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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(jì)(論文)開題報(bào)告
題目：臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別 機(jī)電信息系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) B100205
姓 名 黃仁奕
學(xué) 號(hào) B10020509
導(dǎo) 師 姚慧
2013年 12月3日
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1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國(guó)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(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不但要滿足動(dòng)力參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的要求，還要盡量設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、工作平穩(wěn)的傳動(dòng)系統(tǒng)。天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CW61100E型臥式車床是國(guó)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(chǎng)的需求，因此對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)勢(shì)在必行。[1]
1.2國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況
1.2.1國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀：
近年來我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)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(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。[2]
與國(guó)外的數(shù)控機(jī)床相比，我國(guó)數(shù)控機(jī)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(qiáng)。國(guó)產(chǎn)機(jī)床在質(zhì)量、交貨期和服務(wù)等方面與國(guó)外著名品牌相比存在較大的差距。在質(zhì)量方面，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)MTBF與國(guó)際先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)相差較大。國(guó)產(chǎn)數(shù)控車床、加工中心的MTBF與國(guó)際上先進(jìn)水平也有較大差距。
自主創(chuàng)新能力不足。長(zhǎng)期以來，我國(guó)機(jī)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(jìn)行。能力薄弱，技術(shù)創(chuàng)新投入不足，引進(jìn)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(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商通過技術(shù)引進(jìn)、海內(nèi)外并購重組以及國(guó)外采購等獲得了一些先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，但缺乏對(duì)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(chǎng)響應(yīng)速度慢。
功能部件發(fā)展滯后。機(jī)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(tái)和數(shù)控伺服系統(tǒng)等）在床身、立柱等基礎(chǔ)機(jī)架上集裝而成的，功能部件是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。數(shù)控機(jī)床整體技術(shù)與數(shù)控機(jī)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(jī)床的發(fā)展。我國(guó)數(shù)控機(jī)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(gè)別產(chǎn)品的制造水平接近國(guó)際先進(jìn)水平。但整體上，我國(guó)機(jī)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(biāo)和性能指標(biāo)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(jī)床的配套需要。衡量數(shù)控機(jī)床水平的高檔數(shù)控系統(tǒng)、高速精密電主軸、高速滾動(dòng)功能部件等還依賴進(jìn)口。[3]
1.2.2數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)：
高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。[4]主要表現(xiàn)在：
1. 機(jī)床復(fù)合技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)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(jī)床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢(shì)。
2.智能化技術(shù)有新突破數(shù)控機(jī)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(jī)器人使柔性化組合效率更高機(jī)器人與主機(jī)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(jìn)一步擴(kuò)展、柔性線進(jìn)一步縮短、效率更高。
4.精密加工技術(shù)已從原來的絲級(jí)（0.01mm）提升到目前的微米級(jí)（0.001mm），有些品種已達(dá)到0.05μm左右；從這些事實(shí)技術(shù)可以看出整個(gè)機(jī)加工進(jìn)入亞微米、納米級(jí)超精加工時(shí)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(duì)CW61100E型臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，分析其功能和原理，設(shè)計(jì)其主傳動(dòng)系統(tǒng)，并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和分析；
（2）繪制該傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配圖和關(guān)鍵零部件圖。
2.2研究方案
機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)，在機(jī)床傳動(dòng)中實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)變速的方法有電氣傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)的變速運(yùn)動(dòng)，還有機(jī)械變速等多種形式。
機(jī)械傳動(dòng)在機(jī)械工程中應(yīng)用非常廣泛，主要是指利用機(jī)械方式傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞。圖1所示為機(jī)械傳動(dòng)形式。
圖 1 機(jī)械傳動(dòng)形式
1-交流電動(dòng)機(jī)；2-變速機(jī)構(gòu)；3-主軸
機(jī)械傳動(dòng)主要由以下幾部分組成:
(l)定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu):具有固定傳動(dòng)比或固定傳動(dòng)關(guān)系的傳功機(jī)構(gòu)，如帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)、螺桿傳動(dòng)。
(2)變速機(jī)構(gòu)：改變機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。如滑動(dòng)齒輪變速機(jī)構(gòu)、離合器式齒輪變速機(jī)構(gòu)等。
(3)換向機(jī)構(gòu)：變換機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)方向的機(jī)構(gòu)。為了滿足加工的不同需要(例如車螺紋時(shí)刀具的進(jìn)給和返回，車右旋螺紋和左旋螺紋等)。機(jī)床的主傳動(dòng)部件和進(jìn)給傳動(dòng)部件往往需要正、反向的運(yùn)動(dòng)。可以直接利用電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，也可以利用齒輪換向機(jī)構(gòu)等。
(4)操縱機(jī)構(gòu)：用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件變速、換向、啟動(dòng)、停止、制動(dòng)及調(diào)整的機(jī)構(gòu)。常見的操縱機(jī)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(jī)構(gòu)，并保證它們相互位置的精度。為了保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的正常工作，還要設(shè)有開停裝置、制動(dòng)裝置、潤(rùn)滑與密封裝置等。
液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的一種傳動(dòng)形式，它通過能量轉(zhuǎn)換裝置（液壓泵），將原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)）的機(jī)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(dá)）將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載和實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖2所示為液壓傳動(dòng)形式。
圖 2 液壓傳動(dòng)形式
1-交流電動(dòng)機(jī)；2-油泵；3-油箱；4-液壓控制裝置；5-液動(dòng)機(jī)；6-主軸
液壓傳動(dòng)主要由以下幾部分組成:
(1)動(dòng)力元件—油泵。其作用是將電動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)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(jī)構(gòu)—油缸或油馬達(dá)。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(jī)械能.它也是一種能量轉(zhuǎn)換裝置(液動(dòng)機(jī))。
(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(dòng)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(jī)械傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)相比較，其主要優(yōu)點(diǎn)如下:
(l)傳動(dòng)比準(zhǔn)確，適用于定比傳動(dòng);
(2)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)械傳動(dòng)主要用于速度不太高的有級(jí)變速傳動(dòng)中。根據(jù)CW61100E臥式機(jī)床的要求，選擇機(jī)械傳動(dòng)方式。傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖3所示。
圖 3 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
1-交流電動(dòng)機(jī)；2-帶傳動(dòng)；3-齒輪變速機(jī)構(gòu)；
I、II、III-傳動(dòng)軸；IV-主軸
機(jī)床的動(dòng)力由交流電動(dòng)機(jī)提供，經(jīng)過V帶傳動(dòng)至變速箱內(nèi)，箱內(nèi)變速機(jī)構(gòu)由多根傳動(dòng)軸及多組齒輪副組成，動(dòng)力經(jīng)過變速機(jī)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(jī)床類型，規(guī)格和其他特點(diǎn)，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(jī)床對(duì)比分析后確定：極限轉(zhuǎn)速和，公比（或級(jí)數(shù)Z），主傳動(dòng)電機(jī)功率N。
2.傳動(dòng)設(shè)計(jì)：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(dòng)結(jié)構(gòu)方案和轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)圖，計(jì)算各轉(zhuǎn)動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)，并驗(yàn)算主軸的轉(zhuǎn)速誤差。
3.動(dòng)力計(jì)算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)：估算齒輸模數(shù)m和直徑d，選擇和計(jì)算反向離合器，制動(dòng)器。將各傳動(dòng)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(jì)。
4.軸和軸承的驗(yàn)算：在結(jié)構(gòu)草圖的基礎(chǔ)上，對(duì)一根傳動(dòng)軸的剛度和該軸系的軸承的壽命進(jìn)行驗(yàn)算。
5.主軸變速箱裝配設(shè)計(jì)：主軸變速箱裝配圖是以結(jié)構(gòu)草圖為“底稿”，進(jìn)行設(shè)計(jì)和會(huì)制的。圖上各零件要表達(dá)清楚，并標(biāo)注尺寸和配合。
3.本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作。
3.1的難點(diǎn)與重點(diǎn)
在進(jìn)行主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)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(jìn)行計(jì)算, 對(duì)這些參數(shù)的相互關(guān)系和相互影響以及對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響進(jìn)行分析。我們自己資料比較少，因?yàn)橐ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)和圖書館來查找相關(guān)資料。
主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)通常是根據(jù)機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)和要求，擬定主軸傳動(dòng)轉(zhuǎn)速圖，可能會(huì)遇到齒輪的布置不合理，滑移齒輪的結(jié)構(gòu)形式不當(dāng)?shù)龋虼?，要從幾分設(shè)計(jì)方案中選出最佳方案，然后計(jì)算齒輪的齒數(shù)及皮帶輪直徑等，最后繪制傳動(dòng)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(jī)床主要參數(shù)和規(guī)格，確定傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)，為下一步的設(shè)計(jì)計(jì)算以及繪制裝配圖做好準(zhǔn)備。
4.本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)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(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)；
（3）7—11周：完成該主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；
（4）12—15周：完成該主傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配圖；
（5）16-18周：完成論文撰寫，準(zhǔn)備答辯。
指導(dǎo)教師意見（對(duì)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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