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開 題 報(bào) 告 題 目 斜床身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 一 選題背景與意義 1 機(jī)床行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)裝備產(chǎn)業(yè) 也是裝備制造業(yè)發(fā)展的重中之重 機(jī)床產(chǎn)業(yè)對(duì)于發(fā)展 發(fā)展新技術(shù)產(chǎn)業(yè) 國民經(jīng)濟(jì)和增強(qiáng)國家的綜合國力有著十分重要的作用 機(jī)床產(chǎn)品的發(fā)展是高 精 高速 高效 一批多坐標(biāo) 復(fù)合 智能型 我國機(jī)床工具行業(yè)已取得了長足的發(fā)展與進(jìn)步 但是 與發(fā)達(dá)國家相比 我們的差距仍然明顯 主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)方法的落后 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)很難和 國際發(fā)達(dá)國家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相接軌 在機(jī)械加工行業(yè)中 由于需要加工復(fù)雜的工件 普通的機(jī)床 已經(jīng)不能滿足加工要求 從而出現(xiàn)了自動(dòng)控制機(jī)床以及數(shù)字控制機(jī)床 來加工復(fù)雜的曲面和形 狀的工件 斜床身數(shù)控車床因其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 因而成為數(shù)控車床中比較出色的床種 是數(shù) 控車床中主要的品種之一 在數(shù)控機(jī)床當(dāng)中占非常重要的位置 近幾十年來一直受到了世界各 國的普遍關(guān)注與重視并且得到了快速的發(fā)展 我國機(jī)床行業(yè)近幾年雖然取得了長足的發(fā)展與進(jìn)步 但是與發(fā)達(dá)國家相比 我們的差距仍 然明顯 我國在這類機(jī)床上也是平平淡淡 沒有很大的成就 低檔產(chǎn)品產(chǎn)能過剩 從國內(nèi)的機(jī) 床行業(yè)發(fā)展情況可看出 大部分機(jī)床廠都在生產(chǎn)數(shù)控車床 數(shù)控機(jī)床成本較高 不夠智能化 沒有突出的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 科技基礎(chǔ)薄弱 產(chǎn)品質(zhì)量水平低 產(chǎn)品在使用過程中 經(jīng)常出現(xiàn)故障與 癱瘓 以至于生產(chǎn)效率很難提高 我國機(jī)床工業(yè)技術(shù)水平低 重大技術(shù)裝備和關(guān)鍵產(chǎn)品遠(yuǎn)不能 滿足國名經(jīng)濟(jì)快速增長的需要 與發(fā)達(dá)國家相比 我國機(jī)床工業(yè)企業(yè)物流在產(chǎn)品質(zhì)量 技術(shù)水 平還是在市場競爭能力方面 均存在著階段性的差距 而且還有進(jìn)一步拉大的趨勢 不少企業(yè) 裝備陳舊 生產(chǎn)工藝落后 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定 一些基礎(chǔ)元器件和零部件的可靠性差 基礎(chǔ)機(jī)床 的精度 效率較低 由于國產(chǎn)機(jī)床的質(zhì)量不能滿足用戶的需求 導(dǎo)致近幾年機(jī)床進(jìn)口驟增 進(jìn) 出口逆差巨大 盡管國內(nèi)機(jī)床市場需求旺盛 但將近一半的國內(nèi)市場被外商占領(lǐng)了 目前高精 尖產(chǎn)品市場被西方發(fā)達(dá)國家占領(lǐng) 大型 重型和普通機(jī)床市場被俄羅斯占領(lǐng) 普及型數(shù)控機(jī)床 臺(tái)灣產(chǎn)品大量涌入 2 畢業(yè)課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生學(xué)完大學(xué)課程及先行課程之后 在大學(xué)的最后階段進(jìn)行的實(shí)習(xí)性創(chuàng) 新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié) 是大學(xué)生的必修環(huán)節(jié) 本次設(shè)計(jì)目的在于通過機(jī)床運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 是在擬定傳動(dòng)和變速結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過程中 得到設(shè)計(jì)構(gòu)思 方案分析 結(jié)構(gòu)工藝性 機(jī)械制圖 零件計(jì)算 編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練 樹立正確的設(shè)計(jì)思想 掌握基本的設(shè)計(jì)方法 并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力 二 設(shè)計(jì)內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是斜身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 該機(jī)床能實(shí)現(xiàn)兩聯(lián)動(dòng) 具有刀具參 數(shù)補(bǔ)償 剛性攻絲 軌跡圖形等先進(jìn)功能 能夠一次裝夾完成對(duì)復(fù)雜零件的外圓 端面 內(nèi)孔 螺紋等加工 主要用于加工高精度回轉(zhuǎn)體類型零件如軸類 盤類 套類 以及高精度各種規(guī)格 的內(nèi)外螺紋 可一次裝夾完成外形及內(nèi)孔的加工 此次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是 斜床身臥式車床傳動(dòng)系統(tǒng) 主軸箱設(shè)計(jì) 主軸箱內(nèi)軸的結(jié)構(gòu) 2 設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)說明書等 1 根據(jù)所選工件計(jì)算切削用量 進(jìn)一步選定電動(dòng)機(jī) 2 分析制定傳動(dòng)方案 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng) 3 對(duì)動(dòng)力部件的齒輪 軸和軸承等部件詳細(xì)計(jì)算和校核 滿足強(qiáng)度要求 4 確定出最終的結(jié)構(gòu) 繪制相關(guān)的零件圖和裝配圖 5 編寫設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)課題涉及到課題的分析 資料的查詢整理 深入機(jī)床廠生產(chǎn)一線向使用者 設(shè)計(jì)者學(xué) 習(xí) 從而了解所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的成本 生產(chǎn)效率 用途和設(shè)計(jì)理念等 側(cè)重于設(shè)計(jì) 計(jì)算與制圖 能力的培養(yǎng)和工程基本訓(xùn)練 具體要求包括 1 合理選擇各零件的材料 合理進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核 完成斜身車床的詳細(xì)計(jì)算 進(jìn)一步鞏固 和掌握機(jī)械專業(yè)設(shè)計(jì) 積極聯(lián)系實(shí)踐 增強(qiáng)自己的知識(shí)儲(chǔ)備和設(shè)計(jì)創(chuàng)新思維 2 二維三維圖的設(shè)計(jì) 手工繪圖和計(jì)算機(jī)加強(qiáng)了專業(yè)繪圖技能 熟練掌握繪圖軟件 提高 運(yùn)用和組織構(gòu)思能力 3 學(xué)會(huì)搜集相關(guān)資料文獻(xiàn) 提高分析和解決問題的能力 4 要求設(shè)計(jì)斜身車床 機(jī)床總體設(shè)計(jì)要考慮涉及幾點(diǎn) 1 根據(jù)工件計(jì)算切削用量 選用合適的電動(dòng)機(jī) 2 合理選擇機(jī)床的通用部件 3 選擇合理的機(jī)床的配置形式 4 設(shè)計(jì)高效率的工具 刀具和主軸箱 預(yù)期研究結(jié)果 1 機(jī)床采用高剛度 45 度斜床身布置 這種布局形式排屑容易 熱鐵屑不會(huì)堆積在導(dǎo)軌上 也便于自動(dòng)安裝排屑器 操作方便易于安裝機(jī)械手 以實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化 2 直線導(dǎo)軌滿足高速高效要求 減少摩擦阻力及溫升變形 提高加工精度 并確保證了切 削加工精度的長期穩(wěn)定性 3 X Y 軸伺服電機(jī)通過彈性聯(lián)軸器與精密滾珠絲杠直連 精度高 絲杠兩端固定 受力 穩(wěn)定 提高了支撐座的支撐剛度 使頻繁高速定位 重切時(shí)引起的扭曲變形減到最低程度 4 高剛度的立式轉(zhuǎn)塔刀架 定位精度高 重切變形小 三 設(shè)計(jì)方案 1 數(shù)控車床總裝配草圖 斜床身數(shù)控車床的主視圖如圖 1 所示 左視圖如圖 2 所示 斜床身數(shù)控車床主要是由主傳動(dòng)系 統(tǒng) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 刀架系統(tǒng)和尾座等組成 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 床身 2 主軸箱 3 傳動(dòng)座 4 絲杠 5 螺釘 6 工作臺(tái) 7 軸承 8 滑動(dòng)導(dǎo)軌 9 尾座 10 燕尾導(dǎo)軌 圖 1 斜床身車床的主視圖 圖 2 斜床身數(shù)控車床的左視圖 2 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)大多數(shù)采用的是無級(jí)變速 無級(jí)變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服 主軸系統(tǒng)兩種 一般是采用直流或者交流主軸電機(jī) 通過帶傳動(dòng)來帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn) 通過帶傳動(dòng) 和主軸箱內(nèi)的減速齒輪來帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn) 變速齒輪如圖 3 所示 帶傳動(dòng)如圖 4 所示 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)要求較大的調(diào)速范圍 且變速按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行 因此變速機(jī)必須 適應(yīng)自動(dòng)操作的要求 所以采用無級(jí)變速系統(tǒng) 機(jī)床主軸的傳動(dòng)系統(tǒng)則采用交流伺服電動(dòng)機(jī)直 接驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng) 如圖 5 所示 圖 3 變速齒輪 圖 4 帶傳動(dòng) 圖 5 電機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 3 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一般采用伺服進(jìn)給系統(tǒng) 機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動(dòng)系 統(tǒng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使刀架實(shí)現(xiàn)縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)執(zhí)行構(gòu)件是主軸和刀架 車削螺紋時(shí) 主軸和刀架之間有著嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系 車端面和圓柱面時(shí) 刀架和主軸之間無嚴(yán) 格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系 橫向進(jìn)給系統(tǒng)和縱向進(jìn)給系統(tǒng)分別如圖 6 的 a 和 b 所示 橫向和縱向進(jìn)給傳動(dòng)用滾珠絲杠安裝在與普通車床相應(yīng)的安裝裝置 選用步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn) 電機(jī)經(jīng)無間隙聯(lián)軸器與滾珠絲杠副相連 絲杠采用的是可預(yù)緊安裝方式 以減小或消除因絲杠 自重而產(chǎn)生的彎曲變形 使絲杠的拉壓剛度有較大提高 絲杠不會(huì)因發(fā)熱而伸長 進(jìn)步電機(jī)與 絲杠的聯(lián)接如圖 7 所示 a 橫向進(jìn)給系統(tǒng) 5 b 縱向進(jìn)給系統(tǒng) 圖 6 橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 絲杠 2 套筒聯(lián)軸器 3 7 錐銷 4 螺母 5 墊圈 6 支架 8 支架套 9 步進(jìn)電機(jī) 圖 7 進(jìn)步電機(jī)與絲杠的聯(lián)接 4 刀架系統(tǒng) 設(shè)計(jì)采用的是立式回轉(zhuǎn)刀架 也稱轉(zhuǎn)塔式刀架如圖 8 所示 通過回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)車床的 自動(dòng)換刀 刀架動(dòng)作的順序?yàn)?系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào) 刀架電機(jī)正轉(zhuǎn) 刀臺(tái)上升并轉(zhuǎn)位 刀架到 位信號(hào) 刀架電機(jī)反轉(zhuǎn) 粗定位夾緊 精定位夾緊 電機(jī)停轉(zhuǎn) 回答信號(hào) 加工 圖 8 轉(zhuǎn)塔刀架 5 尾座 6 數(shù)控車床上配置的尾座 一般是液壓尾座 尾座是裝在床身導(dǎo)軌上 沿著床身導(dǎo)軌移動(dòng) 根據(jù)工件長短來調(diào)節(jié)位置 尾座的作用是利用套筒安裝頂尖 來支撐較長工件的一端 也可以 安裝鉸刀 鉆頭等道具來進(jìn)行孔加工 尾座的外形要做到美觀 與機(jī)床設(shè)計(jì)風(fēng)格相稱 尾座的 材料用 1 級(jí)鑄鐵 并且經(jīng)過時(shí)效處理 同時(shí)也可以用偏心機(jī)構(gòu)把尾座固定在需要的位置上 尾 座和床頭箱頂尖水平面的偏移 4 參考文獻(xiàn) 1 羅曉芳 張金濤 簡玉山 等 數(shù)控刮削滾光機(jī)床的設(shè)計(jì) J 制造技術(shù)與機(jī)床 2012 12 3 6 2 邢曉輝 王洪川 王貴飛 等 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