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南京工程學(xué)院
工 業(yè) 中 心
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目：車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給
機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： D機(jī)加工122 學(xué) 號(hào)：231120412
學(xué)生姓名： 耿成超
指導(dǎo)教師： 劉桂芝、卞榮
2016年 3月 11 日
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
耿成超
學(xué) 號(hào)
231120412
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造
及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師姓名
劉桂芝、卞榮
職 稱
研究員級(jí)高級(jí)工程師、講師
所在院系
工業(yè)中心
課題來源
D、自擬課題
課題性質(zhì)
A、工程設(shè)計(jì)
課題名稱
車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
內(nèi)容和意義?
采用比較法，文獻(xiàn)分析法對(duì)車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)課題進(jìn)行分析與研究，畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容：主要零件包括:副主軸本體安裝板、滾珠絲杠(W)副、軸承座、軸承、隔套、鎖緊螺母、聯(lián)軸器、聯(lián)接漲套、法蘭、限位擋塊等。
1、機(jī)械制圖
CAD繪制數(shù)控可編程尾架傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配圖0號(hào)圖 1張，繪制其它零件CAD圖紙，CAD圖紙折合0號(hào)1.5張。
2、設(shè)計(jì)計(jì)算
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)慣量匹配的計(jì)算，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)給力的計(jì)算。
3、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
各零件成本分析，課題成本計(jì)算。
本課題研究的意義：
1、車銑復(fù)合加工機(jī)床的意義：通過一次裝夾零件完成多種加工工序，縮短了加工時(shí)間，提高了加工精度，因而受到用戶的歡迎。數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床是復(fù)合加工機(jī)床的一種主要機(jī)型，通常是在數(shù)控車床上實(shí)現(xiàn)平面銑削、鉆孔攻絲、銑槽等銑削加工工序，具有車削以及鏜削等復(fù)合功能，能夠?qū)崿F(xiàn)一次裝夾、全部完工的加工理念。
2、W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)的意義：車銑復(fù)合加工機(jī)床實(shí)現(xiàn)第二主軸軸向的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該驅(qū)動(dòng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)機(jī)床第二主軸的軸向進(jìn)給，還要實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度自動(dòng)控制，保證機(jī)床第二主軸的準(zhǔn)確定位。
3、通過分析與研究使自己了解到W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)的重要性，W軸進(jìn)給軸作為第二主軸的進(jìn)給機(jī)構(gòu)對(duì)于整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)來講，是不可缺少的一個(gè)組成部分。
4、通過本次課題設(shè)計(jì)，提高了我的分析問題、解決問題的能力，在自己所研究的課題上有了較為深入的了解，對(duì)我自己四年專業(yè)學(xué)習(xí)是一個(gè)很大的提高。
英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號(hào)：起止頁碼
文獻(xiàn)綜述
數(shù)控機(jī)床的發(fā)展背景與趨勢：
現(xiàn)狀：我國數(shù)控機(jī)床的研制工作起步比較晚，于1958年由清華大學(xué)和北京第一機(jī)床廠合作研制了我國第一臺(tái)數(shù)控銑床，并于1958年開始試制成功第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床。1965 年開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到20 世紀(jì)60年代末至70年代初成功研制。從1980年起，我國加大改革開放的力度，先后從日、德、美、西班牙等西方國家引進(jìn)CNC系統(tǒng)，對(duì)各種機(jī)、電、液、氣等基礎(chǔ)原件進(jìn)行合作生產(chǎn)，極大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量[1]?？傮w來說，從1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床到現(xiàn)在，我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段：1958至1979年為第一階段，在這一階段內(nèi)我國受到西方國家的封鎖和國內(nèi)環(huán)境的影響，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展采用的是封閉式摸索前進(jìn)，數(shù)控機(jī)床的一些關(guān)鍵技術(shù)，如電、氣、液等核心技術(shù)達(dá)不到可靠性要求，故障常出；1980年至1995年為第二階段，我國提出了改革開放的政策，積極引進(jìn)國外的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，利用國外的先進(jìn)產(chǎn)品配置和技術(shù)，期間我國的數(shù)控機(jī)床取得了長足的發(fā)展，逐漸縮小與國外先進(jìn)國家的差距，但總體來說，這個(gè)階段屬于我國的仿制時(shí)期，自主研發(fā)的產(chǎn)品占少數(shù)；1996年至今為第三階段，我國實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略，控機(jī)床進(jìn)入自主研發(fā)的時(shí)期，數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)值比重也逐漸增大，數(shù)控機(jī)床無論從數(shù)量上還是在質(zhì)量上都取得了較大的進(jìn)步，某些核心的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)接近或者領(lǐng)先于世界水平[2]。
趨勢：20世紀(jì)90年代開始，我國數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)完成了16位機(jī)向32機(jī)位轉(zhuǎn)變，伺服驅(qū)動(dòng)從直流向交流全數(shù)字式轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)從封閉向開放轉(zhuǎn)變，控制系統(tǒng)由專用計(jì)算機(jī)向通用計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)變，加快了數(shù)控機(jī)床技術(shù)前進(jìn)的步伐，具體來說數(shù)控機(jī)床會(huì)朝著高速化、精密與超精密化、開放化、技術(shù)集成化與技術(shù)復(fù)合化、智能化幾個(gè)方向發(fā)展[3]。
本課題主要研究車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)給系統(tǒng)的精度、靈敏度、穩(wěn)定性直接影響數(shù)控機(jī)床的定位和輪廓加工精度。從車銑復(fù)合加工機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是由復(fù)合加工機(jī)床的C軸、拖板部件的X/Z兩軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及第二主軸軸向進(jìn)給W軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，是車銑復(fù)合加工機(jī)床實(shí)現(xiàn)第二主軸軸向的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該驅(qū)動(dòng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)機(jī)床第二主軸的軸向進(jìn)給，還要實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度自動(dòng)控制，保證機(jī)床第二主軸的準(zhǔn)確定位。從系統(tǒng)控制的角度看，決定進(jìn)給系統(tǒng)性能的主要因素有系統(tǒng)的剛度、慣量、精度和動(dòng)特性等[4]。傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和慣量，直接影響到進(jìn)給系統(tǒng)的切削能力和加減速性能；穩(wěn)定性和靈敏度；傳動(dòng)部件的精度與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，決定了機(jī)床的輪廓加工和定位精度，在閉環(huán)控制系統(tǒng)中還影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
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文獻(xiàn)綜述
剛度：
提高絲杠的剛度勢必可以提高系統(tǒng)的加工精度、穩(wěn)定性和加速性，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的加減速轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，進(jìn)給系統(tǒng)的慣量直接決定了系統(tǒng)的加速度；滾珠絲杠由于具有傳動(dòng)效率高、磨損小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)，在機(jī)床中得到了廣泛的應(yīng)用[5]。滾珠絲杠作為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的重要元件，其性能直接影響了進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度。滾珠絲杠的剛度是造成進(jìn)給系統(tǒng)失動(dòng)的重要因素，因此需要對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行剛度分析，以獲得最大失動(dòng)量，為進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和定位精度提高提供依據(jù)。
慣量：
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的加減速轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，進(jìn)給系統(tǒng)的慣量直接決定了系統(tǒng)的加速度。數(shù)控機(jī)床是一種高效加工設(shè)備，它對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的快速性要求較高，特別對(duì)于高速加工機(jī)床，為了在有限的行程內(nèi)，使得運(yùn)動(dòng)軸達(dá)到每分鐘數(shù)十米、甚至上百米的高速，進(jìn)給系統(tǒng)的加減速需要達(dá)到或超過1g（9.8m/s2），因此，在滿足系統(tǒng)剛度的前提下，其傳動(dòng)部件應(yīng)盡可能減輕重量、縮小直徑，以降低慣量、加高快速性。
間隙：
傳動(dòng)部件的間隙會(huì)影響系統(tǒng)的系統(tǒng)的定位精度，因此必須采取有效措施以消除傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙。滾珠絲杠螺母副和支承軸承的預(yù)緊是消除傳動(dòng)系統(tǒng)間隙的常用措施，大部分傳動(dòng)部件的消隙措施都會(huì)增加系統(tǒng)的摩擦阻力、引發(fā)發(fā)熱、甚至影響傳動(dòng)部件的使用壽命[6]。
摩擦：
進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦阻力不但會(huì)降低傳動(dòng)效率、導(dǎo)致發(fā)熱；且還直接影響系統(tǒng)快速性。此外，由于動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的變化，可能會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)部件的彈性變形而產(chǎn)生非線性的摩擦死區(qū)，從而影響系統(tǒng)的加工、定位精度，甚至引起低速爬行和動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定[7]。
通過對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)中出現(xiàn)的幾個(gè)問題進(jìn)行分析與探討，并提出如下解決方法：
1、提高滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械剛度的措施：
滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度與滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)和軸承的結(jié)構(gòu)及布置、預(yù)緊力大小有關(guān)。因此，要提高滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的剛度主要從以下方面著手：
（1）當(dāng)減小滾珠直徑 ；
（2）適當(dāng)加大螺旋升角；
（3）施加合適的預(yù)緊力；
（4）改進(jìn)滾珠循環(huán)；
（5）進(jìn)一步提高滾珠絲杠螺母副的加工精度；
（6）從根本上改進(jìn)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，合理布置支承形式，采用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)床[8]。
文獻(xiàn)綜述
2、減小慣量對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的影響：
數(shù)控機(jī)床是以在自動(dòng)加工中實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)精度和高性能穩(wěn)定性為其主要特征的，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量，直接影響其固有頻率，從而影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性。慣量越小，剛度越大，則固有頻率越高，所以應(yīng)選擇較小的慣量[9]。實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)表明，在當(dāng)今數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于提高固有頻率、滿足穩(wěn)定性要求環(huán)節(jié)，主要是采取以下的方式：
（1）通過慣量匹配和加速度校核環(huán)節(jié)，確保較小的機(jī)械傳動(dòng)慣量，從而保證進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)具有較大的固有頻率。
（2）不再采用低固有頻率的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，而普遍采用高剛性、低摩擦系數(shù)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
（3）當(dāng)今數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)，已普遍采用數(shù)字交流伺服形式，性能有了大幅度提高，一般系統(tǒng)本身設(shè)有自動(dòng)測試共振點(diǎn)的功能，并設(shè)置有多個(gè)對(duì)應(yīng)不同頻率的抑制共振的濾波器，通過電氣調(diào)節(jié)，消除共振[10]。
3、減小間隙的措施：
采用滾珠絲杠螺母副和支承螺母的預(yù)緊等方式。
4、減小摩擦的措施：
需要配套減少對(duì)部件之間的摩擦有助于提高系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和定位精度，進(jìn)給系統(tǒng)部件必須有良好的防護(hù)措施，以避免灰塵或切屑、冷卻液的進(jìn)入。
總結(jié)：
一個(gè)良好的進(jìn)給系統(tǒng)需滿足剛度高、小慣量、無間隙、低摩擦等要素，剛度高會(huì)提高系統(tǒng)的加工精度、穩(wěn)定性和快速性；小的慣量減小系統(tǒng)的加速度，提高進(jìn)給系統(tǒng)的加速精度；消除間隙會(huì)提高進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性；部件之間的潤滑可減少系統(tǒng)摩擦阻力，提高運(yùn)動(dòng)精度，避免低速爬行。
文獻(xiàn)總素
參考文獻(xiàn)：
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研究內(nèi)容
解決車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)存在的問題：
在剛度方面：如果進(jìn)給傳動(dòng)部件的剛度不足，必將會(huì)產(chǎn)生彈性變形，影響系統(tǒng)的加工精度、穩(wěn)定性和快速性。
在慣量方面：車銑復(fù)合加工機(jī)床是一種高效的加工設(shè)備，它對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的快速性要求較高，特別對(duì)于高速加工機(jī)床，為了在有效的行程內(nèi)，使得運(yùn)動(dòng)軸達(dá)到每分鐘數(shù)十米、甚至上百米的高速，進(jìn)給系統(tǒng)的加減速需要達(dá)到要求。
在間隙方面：它直接影響系統(tǒng)的定位精度，而且還影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，因此，必須采取有效的措施以消除進(jìn)給系統(tǒng)的間隙。
在摩擦方面：摩擦阻力不但會(huì)降低傳動(dòng)效率、導(dǎo)致發(fā)熱；而且還直接影響系統(tǒng)快速性。
研究計(jì)劃
研究周期與時(shí)間安排
第1周 (2.22-2.26) 收集資料，學(xué)習(xí)有關(guān)書籍文獻(xiàn)，參觀工廠，搜集設(shè)計(jì)過程
中所要遵照的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行學(xué)習(xí)
第2周 (2.29-3.04) 提出完成課題的基本思路和方法， 完成該課題所采用的技
路線、方案，要設(shè)計(jì)和完成的任務(wù)
第3周 (3.07-3.11） 完成開題報(bào)告及外文材料翻譯
第4周 (3.14-3.18) 完成裝配圖草圖設(shè)計(jì)，繪制進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡圖
第5周 (3.21-3.25) 完成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)慣量匹配的計(jì)算、完成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)給力的計(jì)算
第6周 (3.28-4.01) 完成裝配圖設(shè)計(jì)
第7周 (4.04-4.08） 設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查
第8周 (4.11-4.15） 進(jìn)行零件圖計(jì)算機(jī)繪圖
第9周 (4.18-4.22） 完成零件圖計(jì)算機(jī)繪圖
第10周 (4.25-4.29） 完成各零件及課題成本分析，完成各零件成本及課題成本
計(jì)算
第11周 (5.02-5.06) 遞交論文初稿
第12周 (5.09-5.13) 修改論文并定稿
第13周 (5.16-5.20) 論文評(píng)審及答辯資格確定
第14周（5.23-5.30）答辯
第15周 (5.30-6.03) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯
第16周（6.06-6.10） 整理資料存檔
特色與創(chuàng)新
本文的特色與創(chuàng)新如下：
1、 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)加大絲杠的直徑，對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，對(duì)絲杠螺母副、支承部件進(jìn)行預(yù)緊，以提高剛度并消除間隙。
2、 經(jīng)過慣量匹配計(jì)算，來降低慣量，提高了進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性。
3、 由于滾動(dòng)滾珠絲杠、軸承、導(dǎo)軌，良好的潤滑使本課題具有良好定位精度和高靈敏度。
指導(dǎo)教師
意 見
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2016年 月 日
分中心意見
中心意見
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