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西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題目：臥式車床主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 B100205
姓 名 黃仁奕
學(xué) 號 B10020509
導(dǎo) 師 姚慧
2013年 12月3日
- 7 -
1.畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況）
1.1題目背景、研究意義
現(xiàn)代臥式車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計不但要滿足動力參數(shù)和運動參數(shù)的要求，還要盡量設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、工作平穩(wěn)的傳動系統(tǒng)。天水星火機床有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CW61100E型臥式車床是國內(nèi)該系列的代表性產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)和功能都已經(jīng)比較完善。但是隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)品在某些功能方面已經(jīng)不能適應(yīng)市場的需求，因此對其進行改進勢在必行。[1]
1.2國內(nèi)外相關(guān)研究情況
1.2.1國內(nèi)外數(shù)控機床現(xiàn)狀：
近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機床中，除少量機床以FMS模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。[2]
與國外的數(shù)控機床相比，我國數(shù)控機床還存在以下幾方面的問題：
產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性及服務(wù)等能力不強。國產(chǎn)機床在質(zhì)量、交貨期和服務(wù)等方面與國外著名品牌相比存在較大的差距。在質(zhì)量方面，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的可靠性指標MTBF與國際先進數(shù)控系統(tǒng)相差較大。國產(chǎn)數(shù)控車床、加工中心的MTBF與國際上先進水平也有較大差距。
自主創(chuàng)新能力不足。長期以來，我國機床制造業(yè)的基礎(chǔ)、共性技術(shù)研究工作主要在行業(yè)性的研究院所進行。能力薄弱，技術(shù)創(chuàng)新投入不足，引進消化吸收能力差，低水平生產(chǎn)能力過剩，自主創(chuàng)新能力不高，缺乏優(yōu)秀技術(shù)人才。雖然國產(chǎn)數(shù)控機床制造商通過技術(shù)引進、海內(nèi)外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進數(shù)控技術(shù)，但缺乏對基礎(chǔ)共性技術(shù)的研究，忽視了自主開發(fā)能力的培育，企業(yè)的市場響應(yīng)速度慢。
功能部件發(fā)展滯后。機床是由各種功能部件（主軸單元及主軸頭、滾珠絲杠副、回轉(zhuǎn)工作臺和數(shù)控伺服系統(tǒng)等）在床身、立柱等基礎(chǔ)機架上集裝而成的，功能部件是數(shù)控機床的重要組成部分。數(shù)控機床整體技術(shù)與數(shù)控機床功能部件的發(fā)展是相互依賴、共同發(fā)展的，所以功能部件的創(chuàng)新也深深地影響著數(shù)控機床的發(fā)展。我國數(shù)控機床功能部件已有一定規(guī)模，電主軸、主軸單元、數(shù)控系統(tǒng)等也有專門的制造廠家，其中個別產(chǎn)品的制造水平接近國際先進水平。但整體上，我國機床功能部件發(fā)展緩慢、品種少、產(chǎn)業(yè)化程度低，精度指標和性能指標的綜合情況還不過硬。目前，滾珠絲杠、數(shù)控刀架、電主軸等功能部件僅能滿足中低檔數(shù)控機床的配套需要。衡量數(shù)控機床水平的高檔數(shù)控系統(tǒng)、高速精密電主軸、高速滾動功能部件等還依賴進口。[3]
1.2.2數(shù)控機床發(fā)展趨勢：
高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展的總趨勢。[4]主要表現(xiàn)在：
1. 機床復(fù)合技術(shù)進一步擴展隨著數(shù)控機床技術(shù)進步，復(fù)合加工技術(shù)日趨成熟；被更多人接受，復(fù)合加工機床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢。
2.智能化技術(shù)有新突破數(shù)控機床的智能化技術(shù)有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。
3.機器人使柔性化組合效率更高機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應(yīng)用，使得柔性線更加靈活、功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。
4.精密加工技術(shù)已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前的微米級（0.001mm），有些品種已達到0.05μm左右；從這些事實技術(shù)可以看出整個機加工進入亞微米、納米級超精加工時代。
5.功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應(yīng)用。[5]
2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
2.1本課題研究的主要內(nèi)容
（1）針對CW61100E型臥式車床主傳動系統(tǒng)的要求，分析其功能和原理，設(shè)計其主傳動系統(tǒng)，并進行相應(yīng)的計算和分析；
（2）繪制該傳動系統(tǒng)的裝配圖和關(guān)鍵零部件圖。
2.2研究方案
機床的主傳動系統(tǒng)用于實現(xiàn)機床的主運動，在機床傳動中實現(xiàn)主運動變速的方法有電氣傳動和液壓傳動的變速運動，還有機械變速等多種形式。
機械傳動在機械工程中應(yīng)用非常廣泛，主要是指利用機械方式傳遞動力和運動的傳遞。圖1所示為機械傳動形式。
圖 1 機械傳動形式
1-交流電動機；2-變速機構(gòu)；3-主軸
機械傳動主要由以下幾部分組成:
(l)定比傳動機構(gòu):具有固定傳動比或固定傳動關(guān)系的傳功機構(gòu)，如帶傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動、齒輪齒條傳動、螺桿傳動。
(2)變速機構(gòu)：改變機床部件運動的機構(gòu)。如滑動齒輪變速機構(gòu)、離合器式齒輪變速機構(gòu)等。
(3)換向機構(gòu)：變換機床部件運動方向的機構(gòu)。為了滿足加工的不同需要(例如車螺紋時刀具的進給和返回，車右旋螺紋和左旋螺紋等)。機床的主傳動部件和進給傳動部件往往需要正、反向的運動。可以直接利用電動機反轉(zhuǎn)，也可以利用齒輪換向機構(gòu)等。
(4)操縱機構(gòu)：用來實現(xiàn)機床運動部件變速、換向、啟動、停止、制動及調(diào)整的機構(gòu)。常見的操縱機構(gòu)包括乎柄、手輪、杠桿、凸輪、齒輪齒條、撥叉、滑塊及按鈕等。
(5)箱體及其他裝置箱體用以支承和連接各機構(gòu)，并保證它們相互位置的精度。為了保證傳動機構(gòu)的正常工作，還要設(shè)有開停裝置、制動裝置、潤滑與密封裝置等。
液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來進行能量傳遞的一種傳動形式，它通過能量轉(zhuǎn)換裝置（液壓泵），將原動機（電動機）的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能，然后通過封閉管道、控制元件等，由另一能量裝置（液壓缸、液壓馬達）將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，以驅(qū)動負載和實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)所需的直線或旋轉(zhuǎn)運動。圖2所示為液壓傳動形式。
圖 2 液壓傳動形式
1-交流電動機；2-油泵；3-油箱；4-液壓控制裝置；5-液動機；6-主軸
液壓傳動主要由以下幾部分組成:
(1)動力元件—油泵。其作用是將電動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，是能量轉(zhuǎn)換裝置(能源)。
(2)執(zhí)行機構(gòu)—油缸或油馬達。其作用是把油泵輸人的液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鞑考臋C械能.它也是一種能量轉(zhuǎn)換裝置(液動機)。
(3)控制元件—各種閥。其作用是控制和調(diào)節(jié)油液的壓力、流量(速度)及流動方向。
(4)輔助裝置—油箱、油管、濾油器、壓力表等。其作用是創(chuàng)造必要的條件，以保證液壓系統(tǒng)正常工作。
(5)工作介質(zhì)—礦物油。它是傳遞能量的介質(zhì)。
機械傳動與液壓傳動相比較，其主要優(yōu)點如下:
(l)傳動比準確，適用于定比傳動;
(2)實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動的結(jié)構(gòu)簡單。能傳遞較大的扭矩;
(3)故障容易發(fā)現(xiàn)，便于維修。
因此，機械傳動主要用于速度不太高的有級變速傳動中。根據(jù)CW61100E臥式機床的要求，選擇機械傳動方式。傳動簡圖如圖3所示。
圖 3 傳動簡圖
1-交流電動機；2-帶傳動；3-齒輪變速機構(gòu)；
I、II、III-傳動軸；IV-主軸
機床的動力由交流電動機提供，經(jīng)過V帶傳動至變速箱內(nèi)，箱內(nèi)變速機構(gòu)由多根傳動軸及多組齒輪副組成，動力經(jīng)過變速機構(gòu)傳遞至主軸輸出。
2.3研究方法與措施
1.參數(shù)擬定：根據(jù)機床類型，規(guī)格和其他特點，了解典型工藝的切削用量，結(jié)合世界條件和情況，并與同類機床對比分析后確定：極限轉(zhuǎn)速和，公比（或級數(shù)Z），主傳動電機功率N。
2.傳動設(shè)計：根據(jù)擬定的參數(shù)，通過結(jié)構(gòu)網(wǎng)和轉(zhuǎn)速圖的分析，確定轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)方案和轉(zhuǎn)動系統(tǒng)圖，計算各轉(zhuǎn)動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并驗算主軸的轉(zhuǎn)速誤差。
3.動力計算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計：估算齒輸模數(shù)m和直徑d，選擇和計算反向離合器，制動器。將各傳動件及其它零件在展開圖和剖面圖上做初步的安排，布置和設(shè)計。
4.軸和軸承的驗算：在結(jié)構(gòu)草圖的基礎(chǔ)上，對一根傳動軸的剛度和該軸系的軸承的壽命進行驗算。
5.主軸變速箱裝配設(shè)計：主軸變速箱裝配圖是以結(jié)構(gòu)草圖為“底稿”，進行設(shè)計和會制的。圖上各零件要表達清楚，并標注尺寸和配合。
3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作。
3.1的難點與重點
在進行主傳動系統(tǒng)設(shè)計時需要對各主要技術(shù)參數(shù)和特性參數(shù)較高、低檔減速比、主軸額定轉(zhuǎn)速、功率損失等進行計算, 對這些參數(shù)的相互關(guān)系和相互影響以及對結(jié)構(gòu)性能的影響進行分析。我們自己資料比較少，因為要通過互聯(lián)網(wǎng)和圖書館來查找相關(guān)資料。
主傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計通常是根據(jù)機床的主要技術(shù)參數(shù)和要求，擬定主軸傳動轉(zhuǎn)速圖，可能會遇到齒輪的布置不合理，滑移齒輪的結(jié)構(gòu)形式不當?shù)?，因此，要從幾分設(shè)計方案中選出最佳方案，然后計算齒輪的齒數(shù)及皮帶輪直徑等，最后繪制傳動系統(tǒng)圖。
3.2前期已展開工作
通過查找資料，已經(jīng)了解CW61100E臥式機床主要參數(shù)和規(guī)格，確定傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案和整體結(jié)構(gòu)，為下一步的設(shè)計計算以及繪制裝配圖做好準備。
4.本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）
（1）1—3周：調(diào)研并收集資料；
（2）4—6周：確定該主傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案和整體結(jié)構(gòu)；
（3）7—11周：完成該主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算；
（4）12—15周：完成該主傳動系統(tǒng)的裝配圖；
（5）16-18周：完成論文撰寫，準備答辯。
指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）：
指導(dǎo)教師： 年 月 日
所在系審查意見：
系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日
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