005,4:18-19
5、劉桂芝 . 影響機(jī)床主軸系統(tǒng)加工精度的分析. 機(jī)械制造與自動(dòng)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(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007,12:127-129
7、董剛 . 機(jī)械設(shè)計(jì) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998:233-234
8、王愛玲 . 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003:186-188
9、楊景蕙 . 機(jī)械設(shè)計(jì) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992:147-151
10、趙軍華 曹和平. 對(duì)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)、進(jìn)給傳動(dòng)的探討.河南科技, 2007,9: 56
研究?jī)?nèi)容
1、確定主軸切削扭矩
機(jī)床主軸作為機(jī)床上一個(gè)重要的部件起著非常重要的作用，其設(shè)計(jì)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(jì)算
主軸部件的剛度對(duì)機(jī)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(duì)其剛度的影響巨大，設(shè)計(jì)過大、過小都會(huì)使其剛度降低，從而影響傳動(dòng)件的工作狀態(tài)和機(jī)床的加工效率和精度。
3、主軸前后軸承壽命計(jì)算
計(jì)算軸承的受力情況與轉(zhuǎn)速，選擇合適的軸承，并且對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊，再通過潤(rùn)滑與密封，保證軸承的壽命。
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：2.22~6.03（第一周~第十五周）
第1 周(2.22-2.26) 收集資料，學(xué)習(xí)有關(guān)書籍文獻(xiàn)。
第2 周(2.29-3.04) 搜集設(shè)計(jì)過程中所要遵照的有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行學(xué)習(xí)，提出初步設(shè)計(jì)所采用的方案；
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)完成試驗(yàn)機(jī)的三維草圖設(shè)計(jì)及摩擦系數(shù)的計(jì)算；
第5 周(3.21-3.25)完成裝配圖草圖設(shè)計(jì)；
第6 周(3.28-4.01)進(jìn)行各零部件設(shè)計(jì)，進(jìn)行機(jī)械制圖工作
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CAD 繪制零件圖
第9 周(4.18-4.22)完成零件圖繪制，同期準(zhǔn)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(píng)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(jì)（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(duì)主軸扭矩的研究，提高了主軸的加工能力。
2、通過對(duì)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(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊，并合理的使用潤(rùn)滑與密封，提高了軸承的壽命。
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