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開題報(bào)告
題目名稱
立式數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
題目來源
題目類型
導(dǎo)師姓名
學(xué)生姓名
班級學(xué)號(hào)
專 業(yè)
具體內(nèi)容（課題背景和意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、課題主要內(nèi)容、課題研究方案、日程安排、參考文獻(xiàn)）
課題背景和意義：
數(shù)控機(jī)床代表著機(jī)械制造業(yè)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的方向和水平。數(shù)控技術(shù)是制造自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代制造裝備的靈魂核心，是國家工業(yè)和國防工業(yè)現(xiàn)代化的重要手段，關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位，體現(xiàn)國家綜合國力水平，其水平的高低和數(shù)控裝備擁有量的多少是衡量一個(gè)國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床還可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件；可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍；加工零件的精度高，尺寸分散度小。使裝配容易，不再需要“修配”；可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)；擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。
目前，我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展不僅從技術(shù)水平上已研制出五坐標(biāo)的數(shù)控銑床加工中心，CNC系統(tǒng)和自動(dòng)編程系統(tǒng)等。同時(shí)，也擁有了一定數(shù)量的數(shù)控機(jī)床的開發(fā)、生產(chǎn)、使用以及擁有量等都與世界上的先進(jìn)國家有較大差距。要達(dá)到世界先進(jìn)水平，迅速發(fā)展我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)勢在必行。普通車床雖然可以進(jìn)行單件、小批量生產(chǎn)。但解決多品種、特別是形狀復(fù)雜、精度要求高的零件。就顯得力不從心了。這時(shí)只能依賴高素質(zhì)的技術(shù)工人，但產(chǎn)量上不去。如果一般技術(shù)工人就能完成且要上數(shù)量，就必須借助數(shù)控機(jī)床。
本設(shè)計(jì)為立式數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它是數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部分的核心。通過改造，大大改善了機(jī)床的加工性能：自動(dòng)化程度提高，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件；提高加工精度，加工質(zhì)量穩(wěn)定；提高生產(chǎn)效率；易于建立計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)。
國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：
數(shù)控機(jī)床代表著機(jī)械制造業(yè)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的方向和水平。目前，我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展不僅從技術(shù)水平上已研制出五坐標(biāo)的數(shù)控銑床加工中心，CNC系統(tǒng)和自動(dòng)編程系統(tǒng)等。同時(shí)，也擁有了一定數(shù)量的數(shù)控機(jī)床的開發(fā)、生產(chǎn)、使用以及擁有量等都與世界上的先進(jìn)國家有較大差距。要達(dá)到世界先進(jìn)水平，迅速發(fā)展我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)勢在必行。
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的必然性：數(shù)控機(jī)床能較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，也具有適應(yīng)性強(qiáng)、較高的加工精度。但是應(yīng)用數(shù)控機(jī)床還受到其它條件的限制。價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，對于中小企業(yè)心有余而力不足。
目前各企業(yè)都有大量的通用機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床代替根本不可能，而且替代下來的機(jī)床閑置起來，又會(huì)造成浪費(fèi)。在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機(jī)床的交貨期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需。通用數(shù)控機(jī)床對具體生產(chǎn)有多功能。要較好地解決上述問題，應(yīng)走經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)之路。
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)一般指對普通機(jī)床其某些部位做一定的設(shè)計(jì)，配上數(shù)控裝置，從而使機(jī)床具有數(shù)控加工能力，其目的有以下幾點(diǎn)：
從提高資本效率出發(fā)，改造閑置舊設(shè)備，發(fā)揮機(jī)床的原有功能和改造后的新增功能，提高機(jī)床的使用價(jià)值。
1．為了提高生產(chǎn)效率進(jìn)行數(shù)控改造。
2．為了適應(yīng)多品種，小批量生產(chǎn)而進(jìn)行數(shù)控改造。
3、為了使技術(shù)等級較低的工人也能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品零件和提高生產(chǎn)效率而進(jìn)行的設(shè)計(jì)。
所有這些目的都圍繞提高機(jī)床的性能價(jià)格比，用較少的價(jià)格，得到較高的機(jī)床性能。因此，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：易于對現(xiàn)有機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且專業(yè)性強(qiáng)，沒有多余功能；減少輔助加工時(shí)間，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率；降低工人技術(shù)等級的要求；費(fèi)用低，可充分利用原有機(jī)床設(shè)備；周期短，可滿足生產(chǎn)急需。
課題主要內(nèi)容：
（1）運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
根據(jù)機(jī)床的規(guī)格、用途和典型的工藝切削用量以及對同類型機(jī)床的分析比較，確定立式數(shù)控機(jī)床的極限轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比，擬定傳動(dòng)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖；確定傳動(dòng)副的傳動(dòng)比以及齒輪的齒數(shù)并計(jì)算轉(zhuǎn)速誤差。
（2）動(dòng)力設(shè)計(jì)
確定電動(dòng)機(jī)的功率；計(jì)算傳動(dòng)件的計(jì)算載荷及其尺寸，驗(yàn)算主要傳動(dòng)件的應(yīng)力、變形或壽命是否在允許范圍內(nèi)。
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
傳動(dòng)軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸組件、箱體、操作機(jī)構(gòu)、制動(dòng)裝置、潤滑裝置等的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
以上三方面內(nèi)容要具體地體現(xiàn)在設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)說明書上。
課題研究方案：
數(shù)控機(jī)床需要自動(dòng)換刀、自動(dòng)變速；且在切削不同直徑的階梯軸，曲線螺旋面和端面時(shí)，需要切削直徑的變化,主軸必須通過自動(dòng)變速，以維持切削速度基本恒定。這些自動(dòng)變速又是無級變速，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇理想的切削速度，這樣有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。無級調(diào)速有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機(jī)床一般采用由直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源的電氣無級變速。由于數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍較大，單靠調(diào)速電機(jī)無法滿足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機(jī)的功率扭矩特性也難于直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求相匹配。因此，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)變速系統(tǒng)常常在無級變速電機(jī)之后串聯(lián)機(jī)械有級變速傳動(dòng)，以滿足機(jī)床要求的調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩特性。
為簡化主軸箱結(jié)構(gòu)，本方案僅采用二級機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)方案如圖2.1：
有級變速的自動(dòng)變換方法一般有液壓和電磁離合器兩種。
液壓變速機(jī)構(gòu)是通過液壓缸、活塞桿帶動(dòng)撥叉推動(dòng)滑移齒輪移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)變速，雙聯(lián)滑移齒輪用一個(gè)液壓缸，而三聯(lián)滑移齒輪則必須使用兩個(gè)液壓缸（差動(dòng)油缸）實(shí)現(xiàn)三位移動(dòng)。液壓撥叉變速是一種有效的方法，工作平穩(wěn)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但變速時(shí)必須主軸停車后才能進(jìn)行，另外，它增加了數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜性，而且必須將數(shù)控裝置送來的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁閥的機(jī)械動(dòng)作，然后再將壓力油分配到相應(yīng)的液壓缸，因而增加了變速的中間環(huán)節(jié)，帶來了更多的不可靠因素。
圖 1機(jī)械變速方案示意圖
電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運(yùn)動(dòng)的元件，由于它便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選用，因而它已成為自動(dòng)裝置中常用的操作元件。電磁離合器用于數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)時(shí)，能簡化變速機(jī)構(gòu)，操作方便。通過若干個(gè)安裝在各傳動(dòng)軸上的離合器的吸合和分離的不同組合來改變齒輪的傳動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)主軸的變速。電磁離合器一般分為摩擦片式和牙嵌式。
日程安排：
1.準(zhǔn)備工作（2016.2.20-2016.3.5）
接到設(shè)計(jì)任務(wù)書后，搜集必要的圖書、雜志、圖冊、手冊、同類機(jī)床說明書和產(chǎn)品圖紙、其他有關(guān)設(shè)計(jì)參考資料、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，以便設(shè)計(jì)時(shí)參考應(yīng)用。
2.擬定設(shè)計(jì)方案（2016.03.06-2016.03.15）
（1）閱讀同類機(jī)床的有關(guān)資料（如：機(jī)床說明書、裝配圖、樣本、機(jī)床水平分析等）。
（2）對機(jī)床的用途、主要參數(shù)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、零部件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等進(jìn)行分析研究。在分析比較現(xiàn)有機(jī)床的基礎(chǔ)上考慮設(shè)計(jì)方案，力求做到有的改進(jìn)和創(chuàng)新。擬定方案的步驟是：
1）擬定運(yùn)動(dòng)參數(shù)
結(jié)合參考資料和同類機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)作出分析比較，對設(shè)計(jì)任務(wù)書中未給出的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，根據(jù)任務(wù)書中規(guī)定的要求條件來確定。
2）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
根據(jù)已定參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮某些結(jié)構(gòu)方面的問題。
3. 動(dòng)力計(jì)算及傳動(dòng)零件的計(jì)算（2016.03.16-2016.03.25）
確定機(jī)床功率，傳動(dòng)帶的計(jì)算和選定，傳動(dòng)軸徑的計(jì)算，齒輪模數(shù)的初算，主軸組件結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
4.技術(shù)設(shè)計(jì)（2016.03.26-2016.03.31）
繪制部件裝配圖和進(jìn)行零件的計(jì)算和核算。
5.零件工作圖設(shè)計(jì)(2016.04.01-2016.04.15)
設(shè)計(jì)及繪制出正確的零件工作圖。
6.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（2016.04.16-2016.04.20）
分三稿完成.
7.整理設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（2016.04.21-2016.05.04）
在前三稿修改的基礎(chǔ)上全面整理設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，完成所有的圖紙校核工作，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
參考文獻(xiàn)：
[1]金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo) 上海交通大學(xué)編 上海：上海交通大學(xué)出版社 2006
[2]機(jī)床設(shè)計(jì)手冊 上/下冊 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊編寫組 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2006
[3]機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊 華東紡織工學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)主編 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1979
[4]金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì) 大連工學(xué)院 戴曙主編 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2009
[5]金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì) 吉林工業(yè)大學(xué) 吉林工學(xué)院 東北工學(xué)院主編 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2009
[6]金屬切削機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì) 韋彥成 北京：國防工業(yè)出版社 2011
[7]金屬切削機(jī)床 李鐵堯主編 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2010
[8]金屬切削機(jī)床 鄧懷德主編 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2007
[9]切削用量手冊 艾興、肖詩綱編 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2005
[10]金屬切削機(jī)床 顧維邦編 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2007
[11]機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊.中冊∕王少懷主編. —北京：電子工業(yè)出版社，2006.7
[12]機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)∕叢曉霞主編. —北京：高等教育出版社，2010.8
[13]機(jī)械原理（第七版）∕孫桓 葛文杰 陳作模主編；西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著. —北京：高等教育出版社，2006.5
[14]機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)∕陳立德，趙海霞編著. —北京：國防工業(yè)出版社，2010.6
[15]數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)∕文懷興，夏田編著. —北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.5
[16]數(shù)控車床設(shè)計(jì)∕陳嬋娟主編. —北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.2
填表說明: 題目類型: 1、工程設(shè)計(jì)； 2、應(yīng)用研究； 3、理論研究； 4、其它；（選1、2、3、4）。
題目來源: A、自擬課題； B、民用科研課題；C、國防科研課題；（選A、B、C）。
開題報(bào)告內(nèi)容使用宋體小四字號(hào)。
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師(簽字): 年 月 日
學(xué)院意見
學(xué)院院長(簽字): 年 月 日
填表說明: 題目類型: 1、工程設(shè)計(jì)； 2、應(yīng)用研究； 3、理論研究； 4、其它；（選1、2、3、4）。
題目來源: A、自擬課題； B、民用科研課題；C、國防科研課題；（選A、B、C）。
開題報(bào)告內(nèi)容使用宋體小四字號(hào)。