数控卧式镗铣床主轴箱变速操纵机构设计开题报告.doc

1、毕业设计(论文)开题报告题目：数控卧式镗铣床主轴箱变速操纵机构设计系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2012年 12 月 20日1 毕业设计（论文）综述1.1 题目背景机械行业是运用数控机床最多的，很多企业为了提高自己的生产效率，常常会对机床内部结构进行多方面的改造。社会主义市场经济的发展为我国工业生产创造了条件，在现代一体化生产模式中运用了很多先进的设备。对于数控机床而言，主轴箱是其最为核心的组织结构，整个主轴箱影响着数控机床的变速情况1。大部分制造企业在实行技术改造时把重点放在了主轴箱变速器上，这是调整机床运行速度的重点。在设计过程中必须要对主轴箱的每个部件加以控制，这样才能确保数控机床主轴变速性能的良好2。1.2 研究意义1.2.1 毕业设计在四年中的意义毕业设计是教学计划中最后一个综合性实践教学环节，是学生在教师的指导下，独立从事设计工作的初步尝试，是对即将步入社会的毕业生的能力的一次全面考核，其基本目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识、基本技能研究和处理问题的能力。是学生对前三年所学知识和技能进行系统化、综合化运用、

2、总结和深化的过程。通过考察、立题、收集素材、设计方案等过程，检查学生的思维能力、动手能力和掌握技艺的深度，并通过毕业设计、毕业答辩，来考核教学水平，对深化教学改革，提高教学质量具有重要的意义。1.2.2 本课题的意义在车床、镗床、铣床、插、拉床、磨床、数控加工中心、齿轮加工中心、切断机床、特种加工机床、组合机床、柔性制造系统等众多机械加工设备中，镗铣床加工特点：加工过程中工件不动，让刀具移动，并使刀具转动（主运动），在实践中具有“万能机床”的称号。镗铣床主要是刀具在工件上加工已有预制孔的机床。通常，刀具旋转为主运动，刀具或工件的移动为进给运动。它主要是用来加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。我的题目是数控卧式镗铣床主轴箱变速操纵机构设计与分析，本课题的意义是通过对主轴箱变速机构的分析，通过计算使我对主传动系统的结构设计、结构组成、变速原理有了更深一层的了解和认识，曾强了我对知识的掌握能力和动手能力，我会尽全力做好。1.3 国内研究情况我国卧式镗床生产是在1954年由仿制开始的。目前已有13个省、一个自治区、三个直辖市的二十六个厂，卧

3、式镗床的年产量到1971年，已经超过一千台。卧式镗床的品种，第一个五年计划期间，只能生产主轴直径85毫米的卧式镗床，现在已经能生产主轴直径63、85、125、150等毫米的卧式镗床及主轴直径110毫米的加大主轴直径和移动式镗床。从只能根据国外图纸生产单一产品，发展到自行设计试制并采用一定先进技术的多种产品。在无产阶级大革命中，就有17个厂先后设计试制了三十一种卧式镗床。其中直径63毫米的有五种；直径125毫米的有一种；无伸缩主轴简易卧式镗床有两种；直径160毫米落地镗床有两种，直径200毫米的有一种，直径250毫米的有一种。当代卧式镗铣床与落地式铣镗床技术发展非常快，主要体现在设计理念的更新和机床运行速度及制造工艺水平有很大的提高，另一方面是机床结构变化大，新技术的应用层出不穷3。卧式镗铣床的结构向高速电主轴方向发展，落地式铣镗床向滑枕式(无镗轴)结构方向发展，功能附件呈高速、多轴联动、结构型式多样化的发展态势，这将是今后一个时期技术发展的新趋势。1.4 国外研究情况国外数控卧式镗床和卧式加工中心均有突飞猛进的发展。其表现在于机床的结构、精度和寿命，以及自动化水平、生产效率等方面都有很

4、大的提高。在产品开发工作上，采用模块化设计和计算机辅助设计等现代化设计方法，在确保产品设计质量和技术水平的前提下，产品品种大量涌现，变型产品也越来越多，除可满足市场的需求外，并获得了较大的经济效益。一些科学技术比较发达的国家，已由生产卧式镗床转向生产更高水平的自动化机床，并已生产和研制出更高一级的现代化水平的设备，从而为实现无人化工厂奠定了基础4。国外数控卧式镗床及卧式加工中心的形成、演变过程，一种是以普通卧式镗床为基础，配以控制系统，而成为数控卧式镗床；进而在配以刀库及机械手等独立部件后，演变成为卧式加工中心；另一种是与普通卧式镗床无关，独立设计而成。很多机床公司都是由过去生产普通卧式镗床转而生产当代的数控卧式镗床及卧式加工中心的。很多机床厂家已不生产一般的普通卧室机床，已将其扩散到发展中国家去生产，而把主要精力集中到更高级的数控卧式镗床和卧式加工中心，并进行大量的科学研究工作因而取得了较大技术和经济利益。2 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 本课题研究的主要内容（1）了解主轴箱变速操纵机构的性能要求；（2）了解主轴箱变速操纵机构的工作原理，进行结构设计和

5、计算分析；（3）设计指标：利用两个液压油缸，经拨叉带动双联滑移齿轮移动到需要的多个位置；（4）应用CAD系统对系统零件和装配建模和仿真。2.2 研究方案及方法2.2.1主传动总体方案选择数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。在主传动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级调速系统，为扩大调速范围，适应低速大转矩的要求，也经常应用齿轮有级和电动机无级调速相结合的调速方式5。数控机床主传动系统主要有四种调速方式6,7,8，如图1所示。a.带有变速齿轮的主传动 大、中型数控机床采用这种变速方式，如图1(a)所示，通过少数几对齿轮降速，扩大输出转矩，以满足主轴低速时对输出转矩特性要求。数控机床在交流或直流电动机无机调速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。滑移齿轮的以为大都采用液压缸加拨叉，或者直接由液压缸带动齿轮来实现。b.通过带传动的主传动 如图1(b)所示，这种传动主要应用于转速较高、变速范围不大的机床。电动机本身的调速能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免齿轮传动引起的振动和噪音。它使用于高速、低转矩特性要求的主轴。常用的是V带和同

6、步齿形带。c.用两个电动机分别驱动主轴 如图1(c)所示，这是上述两种方式的混合传动，具有上述两种性能。高速时电动机通过带轮直接驱动主轴扭转，低速时，另一个电动机通过两级齿轮传动驱动主轴旋转，齿轮起到降速和扩大变速范围，克服了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的缺陷。d.内装电动机主轴传动机构 如图1(d)所示，这种传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴影响较大。图1 数控机床主传动系统的四种配置方式2.2.2 主传动系统结构设计机床主传动系统的结构设计，是将传动方案结构化，向生产提供传动部件装配图，零件工作图及零件明细表等。机床传动部件即主轴变速箱的结构设计主要内容包括：主轴组件设计，操纵机构设计，传动轴组件设计，其他机构（制动及换向机构等）设计，润滑与密封装置设计，箱体及其他零件设计等9。主轴变速箱部件装配图包括展开图，横向剖视图、外观图及其他必要的局部视图等。如图2所示10,11。图2 主轴箱装配图3 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作数控卧式镗铣床主轴箱中采用两个液压缸，利用拨叉带动齿轮移动，实现主轴变速。

7、主轴箱变速操纵机构性能优劣将影响机床的操纵性能。本课题研究的重点及难点在于设计方案和整体结构特点的确定。目前已经查找和阅读了大量期刊、书籍、报纸及优秀硕士论文，并对相关数据进行了分析，初步拟定了设计方案和整体的结构。4 完成毕业论文的工作步骤与时间安排（1）第13周：调研并收集资料；（2）第36周：确定设计方案和整体结构特点；（3）第711周：完成结构设计计算；（4）第1215周：完成装配图、三维建模和仿真；完成论文撰写，准备答辩。5.指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导老师： 年 月 日6.所在系意见：系主管领导： 年 月 日参考文献1 许少民.我国机械行业中数控机床主轴变速箱的设计J.机床改造技术,2009,18(11):155-157.2 凡仁建.当前数控机床改造的最新技术研究M.机械工业出版社,2009,19(10):178-180.3 Mou J, Liu C R.An error correction method for CNC machine tools using reference parts. Transactions of namre/sme,

8、1994.4 Martin Healey. Principles of Automatic ControlM. Industrial Robot: An International Journal.2001,28(5):414-4195 WANG Tian-cheng,CHEN Hong. Transmission design of stepless speed variarion of principal rotating motion of numerically-controlled machine toolJ.Assembly Automtion.2010,(1):32-356 机械设计手册编委会.机械设计手册M.第3版.北京：机械工业出版社.20047 成大先.机械设计手册M.第4版.北京：化学工业出版社.20028 现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册M.北京：机械工业出版社,20069 周德海.数控机床中主轴变速箱各参数性能的设计J.数控机床设计基础,2009,30(10):44-47.10 常田玉.金属切削机床的设计与计算J.东南大学学报,2008,20(10):66-68.11 张文雪.金属切屑机床中主轴变速箱的设计Y.上海科学技术出版社,2002

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