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畢業(yè)設(shè)計開題報告
題 目 YK3150滾刀主軸部件設(shè)計
二級學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級
姓 名 學(xué) 號
指導(dǎo)教師 系 主 任
時 間
1、本課題國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析
以歐美、日等制造強(qiáng)國為代表的幾大公司(L1ebherr，Gleason，Mitsubishii)展出數(shù)控高效高速滾齒機(jī)床是幾大公司的主流產(chǎn)品，他們均能進(jìn)行批量化，系列化，標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)，并具有較高的可靠性和市場份額，但在國內(nèi)同檔次產(chǎn)品尚屬空白，雖然自上世紀(jì)九十年代以來，國內(nèi)的數(shù)控滾齒輪有一個較大的發(fā)展和提高，但數(shù)控滾齒機(jī)大都是在傳統(tǒng)滾齒機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控化的改造，無論是從機(jī)床的整體動、靜剛性，還是從整機(jī)的傳動精度，以及數(shù)控系統(tǒng)的可靠性等性能上看，總體水平較為低檔，真正意義上的全新設(shè)計的數(shù)控高效滾齒機(jī)正在起步階段。
2、本人對課題任務(wù)書提出的任務(wù)要求及實現(xiàn)目標(biāo)的可行性分析
1）任務(wù)要求
自20 世紀(jì) 80 年代后期以來，我國機(jī)床行業(yè)已朝著數(shù)控方面深入地發(fā)展，特別是進(jìn)入九十年代后，機(jī)床的數(shù)控化標(biāo)志著機(jī)床行業(yè)進(jìn)入了一個新的時代。作為齒輪加工機(jī)床的數(shù)控滾齒機(jī)。我國自八十時代開發(fā)以來，無論從品種的類型上或功能復(fù)合上都得到了長足的發(fā)展。特別是近十多年以來，以汽車工業(yè)為龍頭的相關(guān)支柱型產(chǎn)業(yè)更是把齒輪加工機(jī)床數(shù)控化發(fā)展推向了一個新的高度。其中尤其對數(shù)控高效滾齒機(jī)的需求顯得十分突出。然而從我國制造業(yè)發(fā)展水平來看，目前一些中小型加工企業(yè)購買歐洲等國生產(chǎn)的全數(shù)控化滾齒機(jī)的能力還不夠， 但又要對現(xiàn)有的傳統(tǒng)加工能力進(jìn)行提升，這就要求我們進(jìn)行機(jī)床的數(shù)控改造。數(shù)控改造是現(xiàn)代微電子技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到使機(jī)床具有可靠性高，柔性強(qiáng)，加工精度高，易于實現(xiàn)機(jī)電一體化，經(jīng)濟(jì)性可觀等優(yōu)勢。
2）可行性
Y3150E滾齒機(jī)的數(shù)控改造，是為了適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和教學(xué)等多方面因素而進(jìn)行的一個重點課題。下面進(jìn)行機(jī)床改造的技術(shù)可行性分析。
機(jī)床改造的技術(shù)可行性論證就是對機(jī)床改造在技術(shù)上是否能夠保障改造成功以及從改造后維護(hù)角度論證。具體的應(yīng)從機(jī)床本身、加工對象的要求和市場可供性三方面分析。
a)機(jī)床本身
傳統(tǒng)滾齒機(jī)主運動傳動鏈要經(jīng)過7對齒輪，1條帶輪傳動，傳動路線長，傳動精度低。而進(jìn)行數(shù)控改造后采用電機(jī)直接驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動，省去了中間的傳動損失，使加工更加高速高效，且精度提高。在省去了傳動鏈中的傳動機(jī)構(gòu)的同時，增加了一個主軸驅(qū)動電機(jī)，改變了主軸部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
b)加工對象分析
改造后的數(shù)控機(jī)床，主要用于教學(xué)實習(xí)。適合于加工直齒和螺旋齒的外嚙合圓柱齒輪與蝸輪，也可滾切短花鍵軸。加工精度要求小于0.01mm，現(xiàn)在市場上出售的一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)其脈沖當(dāng)量為0.005mm~0.01mm，能夠滿足上述型面的加工要求，在技術(shù)上是可行的。
c)市場可供性
所謂市場可供性就是研究市場是否能夠方便及時地提供改造用的各種備件，以保證備件的供應(yīng)。機(jī)床數(shù)控化改造計劃實施應(yīng)有本地區(qū)機(jī)電一體化供應(yīng)的基本條件，這樣不僅改造周期短，而且有利于保證維修及技術(shù)咨詢服務(wù)。就本機(jī)床改造而言，市場上已建立了一套機(jī)電一體化配套產(chǎn)品代理機(jī)構(gòu)，對于Y3150E改造而言市場可供性好。
綜上所述，對原機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造符合技術(shù)可行性要求。
3）經(jīng)濟(jì)性
在機(jī)床數(shù)控化改造中，不僅要考慮到數(shù)控機(jī)床的技術(shù)先進(jìn)性，同時還必須考慮到它的經(jīng)濟(jì)、社會效益。這就要求對決策方案進(jìn)行嚴(yán)密論證和科學(xué)分析。機(jī)床的數(shù)控化改造是廣義上的設(shè)備更新的一種方法，因此，機(jī)床化改造的方案應(yīng)于機(jī)床大修以及機(jī)床更新作對比，以確定最佳方案，常用的評價方法有：最低成本法、追加投資回收期法和機(jī)床改造效果系數(shù)法。選擇哪一種方法需根據(jù)各參數(shù)的獲取是否方便。經(jīng)過分析比較，需采用追加投資回收期法進(jìn)行論證。
a) 理論依據(jù)
機(jī)床更新、機(jī)床大修和機(jī)床數(shù)控化改造的經(jīng)濟(jì)性分析所用參數(shù)及符號如表１所示。機(jī)床數(shù)控化改造與更新、大修理之間有下列關(guān)系：
（1）當(dāng)且時，采用機(jī)床數(shù)控化改造方案最佳。
（2）當(dāng)且時，用追加投資回收期指標(biāo)進(jìn)行決策。
……………………………………（1）
式中：T—投資回收期（年）。如果，選擇機(jī)床改造方案最佳；當(dāng)時，選擇機(jī)床大修方案最佳。其中, 為企業(yè)或部門規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)投資回收期。
（3）當(dāng)且時，機(jī)床更新是最佳方案。
（4）當(dāng)且時，同樣采用追加投資回收期進(jìn)行決策。
……………………………………（2）
如果時，選擇機(jī)床更新最佳；時，選擇機(jī)床改造方案最佳。其中，同上為標(biāo)準(zhǔn)投資回收期
b)經(jīng)濟(jì)合理性
針對原CA6140普通車床，具體各種方案指標(biāo)如表2所示。（1）機(jī)床大修和數(shù)控化改造方案比較：將數(shù)據(jù)代入式（1）得：（年）；（2）機(jī)床數(shù)控化改造和更新比較：將數(shù)據(jù)代入式（2）得：（年）；（3）經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)論：按照本行業(yè)來源的標(biāo)準(zhǔn)投資回收期一般為3年，通過以上經(jīng)濟(jì)分析發(fā)現(xiàn)，故選擇機(jī)床數(shù)控化改造是最佳方案。
綜上所述，可以得出對機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的。
3、本課題的關(guān)鍵問題及解決問題的思路
要解決機(jī)床的數(shù)控改造，第一步必須清楚改造后機(jī)床的加工條件及加工能力范圍，再按照這個條件選好電機(jī)以及各組件，最后對主軸所有組件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計。在選擇電機(jī)的過程中，要了解數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的設(shè)計方法，制定出控制方案。再根據(jù)加工要求設(shè)計出主軸大致驅(qū)動路線，選擇主軸傳動各組件，如軸承，剛性主軸等，在選擇這些組件的時候需要考慮到主軸剛度，強(qiáng)度以及抗震性等要求，通過反復(fù)驗證最后確定最后結(jié)果。選擇出各組件后，根據(jù)之前的傳動方案再對這些組件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，在設(shè)計時要做到結(jié)構(gòu)最簡單，傳動精度最高，加工高速，高效，磨損最小，加工工藝方案最簡單等。
1）如何保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度？
a選擇最優(yōu)的軸承及軸承精度
b提高主軸自身的制造精度
c提高主軸各組件的裝配精度及調(diào)整精度
2）如何保證主軸系統(tǒng)的靜剛度
a合理選擇主軸軸承配置及適當(dāng)?shù)念A(yù)加載荷
b合理選擇主軸的形狀及尺寸
c合理布置主軸主件的結(jié)構(gòu)，前后支承的距離及主軸前端的懸伸量等
3）保證主軸的抗震性，耐磨性，熱變形達(dá)到要求
4、完成本課題所需的工作條件及解決辦法
完成本課題需要詳細(xì)掌握Y3150E滾齒機(jī)的機(jī)床結(jié)構(gòu)，各傳動鏈，以及機(jī)床加工范圍，機(jī)床伺服系統(tǒng)方案設(shè)計，伺服電機(jī)的選取規(guī)則，機(jī)床結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，機(jī)床主軸設(shè)計，機(jī)械設(shè)計零部件選取規(guī)則等，關(guān)于這些方面的工具書都可在圖書館借到。
要完成機(jī)床設(shè)計，還少不了要畫圖，這就需要計算機(jī)的輔助設(shè)計。其中二維圖主要以AUTOCAD繪圖軟件為主。要知道本設(shè)計的完成效果以及市場效應(yīng)，就需要進(jìn)行相應(yīng)的實驗與調(diào)研，這可在學(xué)校專業(yè)實驗室完成。
5、工作方案分析及進(jìn)度計劃
1）工作方案
本設(shè)計是立足于已有的Y3150E機(jī)床外型結(jié)構(gòu)進(jìn)行的滾刀主軸部分?jǐn)?shù)控改造，在排出原有的滾刀主軸部分的機(jī)構(gòu)后，重新設(shè)計新的傳動機(jī)構(gòu)。其主要工作可分為以下幾個部分：
a確定改造后機(jī)床加工能力和范圍
b根據(jù)確定的加工范圍選擇伺服電機(jī)
c主軸部件的設(shè)計，包括主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計以及主軸旋轉(zhuǎn)精度，靜剛度，抗震性，熱變形，耐磨性的確定。
d主軸設(shè)計，包括主軸參數(shù)的設(shè)計及校核，主軸剛度計算等
e主軸主件的選取
f繪制出主軸部分裝配的二維圖
2）進(jìn)度計劃
1-4周完成文獻(xiàn)綜述、外文翻譯、開題報告；
5-6周完成方案設(shè)計及論證
7-14周完成結(jié)構(gòu)設(shè)計
15-16周上交設(shè)計資料和答辯準(zhǔn)備
17周畢業(yè)論文答辯
報告人：
年 月 日
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師：
年 月 日
開題報告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的設(shè)計（論文）任務(wù)書，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨立撰寫。
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