数控车铣中心Y轴传动机构设计-开题报告

南京工程学院 工 业 中 心 本科毕业设计（论文）开题报告 题 目 ： 数控车铣中心 Y 轴传动机构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： D 机加工 123 学 号： 231120521 学生姓名： 陆海翔 指导教师： 刘桂芝 2016 年 3 月 2 日 本科毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 陆海翔 学 号 231120521 专 业 机械设计制造 及 其自动化 指导教师姓名 刘桂芝 职 称 教授级高工 所在院系 工 业 中心 课题来源 课题性质 课题名称 数控车铣中心 Y 轴传动机构设计 毕业设计 内容和意义 采用 类比法、参考资料法 ，进行 数控车铣中心 Y 轴传动机构 的设计。 毕业设计的具体内容： 轴传动机构 主要零件 械制图 . a） 制数控车铣中心 Y 轴传动机构设计装配图 0 号图 1 张 b） 其它零件图纸采用 制 ,纸折合 0 号 （约 15 个零件 ） 计计算 a) Y 轴向惯量匹配的 计算 b) Y 轴向转矩匹配的 计算 c) Y 向进给力的 计算 d) Y 向 滚珠 丝杠预拉伸量的 计算 3 技术经济分析 零件成本分析 题成本计算 本课题研究的意义： 本课题对 数控车铣中心 Y 轴传动机构 进行了设计，其意义如下： 1、 通过此次设计，让我对数控车铣中心 有了更深的理解，车铣中心其实就是 通过一次装夹零件完成多种加工工序，缩短了加工时间，提高加工精度 。 2、 当前数控车铣中心此类复合机床发展越来越迅速，趋于 工序集中、高速、高效、高精度以及 高可靠性， 只有不停的对其研究，才能更好的发展。 3、了解 Y 轴传动机构在整个机床中的作用。 4、通过此次设计，可以提高查阅资料、归纳总结的能力，综合学习能力，开阔眼界。 5、毕业设计是我们 对四年的学习总结 ，是展示自己学习成果的过程。 文献综述 随着数控机床及数控加工技术的快速发展，零件产品的日益复杂，对于数控机床各方面提出了越来越高的要求。工序集中、高速、高效、高精度以及可靠性提高是今后数控机床发展的大趋势大方向 。随着数控技术的发展和对产品加工精度的要求越来越高，多轴数控加工已经得到越来越广泛的应用。现在越来越多的厂家采用多轴机床进行产品模具类的开发与加工，尤其在航天航空、造船、机床重型机械以及国防工业等高精度要求中更是如此，一方面可以提高加工效率，减少生产时间；另一方面可又以提高产品的加工质量，大量减少操作人员的工作量，大大降低了人工劳动力。机床增加第四轴后，一套夹具可同时用于工件四面的加工，提高机床加工能力。所以四轴及四轴以上的多轴数控加工是今后机械制造加工行业的大趋势与大主流，有着广阔的应用前景。 1 从加工技术发展来看 ,世界各国近年来相继开发各种类型的复合机床 ,功能愈来愈多 ,工序集中程度越来越高 ,已成为机床产品发展趋势之一。复合机床就是在一台机床上 ,可自动地完成加工原理 (或方式 )不同的多种工序内容。由于复合机床具有工序集中、零件加工周期短、定位误差小等优点 ,在一台机床上能完成大部分或全部的加工工序 ,既能减少装卸和搬运时间 ,又能保证和提高加工精度 ,所以世界各国竞相发展复合机床。 2 国外的车铣复合加工中心已经发展到比较成熟的阶段，很多新技术 (如直线电动机、力矩电动机、内置式电动机和内置电动机 的动力刀塔等技术 )已经成功应用到车铣复合加工中心上，而且多数实现了模块化设计，能够根据市场需要及时“组装”出相应的机床。与国外的车铣复合加工中心相比，国内的水平差距还很大，主要表现在以下几个方面： (1)机床性能指标偏低 (2)可靠性亟待提高 (3)产品系列需要完善 (4)软件 功能 不足 (5)外观 设计 ，制造水平 有待 待改 2 不同加工方法的结合使车铣中心具备了下述优点：利用车、铣各自切削优势去除大量加工余量，提高金属切除率。提高断续切削能力。断屑加工便于排屑。减小切削力对工件的不利影响。有利于长时间加工。可加 工偏心、异型件。 【 3】 车铣复合加工中心结构复杂，一旦受异常外力影响或碰撞，机械机构将发生保护性移动，设备几何精度将变差甚至丧失，必须重新调整，调整技术难度大，涉及知识范围广，有机械、电气、液压、仪器、测量等，维修手册显示必须通知制造商来现场调整，通常需要外方工程师方能解决 。 针对车铣复合加工中心结构进行研究，提出 :主轴调整方法、尾座调整方法、车铣钻单元 X、 Y 轴拖板对 z 轴的垂直度、 参考点调整方法、检查校准 分度以及数据补偿方法要领，通过应用能够快捷地恢复设备精度，提高设备利用率。 【 4】 文献综述 在数控车铣加工中心中， C 轴即绕主轴 (Z 轴 )的回转轴，与其它进给轴联动进行插补，可以实现主轴的精确定位，完成特殊轨迹的加工。在一次装夹中，具有 C 轴插补功能的机床可实现多工序、复合化加工，大大地提高其加工范围，提高了大型复杂零件的加工精度。高精度重型数控机床是实现大型精密零部件加工的必备设备，机床 C 轴分度进给系统的设计是提高零件加工精度的关键技术。同时，无间隙、传动刚度高、阻尼 特性好、传动效率高的分度装置，是车铣加工中心 C 轴传动进给系统的必备条件。 【 5】 数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。它的作用是接受数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置和机械传动机构，驱动机床的工作台，主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动。数控机床的伺服进给系统与一般机床伺服进给系统有本质上的差别，它能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度和位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。 6 国内外 制 造车铣复合加工中心的机睐厂家 有 很多 其 产品的结构形式也各 不相同 按照机床的 Y 轴 实 现形式可分为以下 几 类： (1)传统 插 补 Y 轴 插补 y 轴， 也叫做虚拟 Y 轴多数车铣复 合 加 工 中心机床 厂家早期开 发的产品均采用此结构 (2)传统垂直 Y 轴该结构机床 床 身采用传统卧式车削中心的 斜床 身， 刀 具 主 轴沿 垂直 X 轴方向 上下运动实现 Y 轴功能 轴正交 （ 3)箱中箱式垂直 Y 轴 此类机床为 平床身和箱中箱式 结构，八角 滑枕前，后移动实现 Y 轴功能， X Y Z 三轴正 交 (4)动 立 柱式垂直 Y 轴该结 构 机床采用平床身 (或梯形 床 身 )通过 立 柱 移动带动刀 具 动力主轴等 部 件移动，刀具主轴 上下移动 实现 Y 轴功能， X Y Z 三轴正交 【 7】 数控车铣中心 机床动力刀架配合 Y 轴移动能实现强力铣削， Y 轴作为动力刀架的一个重要支撑 单元 ，必须对其进行最优化设计以减少机床在强力切削时的振动， 才能使加工零件获得较高的加工精度和很好的表面粗糙度。 Y 轴 立柱的受力主要是机床切削加工时的切削力和刀架的重力，其中切削力通过刀具及刀架传递给立柱。目前国内复合机床偏重于结构布局研究，对复合后机床支撑件力学性能研究不足。由于立柱是机床加工时受力关键部件 ,该局部 变形会在一定程 度上直接影响机床的加工精度，因此 有必要对立柱进行结构优化设计。优化后的 Y 轴立柱 还要能 满足了机床的 所有 加工要求。 8 滚珠丝杠副是数控机床进给系统的核心部件，采用它是提高进给系统灵敏度、定位精度和防止爬行的有效措施。它的精度和各项性能直接影响数控机床的定位精度和重复定位精度 。 随着高速加工技术的不断发展，这种“旋转伺服电机 +滚珠丝杠 ” 传动方式的弊端不断表现出来。电机输出的旋转运动需经过联轴器、滚珠丝杠、螺母等 一系列中间传动和变换环节，才变为工作台的直线运动。由于中间传动环节的存在， 文献综述 使得整个传动系统的刚度降低，启动和制动初期的能耗都用在克服中间环节的弹性变形上。尤其细长的滚珠丝杠，是刚度最薄弱的环节，其弹性变形可使系统的阶次变高，系统的鲁棒性降低，精密传动和定位精度性能下降。它由载荷和温度变化 引 起的变形产生的误差在一定程度上占主导地位。特别是滚珠丝杠的导程误差对机床定位精度的影响最为明显 。 9 数控 机 床对伺服系统的设计基本要求为：定位精度要高，跟踪指令信号的响应要快；系统的稳定性要好。反映在伺服系统性能指标上，即稳定性、精度和快速 响应特征 。 影响整个伺服系统精度的因素除了伺服驱动单元和电动机外，也在很大程度上 取决于 机械传动机构。因此，为保证进给伺服系统的准确性，以达到较高的定位精度指标，特别要求机械机构的传动间隙小、摩擦阻尼小。为此，对进给系统的机械传动要求提出以下要求。 1）减少摩擦阻尼 2）提高传动精度和刚度 3）消除传动间隙 4）减小运动惯量 5）宽的进给调速范围 6）响应速度要快 7）稳定性好、寿命长 8）使用维护方便 10。 参考文献： 1、 祝捷数控机床复合加工的新发展 J天津职业院校联合学报， 2006， 85 2、 刘军山 复合数控机床方案设计与运动仿真分析 001， 1、 周民 复合机床篇 1、 王虎 常州信息职业技术学院学报 、 吴贵成 C 轴分度装置的设计及分析 、 郭倩 信息技术 7、 颜克辉 轴实现形式及加工对象 、 谢黎明 热特性分析 、 王淑坤 硕士学位论文 10、 熊军 人民邮电出版社， 究内容 数控车铣中心的进给系统是由数控车铣中心拖板部件及 X/Z/Y 三轴驱动机构组成 ， 其三轴驱动的伺服进给系统不仅对进给运动的速度实现自动控制，还要对刀具相对于工件的位置实现自动控制。 主要研究内容包括： 计要求， 结构部件 ，影响刚度，精度和动态性能的因素 ； 向惯量匹配的计算、转矩匹配的计算、进给力 的计算； 核计算等。对滚珠丝杠的受力、热特性等进行分析，并计算滚珠丝杠预拉伸安装的合理预拉伸量。 该部件的性能直接影响工件的加工质量和切削生产率 ,是决定机床性能和技术经济指标的重要因素 . 研究计划 研究周期与时间安排 毕业设计起止日期： 1 周 第 16 周） 第 1 周 ( 收集资料，学习有关书籍文献，参观工厂，搜集 设计过程中所要遵照的有关国家标准并进行学习第 2 周 ( 提出完成课题的基本思路和方法，暨完成该课题 所 采用的技术路线、方案，要设计和完成的任务 第 3 周 ( 完成开题报告及外文材料翻译 第 4 周 ( 完成装配图草图设计，绘制 Y 轴进给系统运 动简图 第 5周 ( 完成 转矩 ,匹配的计算和 力 ,Y 向滚珠丝杠预拉伸量的计算 第 6 周 ( 完成装配图设计 第 7 周 ( 毕业设计中期检查 第 8 周 ( 进行零件图计算机绘图 第 9 周 ( 完成零件图计算机绘图 第 10 周 ( 完成各零件及课题成本分析，完成 各零件成本及 课题成本计算 第 11 周 ( 递交论文初稿 第 12 周 ( 修改论文并定稿 第 13 周 ( 论文评审及答辩资格确定 第 14 周 ( 制作答辩 印图纸，准备答辩 第 15 周（ 毕业设计（论文）答辩 第 16 周（ 整理资料存档 特色与创新 本文特色与创新如下： (1)通过对 数控 车铣中心 Y 轴传动机构的设计，了解 Y 轴作为动力刀架的一个重要 承 单元 ， 合理优化的 设计 才能 减少机床在切削时 产生的误差，达到各方面的精度要求。 (2)通过对 进给系统 组件的研究分析， 保证足够的刚度进行加工， 提高了加工精度