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南京工程學院
工 業(yè) 中 心
本科畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目：車銑復合加工機床W軸進給
機構設計
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級： D機加工122 學 號：231120412
學生姓名： 耿成超
指導教師： 劉桂芝、卞榮
2016年 3月 11 日
本科畢業(yè)設計(論文)開題報告
學生姓名
耿成超
學 號
231120412
專 業(yè)
機械設計制造
及其自動化
指導教師姓名
劉桂芝、卞榮
職 稱
研究員級高級工程師、講師
所在院系
工業(yè)中心
課題來源
D、自擬課題
課題性質
A、工程設計
課題名稱
車銑復合加工機床W軸進給機構設計
畢業(yè)設計
內容和意義?
采用比較法，文獻分析法對車銑復合加工機床W軸進給機構課題進行分析與研究，畢業(yè)設計的具體內容：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、機械制圖
CAD繪制數(shù)控可編程尾架傳動機構設計裝配圖0號圖 1張，繪制其它零件CAD圖紙，CAD圖紙折合0號1.5張。
2、設計計算
傳動機構慣量匹配的計算，傳動機構進給力的計算。
3、技術經濟分析
各零件成本分析，課題成本計算。
本課題研究的意義：
1、車銑復合加工機床的意義：通過一次裝夾零件完成多種加工工序，縮短了加工時間，提高了加工精度，因而受到用戶的歡迎。數(shù)控車銑復合機床是復合加工機床的一種主要機型，通常是在數(shù)控車床上實現(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合功能，能夠實現(xiàn)一次裝夾、全部完工的加工理念。
2、W軸進給機構的意義：車銑復合加工機床實現(xiàn)第二主軸軸向的運動執(zhí)行機構。該驅動伺服進給系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)機床第二主軸的軸向進給，還要實現(xiàn)進給運動的速度自動控制，保證機床第二主軸的準確定位。
3、通過分析與研究使自己了解到W軸進給機構的重要性，W軸進給軸作為第二主軸的進給機構對于整個進給系統(tǒng)來講，是不可缺少的一個組成部分。
4、通過本次課題設計，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，對我自己四年專業(yè)學習是一個很大的提高。
英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼
文獻綜述
數(shù)控機床的發(fā)展背景與趨勢：
現(xiàn)狀：我國數(shù)控機床的研制工作起步比較晚，于1958年由清華大學和北京第一機床廠合作研制了我國第一臺數(shù)控銑床，并于1958年開始試制成功第一臺電子管數(shù)控機床。1965 年開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到20 世紀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CNC系統(tǒng)，對各種機、電、液、氣等基礎原件進行合作生產，極大地提高了產品的質量[1]?？傮w來說，從1958年研制出第一臺數(shù)控機床到現(xiàn)在，我國數(shù)控機床的發(fā)展大體可以分為三個階段：1958至1979年為第一階段，在這一階段內我國受到西方國家的封鎖和國內環(huán)境的影響，數(shù)控機床的發(fā)展采用的是封閉式摸索前進，數(shù)控機床的一些關鍵技術，如電、氣、液等核心技術達不到可靠性要求，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，積極引進國外的先進數(shù)控技術，利用國外的先進產品配置和技術，期間我國的數(shù)控機床取得了長足的發(fā)展，逐漸縮小與國外先進國家的差距，但總體來說，這個階段屬于我國的仿制時期，自主研發(fā)的產品占少數(shù)；1996年至今為第三階段，我國實施產業(yè)化的戰(zhàn)略，控機床進入自主研發(fā)的時期，數(shù)控機床的產值比重也逐漸增大，數(shù)控機床無論從數(shù)量上還是在質量上都取得了較大的進步，某些核心的關鍵技術已經接近或者領先于世界水平[2]。
趨勢：20世紀90年代開始，我國數(shù)控機床系統(tǒng)完成了16位機向32機位轉變，伺服驅動從直流向交流全數(shù)字式轉化，系統(tǒng)體系結構從封閉向開放轉變，控制系統(tǒng)由專用計算機向通用計算機轉變，加快了數(shù)控機床技術前進的步伐，具體來說數(shù)控機床會朝著高速化、精密與超精密化、開放化、技術集成化與技術復合化、智能化幾個方向發(fā)展[3]。
本課題主要研究車銑復合加工機床W軸進給機構設計，進給系統(tǒng)的精度、靈敏度、穩(wěn)定性直接影響數(shù)控機床的定位和輪廓加工精度。從車銑復合加工機床的進給系統(tǒng)是由復合加工機床的C軸、拖板部件的X/Z兩軸驅動機構及第二主軸軸向進給W軸驅動機構組成，是車銑復合加工機床實現(xiàn)第二主軸軸向的運動執(zhí)行機構。該驅動伺服進給系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)機床第二主軸的軸向進給，還要實現(xiàn)進給運動的速度自動控制，保證機床第二主軸的準確定位。從系統(tǒng)控制的角度看，決定進給系統(tǒng)性能的主要因素有系統(tǒng)的剛度、慣量、精度和動特性等[4]。傳動系統(tǒng)的剛度和慣量，直接影響到進給系統(tǒng)的切削能力和加減速性能；穩(wěn)定性和靈敏度；傳動部件的精度與系統(tǒng)的動態(tài)特性，決定了機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。
英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼
文獻綜述
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，當驅動電動機的加減速轉矩不變時，進給系統(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效率高、磨損小、運動平穩(wěn)等特點，在機床中得到了廣泛的應用[5]。滾珠絲杠作為數(shù)控機床進給系統(tǒng)的重要元件，其性能直接影響了進給系統(tǒng)的定位精度。滾珠絲杠的剛度是造成進給系統(tǒng)失動的重要因素，因此需要對滾珠絲杠進行剛度分析，以獲得最大失動量，為進給系統(tǒng)的機構設計和定位精度提高提供依據。
慣量：
當驅動電動機的加減速轉矩不變時，進給系統(tǒng)的慣量直接決定了系統(tǒng)的加速度。數(shù)控機床是一種高效加工設備，它對進給系統(tǒng)的快速性要求較高，特別對于高速加工機床，為了在有限的行程內，使得運動軸達到每分鐘數(shù)十米、甚至上百米的高速，進給系統(tǒng)的加減速需要達到或超過1g（9.8m/s2），因此，在滿足系統(tǒng)剛度的前提下，其傳動部件應盡可能減輕重量、縮小直徑，以降低慣量、加高快速性。
間隙：
傳動部件的間隙會影響系統(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系統(tǒng)的間隙。滾珠絲杠螺母副和支承軸承的預緊是消除傳動系統(tǒng)間隙的常用措施，大部分傳動部件的消隙措施都會增加系統(tǒng)的摩擦阻力、引發(fā)發(fā)熱、甚至影響傳動部件的使用壽命[6]。
摩擦：
進給系統(tǒng)的摩擦阻力不但會降低傳動效率、導致發(fā)熱；且還直接影響系統(tǒng)快速性。此外，由于動、靜摩擦系數(shù)的變化，可能會導致傳動部件的彈性變形而產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態(tài)不穩(wěn)定[7]。
通過對進給系統(tǒng)中出現(xiàn)的幾個問題進行分析與探討，并提出如下解決方法：
1、提高滾珠絲杠進給系統(tǒng)機械剛度的措施：
滾珠絲杠副的傳動剛度與滾珠絲杠副的結構和軸承的結構及布置、預緊力大小有關。因此，要提高滾珠絲杠進給系統(tǒng)的剛度主要從以下方面著手：
（1）當減小滾珠直徑 ；
（2）適當加大螺旋升角；
（3）施加合適的預緊力；
（4）改進滾珠循環(huán)；
（5）進一步提高滾珠絲杠螺母副的加工精度；
（6）從根本上改進機床進給系統(tǒng)的結構，合理布置支承形式，采用新型結構設計機床[8]。
文獻綜述
2、減小慣量對進給系統(tǒng)的影響：
數(shù)控機床是以在自動加工中實現(xiàn)精確的運動精度和高性能穩(wěn)定性為其主要特征的，進給傳動系統(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，所以應選擇較小的慣量[9]。實踐和經驗表明，在當今數(shù)控機床進給系統(tǒng)設計中，對于提高固有頻率、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)，確保較小的機械傳動慣量，從而保證進給傳動系統(tǒng)具有較大的固有頻率。
（2）不再采用低固有頻率的傳動機構，而普遍采用高剛性、低摩擦系數(shù)的傳動機構。
（3）當今數(shù)控機床伺服系統(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)本身設有自動測試共振點的功能，并設置有多個對應不同頻率的抑制共振的濾波器，通過電氣調節(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緊等方式。
4、減小摩擦的措施：
需要配套減少對部件之間的摩擦有助于提高系統(tǒng)的傳動精度和定位精度，進給系統(tǒng)部件必須有良好的防護措施，以避免灰塵或切屑、冷卻液的進入。
總結：
一個良好的進給系統(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，提高進給系統(tǒng)的加速精度；消除間隙會提高進給系統(tǒng)的定位精度和動態(tài)穩(wěn)定性；部件之間的潤滑可減少系統(tǒng)摩擦阻力，提高運動精度，避免低速爬行。
文獻總素
參考文獻：
[1]廖朝洋,董大華.CKD6183數(shù)控車銑復合機床的設計.數(shù)控技術與應用[A].2011
[2]吳南星，胡如夫，孫慶鴻．數(shù)控車床絲杠進給系統(tǒng)剛度對定位精度的影響［Ｊ］．中國工程科學，２００４，９６（９）：４６－４８．
[3] 徐灝主編.機械設計手冊 .北京：機械工業(yè)出版社 1992.1
[4]機床設計手冊編寫組主編 .機床設計手冊.第三卷部件機構及總體設計
[5]龔仲華.現(xiàn)代數(shù)控機床設計典例.機械工業(yè)出版社，2014.2：50-51
[6]吳南星，胡如夫，孫慶鴻．數(shù)控車床絲杠進給系統(tǒng)剛度對定位精度的影響[J]．中國工程科學，2004，6(9)：46—49．
[7]黃祖堯．精密滾珠絲杠副實現(xiàn)高速化的前景[J]．制造技術與機床，2001(3)：5—7．
[8]張伯霖，黃曉明，范夢吾．高速數(shù)控機床三種進給系統(tǒng)的分析與評價[J]．產品與技術，2003，2(4)：88—92．
[9]黃祖堯．精密高速滾珠絲杠副的最新發(fā)展及其應用[J]．航空制造技術，2003(4)：36—40．
[10]張政潑.數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的慣量分析和校核[A].裝備制造技術，2010:37-38.
研究內容
解決車銑復合加工機床W軸進給機構存在的問題：
在剛度方面：如果進給傳動部件的剛度不足，必將會產生彈性變形，影響系統(tǒng)的加工精度、穩(wěn)定性和快速性。
在慣量方面：車銑復合加工機床是一種高效的加工設備，它對進給系統(tǒng)的快速性要求較高，特別對于高速加工機床，為了在有效的行程內，使得運動軸達到每分鐘數(shù)十米、甚至上百米的高速，進給系統(tǒng)的加減速需要達到要求。
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)的動態(tài)穩(wěn)定性，因此，必須采取有效的措施以消除進給系統(tǒng)的間隙。
在摩擦方面：摩擦阻力不但會降低傳動效率、導致發(fā)熱；而且還直接影響系統(tǒng)快速性。
研究計劃
研究周期與時間安排
第1周 (2.22-2.26) 收集資料，學習有關書籍文獻，參觀工廠，搜集設計過程
中所要遵照的有關國家標準并進行學習
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，要設計和完成的任務
第3周 (3.07-3.11） 完成開題報告及外文材料翻譯
第4周 (3.14-3.18) 完成裝配圖草圖設計，繪制進給系統(tǒng)運動簡圖
第5周 (3.21-3.25) 完成傳動機構慣量匹配的計算、完成傳動機構進給力的計算
第6周 (3.28-4.01) 完成裝配圖設計
第7周 (4.04-4.08） 設計畢業(yè)設計中期檢查
第8周 (4.11-4.15） 進行零件圖計算機繪圖
第9周 (4.18-4.22） 完成零件圖計算機繪圖
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)設計（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、 進給傳動系統(tǒng)加大絲杠的直徑，對絲杠進行預拉伸，對絲杠螺母副、支承部件進行預緊，以提高剛度并消除間隙。
2、 經過慣量匹配計算，來降低慣量，提高了進給系統(tǒng)的快速響應性。
3、 由于滾動滾珠絲杠、軸承、導軌，良好的潤滑使本課題具有良好定位精度和高靈敏度。
指導教師
意 見
指導教師簽名：
2016年 月 日
分中心意見
中心意見
分中心主任簽名：
年 月 日
教學主任簽名：
年 月 日