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開題報告
題目名稱
立式數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
題目來源
題目類型
導(dǎo)師姓名
學(xué)生姓名
班級學(xué)號
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)加工的自動化，而且是柔性自動化，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)；擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時間無人看管加工。
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)和自動編程系統(tǒng)等。同時，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)計為立式數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，它是數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動部分的核心。通過改造，大大改善了機(jī)床的加工性能：自動化程度提高，減輕操作者的勞動強(qiáng)度，改善了勞動條件；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)和自動編程系統(tǒng)等。同時，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)計之路。
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計一般指對普通機(jī)床其某些部位做一定的設(shè)計，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。
所有這些目的都圍繞提高機(jī)床的性能價格比，用較少的價格，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)計具有以下優(yōu)點(diǎn)：易于對現(xiàn)有機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動化，而且專業(yè)性強(qiáng)，沒有多余功能；減少輔助加工時間，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)動設(shè)計
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，擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖；確定傳動副的傳動比以及齒輪的齒數(shù)并計算轉(zhuǎn)速誤差。
（2）動力設(shè)計
確定電動機(jī)的功率；計算傳動件的計算載荷及其尺寸，驗(yàn)算主要傳動件的應(yīng)力、變形或壽命是否在允許范圍內(nèi)。
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計
傳動軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸組件、箱體、操作機(jī)構(gòu)、制動裝置、潤滑裝置等的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計。
以上三方面內(nèi)容要具體地體現(xiàn)在設(shè)計圖紙和設(shè)計說明書上。
課題研究方案：
數(shù)控機(jī)床需要自動換刀、自動變速；且在切削不同直徑的階梯軸，曲線螺旋面和端面時，需要切削直徑的變化,主軸必須通過自動變速，以維持切削速度基本恒定。這些自動變速又是無級變速，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)速電動機(jī)作為驅(qū)動源的電氣無級變速。由于數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動的調(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，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)動方案如圖2.1：
有級變速的自動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、活塞桿帶動撥叉推動滑移齒輪移動來實(shí)現(xiàn)變速，雙聯(lián)滑移齒輪用一個液壓缸，而三聯(lián)滑移齒輪則必須使用兩個液壓缸（差動油缸）實(shí)現(xiàn)三位移動。液壓撥叉變速是一種有效的方法，工作平穩(wěn)，易實(shí)現(xiàn)自動化。但變速時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轉(zhuǎn)換成電磁閥的機(jī)械動作，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)動的元件，由于它便于實(shí)現(xiàn)自動操作，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)床的主傳動時，能簡化變速機(jī)構(gòu)，操作方便。通過若干個安裝在各傳動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)計參考資料、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，以便設(shè)計時參考應(yīng)用。
2.擬定設(shè)計方案（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)、傳動機(jī)構(gòu)、零部件機(jī)構(gòu)設(shè)計等進(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)動參數(shù)
結(jié)合參考資料和同類機(jī)床的運(yùn)動參數(shù)作出分析比較，對設(shè)計任務(wù)書中未給出的運(yùn)動參數(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)動設(shè)計
根據(jù)已定參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動設(shè)計，同時考慮某些結(jié)構(gòu)方面的問題。
3. 動力計算及傳動零件的計算（2016.03.16-2016.03.25）
確定機(jī)床功率，傳動帶的計算和選定，傳動軸徑的計算，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。
4.技術(shù)設(shè)計（2016.03.26-2016.03.31）
繪制部件裝配圖和進(jìn)行零件的計算和核算。
5.零件工作圖設(shè)計(2016.04.01-2016.04.15)
設(shè)計及繪制出正確的零件工作圖。
6.編寫設(shè)計計算說明書（2016.04.16-2016.04.20）
分三稿完成.
7.整理設(shè)計計算說明書（2016.04.21-2016.05.04）
在前三稿修改的基礎(chǔ)上全面整理設(shè)計計算說明書，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)計手冊 上/下冊 機(jī)床設(shè)計手冊編寫組 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2006
[3]機(jī)械設(shè)計圖冊 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 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 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 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)計課程設(shè)計∕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∕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∕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∕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； 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）。
開題報告內(nèi)容使用宋體小四字號。
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； 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）。
開題報告內(nèi)容使用宋體小四字號。