铲磨床的机械结构改造设计含SW三维及10张CAD图
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1. 设计(论文)进展状况1.1 主要完成了二维工作台和主轴的结构设计以及初步计算1.2 以下是有关横向工作台的相关计算过程 横向工作台传动设计: 横向行程:60mm横向最高速度:0.5m/s横向滑台重:500N横向所承担重量为:500+500=1000N定位精度:0.5m1.2.2 滚珠丝杠的相关计算1.2.2.1初选丝杠导程设电机最高转速为:3000r/min导程: 导程初选为10mm1.2.2.2初设工作台工作情况如下:工作台工作情况分为三类:强力切削,一般切削和精切削,关于这三种工作状态下的相关参数如下所示:轴向力(N)分别为:200,150,100;进给速度(r/min):50,100,200;工作时间百分比:20%,50%,30%。工作载荷计算: (为导轨摩擦系数,取0.05,W为工作台自重)在各种切削方式下,丝杠轴向载荷为:铲磨床空载时作用在滚珠丝杠上的轴向载荷即为:则那么,当量载荷与当量当量转速为1.2.2.3 确定额定动载荷: 式中:Fm为滚珠丝杠当量载荷,为当量转速,为预期工作时间,取15000h,为精度系数,取0.9,为可靠系数,取1,为负荷系数,取1.2,则确定最小螺纹底径估算滚珠丝杠最大允许轴向变形量为定位精度,取0.5则=0.1估算滚珠丝杠的最小底径由于滚珠丝杠副的安装方式是一端固定,一端游动,所以=19.5mm式中,a为支撑方式系数,由于安装方式决定,取0.078为估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量,为导轨静摩擦力,其中L为两个固定支撑点间的距离250mm,则,取公称直径为32mm的丝杠,其丝杠底径为28mm滚珠丝杠的选择根据以上计算,预期额定载荷=1174N,丝杠公称直径为32mm,导程为10mm,则选取滚珠丝杠的型号为型滚珠丝杠。联轴器的选型联轴器是用来联接不同机构中的两根轴(主动轴和从动轴)使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。机器运转时两轴不能分离,只有机器泊车并将联接拆开后,两轴才能分离。在高速重载的动力传动中,有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成,分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。联轴器联接最大的优点是可以提高扭转刚度,传动本身无间隙,传动精度高,而且结构简单,安装调节方便,适用于中小型号数控车床。联轴器采用挠性联轴器,它能补偿因同轴度及垂直度引发的“干涉”现象。采用这种挠性联轴器把电机和丝杠连接起来,不仅可以简化结构,降低噪音,而且可以提高加工精度,从而提高生产效率。横轴所需联轴器需要联接的是电机轴经为19mm,丝杠光杆轴径为25mm,因此选择GYS型凸緣联轴器。其公称转矩为30Nm,许用转速为12000r/min,轴孔长度均为30mm,质量约为1Kg,这种联轴器刚性好,传递扭矩大,结构简单,工作可靠,维护方便,对中精度良好。本课题所选联轴器要联接电机轴径为19mm,丝杠光杆直径为25mm,所以选用GYS型凸缘联轴器。其公程转矩为30Nm,许用转速为12000r/min,两端轴孔长度均为30mm。这种联轴器刚性好,传递转矩大,结构简单,安装方便,适合检查维修,对中精度良好。1.2.3 伺服电机选型伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 1.2.3.1正常状态下电机驱动扭矩Tm 为顺向切削扭矩,为预压扭矩,为轴承扭矩,则 取198Nmm则Tm=2.4621Nm1.2.3.2 加速状态下电机驱动扭矩 式中,为电机惯性矩,为滚珠丝杠惯性矩,为负荷惯性矩,则那么,总电机扭矩为取电机安全系数为1.2,则电机安全扭矩为:根据以上计算,电机的安全扭矩为3Nm,故选用伺服电机SM80-033-30LFB,额定转速为3000r/min,最大转矩为3.3Nm,故选用该电机可行。1.2.4 导轨导轨是金属或其它材料制成的槽或脊,可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽或脊,用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨,导轨分直线导轨,丝杆导轨,园柱导轨这三种,用于直线往复运动场合,拥有比直线轴承更高的额定负载, 同时可以承担一定的扭矩,可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。 导轨的选型计算由于导轨主要承受垂直载荷(工作台重量)和水平载荷Pn(轴向力),所以计算载荷为两者的矢量和。 =1000N,Pn=200N,则 Pc(导轨)=1019N=1.019kN根据计算在和选择汉江机床厂生产的HJG-DA27CA4H12X500-3型导轨。其中HJG表示汉江滚动功能部件代号,D表示导轨产品代号,A表示导轨结构形式代号,27表示导轨副公称尺寸,C表示矩形滑块形式代号,A表示滑块安装方式为螺孔型,第一个2表示每根导轨上使用的滑块为2,H1表示预加负荷类型为轻预加负荷,第二个2表示同一平面上使用的导轨数为2,500表示导轨长度为500mm,3表示精度等级为3。导轨额定寿命的计算:式中,C为额定动载荷;Pc为计算载荷;为温度系数,取1.0;为接触系数,取0.66;为精度系数,取0.9;为载荷系数,取2.0,;为硬度系数,取1,则L=388km1.3 以下是有关纵向工作台的相关计算过程 纵向工作台传动设计: 纵向行程:500mm纵向最高速度:0.5m/s纵向滑台重:1000N纵向所承担重量为:1000+500+500=2000N定位精度:0.5m1.3.2 滚珠丝杠的相关计算 在参考传统铲磨床切削力后,对于机床x,y,z轴上的切削力分力分别取500N,500N,600N。由公式,得=1008.4N额定动载荷电机丝杠直连,传动比1:1,设电机最高转速为3000r/min,所以,初选导程为10由公式其中,k指工况系数,取1.5;Ca为额定动载荷;Fa为轴向载荷。机床工作台承重2000N,滚动导轨的摩擦系数为0.00250.005,这里取0.005。Fa为最大轴向载荷,得Fa=1675N机床使用寿命Lh取15000h由公式,其中,L=2700百万转则根据动载荷和导程选取滚珠丝杠的型号为。传动效率校核,式中,滚动摩擦系数取0.005则,即传动效率合格。联轴器的选型本课题所选联轴器要联接电机轴径为19mm,丝杠光杆直径为25mm,所以选用GYS型凸缘联轴器。其公程转矩为30Nm,许用转速为12000r/min,两端轴孔长度均为48mm。这种联轴器刚性好,传递转矩大,结构简单,安装方便,适合检查维修,对中精度良好。导轨的选型和计算Lh-寿命时间,单位为h;Ls-行程长度,单位为m;-每分钟往返次数Lh=15000h,Ls=500mm,=10所以,L=9000Km额定寿命由公式-接触系数;-硬度系数;-载荷系数;-计算载荷;-温度系数取=2000N,=0.81,=0.9,=2.0,=0.9解,得C=36.5所以,初选HJG-DA35CA4H12X1000-3型导轨。其中HJG表示汉江滚动功能部件代号,D表示导轨产品代号,A表示导轨结构形式代号,35表示导轨副公称尺寸,C表示矩形滑块形式代号,A表示滑块安装方式为螺孔型,第一个2表示每根导轨上使用的滑块为2,H1表示预加负荷类型为轻预加负荷,第二个2表示同一平面上使用的导轨数为2,1000表示导轨长度为1000mm,3表示精度等级为3。1.3.3伺服电机选型1.3.3.1正常状态下电机驱动扭矩Tm 为顺向切削扭矩,为预压扭矩,为轴承扭矩,则 Fp为轴向最大载荷,取Fp=1675N,Ph为导程,取10,=0.9 kp为预压系数,取0.1 取292Nmm所以正常情况下电机驱动扭矩为: Tm=3.52Nm2.2.3.2 加速状态下电机驱动扭矩 式中,为电机惯性矩,为滚珠丝杠惯性矩,为负荷惯性矩,则那么,总电机扭矩为取电机安全系数为1.2,则电机安全扭矩为:根据以上计算,电机的安全扭矩为4.3Nm,故选用伺服电机SM110-050-30LFB,额定转速为3000r/min,最大转矩为5Nm,故选用该电机可行。1.4 主轴的相关计算铲磨床在磨削过程中,工件抵抗砂轮磨削时产生阻力,通常机床在磨削过程中主要受到三个相互垂直方向上的分力:切向磨削力Fe径向磨削力Fp轴向磨削力Ff理论上磨削力的计算公式为: Fc-切向磨削力(N),Vc-砂轮的线速度(m/s)查机械设计手册可知:砂轮线速度为4188-6120r/min,铲车铲磨工件最小砂轮直径为65mm,最大砂轮直径为150mm。-小直径高转速砂轮线速度;-大直径低转速砂轮线速度;则,由得:取1kw-小直径高转速铲磨砂轮切向磨削力;-大直径低转速铲磨砂轮切向磨削力由磨削原理可知:径向磨削力与切向磨削力之比铲磨滚刀常用淬火钢,查表,得:=1.92.6由于工件最高转速为3000r/min,即=3000r/min则工件轴线速度:那么,根据所需转速及其功率初选伺服电机型号为。2. 存在问题及解决措施 2.1在后续的画图以及某些联接部分,可能会存在瓶颈,导致延缓工作进度,所以在后期应该抓紧时间查阅资料以及保持和导师的紧密联系。 2.2主轴负责工件的运动,所以减震以及运动的准确平缓等发面的要求可能会相对较高,所以需要在这些方面多下精力研究,以便找到更加合理简单的方式解决问题。3. 后期工作安排 任务书中有比较明确的工作安排,如下: 1012周:设计工件主轴和刀架等机构的相关零件图和装配图; 13-15周:设计数控铲磨床机械总体装配图; 1617周:整理前期资料并撰写毕业论文; 18周:提交论文并答辩。 在这些工作的基础下,用一些闲散时间多熟练掌握机械方面的知识以及相关软件。 注:1、正文:宋体小四号字,行距22磅。2、中期报告装订入毕业设计(论文)附件册。9动态仿真用的时域表面磨削模型摘要 在研磨过程中,工件的质量受机械系统静态及动态行为很大程度的影响,而机械系统是由机床、轮、夹具和工件组成的。特别的是,变化的柔软度可能会引起震动,从而使得工件的表面质量变差。为了能够提前评估加工过程中的表面质量,人们研制出了一种表面磨削的仿真模型,该模型是基于Z-buffer算法(一项处理3D物体深度信息的技术)将工件离散化。轮啮合处的体积大小是与由一个变化的特定能量提供的磨削力有关的,而这一特定的能量可以实现等量的切削厚度。该模型还能够提供需要考虑以下几方面的静态和动态研磨力组件:与切削参数相关的非线性磨削力、磨削阻尼效应、切向接触刚度以及在所有相关自由度(对于轮和工件径向及切向)上的动力学参数。在Matlab/Simulink环境下执行的时候,允许与任何给定的机械电子模型有简单的连接。平稳表面磨削力学测试已经在用于识别模型参数的商业数据磨削机床中得以实现;然后,该结论通过引入入手工轮的晃动这一例子被推广到了动态环境中。关键字:表面研磨;Z-buffer; 过程建模;研磨震动1. 介绍 在研磨动态仿真这的相关文献中提到了一些模型,这些模型的目的是表示工件和轮子之间的相对振动的影响。 在图1中是一种对于旋转滚动研磨的仿真工具,它能在时域完成动态仿真过程。在该程序中,可以用离散、等距、支撑点表示工件表面和砂轮。支撑点能够计算出工件和研磨轮接触交叉处的运行状况。 图1 工件离散化范例 图2表示的是另一个时域动态模型,它模拟的是一般磨削条件下的外圆磨削过程。此模型注重的是预测研磨振动极限以及增长率,需要考虑以下几个重要问题:沿接触长度分布的非线性力、基于表面轮廓的轮和工件之间几何参数影响、轮和工件多个自由度的机构动力学参数、由于主轴非线性运动和其他影响导致的响应延迟,还有垂直于法线方向运动的影响。 图2 采用Z-buffer计算图3表示的是磨削过程中有两个机械自由度的二维模型。这一模型主要处理的是非线性磨削接触,它侧重的是由于随机分布的颗粒产生的激励系统和不平衡性导致的轮的偏心。通过分析研磨接触动力学参数,可以模拟以及研究振动、工件表面还有在实验中的轮磨损。 图3 用于实验的机器 除了基于工件轮离散化的数字化方法以外,人们还使用了像图4图5所示的加工过程几何参数和磨削力纯分析。这些分析模型通常必须依靠很多的假设,因此限制了其普遍适用性:通常使用这些分析手段是用来了解清楚一个特定的现象,但当在实际情况中预测表面质量的时候其效果往往不足。如图5所示,作者表明了在特定切削条件下混沌振动为何能发生的。相反,在图6中,描述的是在动态不稳定情况下扭转振动的影响。在现存的大多数文献中,通常描述的都是在简单机械运动中合理的力学模型:一般情况下,这些模型旨在预测振动的影响,而不是为了在时域内复制已经有的表面光洁度。在这项工作中,研发了一个用于表面研磨的模型,该模型基于通过z-buffer算法使得工件离散化。材料损失量通过数值计算,考而且需要考虑由于振动引起的工件裂纹:振动可能是由于车轮不平衡,外部干扰,工件噪音(如果有反复重叠),或其他所有相关的自由度(径向和切向轮和工件)上动态不稳定。需要考虑以下几方面:与切削参数相关的非线性的磨削力,轮接触刚度,工件相对动力学参数。该力学模型基于特定的能量,是相对简单的,大多数符合7中描述的。不过,它可以在时间域和表面几何(包括波浪状)的振动的情况下预测磨削力演化,减少校准后的稳定磨损测试。在第二节所描述的建模方法是正确的,这其中包括计算材料损失和力学模型。在第三节中,概述了模型识别过程。旨在参数识别和模型验证的实验过程在第四节中提到。第五节是讨论观点和结论。 图4 已测值与模拟平均力的比较 图5 特定切削条件下混沌振动2. 模型描述磨削模型沿切向、径向以及周向接收轮和工件的相对位置,并且该模型能反馈回切向和径向力组件位置、车轮扭矩和实际材料去除率。离散工件通过z-buffer表示(见图1):基本上,它被认为是一个平方块段沿横向进给方向(Z)。 轮被认为是一个标准的圆盘,遵循确定干涉量的z-buffer算法。参与量在每段时间造成的相关联的瞬时材料去除率是与一个通过特定的能量表示的磨削力有关的。2.1力学模型整体磨削力分解的切线和参考系位于理想砂轮和工件之间接触点的正常组件,切方向对应于车轮切割速度和半径的法线方向,对应连接考虑轮中心的点。当在图2考虑接触区,正常和切组件被称为接触弧上的每个点:切向分量定向切削速度,而正常的组件是正交切削速度。基于后一种定义,这里的的切向力模型和正常的能量,需要移除z-buffer中每个体积元素,这是依据一个实际的具体的能量。也就是说: 在此, EC:名义上的特定能量 MRRi:相关的材料去除率,认为i体积元 Vs:车轮圆周速度 :正常和切向力组件之间的比率局部的材料去除率是通过除去的材料量除以去除材料所耗费的时间: 为了考虑摩擦和犁沟切削组件,根据文献,最实际的特定能量变化与平均每个芯片厚度相关。让hi作为好芯片厚度,减少平均每个芯片厚度,最终能量可以服从从下面的关系:C是一个考虑形状因子和密度的常量,而n描述的是实际的依赖特定能量芯片厚度指数。通常情况下,芯片厚度通过考虑名义切削几何接触长度的实际横向进给值来鉴定这就是,砂轮和工件直径之间的比率。由于研制出的模型声称可以处理任何几何接触、必须为每个体积元计算芯片厚度。对于每个体积元素芯片的平均厚度一般表达式产生如下:横向进给部分体积元素ai除以相应的时间内产生的粗磨粉。引入线性动态粗磨粉密度,体积元宽度b和离散化长度l,有: 替换等式(4)为等式(3),特定的能量表达就变成:以及2.2运算过程轮与工件的啮合状况是可以通过影响轮的z-buffer部分的减少量来判断。减少段z是用来计算每个时间段内轮和z-buffer段交叉实际z坐标值和之前数据的差值,见图2。 从z-buffer段减少开始,采用一阶近似计算元素的体积。啮合体积与梯形近似,可以从减少段开始计算,它符合: 在此: Z和Z+ 1是Z-Buffer算法中两个连续部分的减少量; Y是沿进给方向Z-Buffer的离散化; x 是沿导线方向z轴的离散化。2.3局部能量积分跟移除体积Vi 相关的作用力 fi应当作用于力的作用中心,这一中心的位置由求解平衡体积元素所决定 。为了简化计算,提出了一种近似假设:fi被认为是作用于i+ 1半径极限位置上(这一作用力与第一次的半径相关)。然后,各个投影呈现在主要的参考框架上(见图2): 此处为位于半径我i+ 1极限位置的局部参考架以及整个参考系的循环矩阵。2.4接触刚度由于是受到正常的作用力,磨粒所运动的位移可以通过一个所谓的接触刚度KC来计算,见 9 10 。在这一模型中,假定每一粒砂轮表面的磨粒是由一个单一的线性弹簧支撑,如 11 所示;然而,轮工件速度比的独立可以很容易地被改变,如 10所述。接触刚度的变化影响了实际的切削深度和,随之的还有体积元素以及相应的作用力。柔软度是由于接触压力,而接触压力应计算所有的体积元素的平均值,给出了边界条件和每个节点的同余方程组(即段极端)。本文介绍了在考虑一个近似每段为在法线方向上兼容的线性弹簧。假设横向变化引起的局部柔度可以忽略,不影响实际比能量EC,磨削力变为: 还有: 将公式(9)代入公式(8)有: 在这里理想的法向Fn的引入是用来表示无限的接触刚度得到的法线方向的作用力。2.5 输出滤波该模型只包括与机器动力学相关的振动计算相关表面缺陷(即波纹),被限制在一个给定的由于几何滤波所产生的带宽。另一方面,在较低的频率的高频动态特性对的影响是由出于长期柔软度考虑。为了避免数值不稳定的问题,由于缺少合规性术语,所以不用代表系统的响应频率高,离散第一阶低通滤波器,给出了在所有的模型输出。该滤波器常数必须选择不做任何有关加工过程,还有动态数值激发滤光片的时间:这意味着工件的离散化必须足够精细,即必须满足以下关系: 这里是应该考虑最大的机械共振,是工件速度和Y是沿z方向的速度。3 模型参数辨识模型参数的辨识一直是在“静态”的切削试验中完成 的,即可以忽略的水平振动的环境中进行的,为了简化实验鉴定程序。在这样的条件下,材料的去除速率被认为是可以由其标称值近似: 这里a为总体实际进给。然后,用方程(5)式与(1)求和和得出= N,的法向磨削力模型遵循以下表达式( 8 ,172页) 在静态条件下,模型参数K,和是基于识别的基础上,fn以及ft的平均值来鉴别的。此外,对数变换使模型的线性和符合一个简单的线性回归;利用对数方程的两个方面式(1)和式(2),得到: 超定线性系统的参数识别是可由下面式子表示: 必须指出的是,AI值给识别系统必须是实际的,也就是说名义上的反馈输入必须依从总机和轮的柔软度。为了做到这一点,以后每经过一个千分表测定实际进给(细节在下面的章节中给出)。最后,用一个最小二乘解可以找到公式(16)。4 实验活动实验运动模型参数在一个Ermando(尺寸:400 x57x127代码:7 a36ibj15)识别和验证了,其特点是有个相当大的粒度和柔软度。机器动力学在反馈和横向进给方向(Y和Z分别包括交叉处)一直是在轮毂上进行锤击试验。然后,模态参数识别已经完成使用的SDTools软件包,然后获得MIMO模型中状态空间模型导入环境。 相同的识别提供了机器静态刚度值为30 n /m。同时,砂轮和工件有限元分析确定车轮接触刚度:年轻的模块的轮与自由的频率从模态分析结果。估计接触刚度在200 N /m,即比机器的更大。然后,进行了一项实验计划,采用研磨机器参数设置规范。在表1的为参数水平。速度控制室是在开环调节液压表通过一个电位器,线转速计是用来测量实际的速度。磨削力的测量通过Kistler压电测力仪9255 b连接到一个名为DAQ(NI9215)的仪器。工件是由一块低碳钢(Fe510 - EN10027)以及或多或少相同的维度测功器(260 x210x40mm)。润滑液是SYNTILO 81 e(5%)。测试包括在单通过名义磨削参数建立的实验。创建一个参考面,每一次之前,通过一个完整的研磨,直到结束。之前和之后的每一次的Z坐标参考表面测量来推断出实际横向进给必要的识别过程。4.1识别结果 第三节中概述的方法应用于确定模型参数,得到的值在表2: 模拟和实验结果之间的比较是图4中所示的。意味着力量的相对误差值在一些实验里达到了25%。必须注意到,强迫行为有时指的是异常弯曲形状:一个可能的解释的现象是工件不合规,沿着工件可能不同长度;对此将开展进一步的调查来支持这种说法。 4.2 动态情况下验证模型进行验证的动态磨削,即在振动开始。在切割测试期间人为引入车轮不平衡为了引起切削振动:不平衡测试的三个值:80/160/240m。相同的干扰模拟了模型获得在切向和径向方向相关的力输出。图5是例子所示的结果。整体动态组件测量力高于模拟的,这个是由于不可避免的测量噪声和其他被忽视的来源。 另一方面,由于滤波效果,低频谐波表示为表面质量最关键的。基于这样的假设,一个低通滤波器40赫兹一直应用于原始力信号,只是为了保持相关的光谱能量:在这种情况下,模拟测量力匹配很好。 5 讨论和结论提出了动态仿真磨削模型能够预测的平均水平,以及动态组件(模仿机动态)。该模型的特点是:再造磨削过程不稳定相关机床加工动态交互(即颤振);工件表面光洁度的图形表示,与真正的宏观形直接可比;简单的可利用性是适用在一个集成机械电子仿真环境包括任何可能的机床(驱动器)动力学中;未来实验将进行针对提高模型的预测能力不稳定,因为轮再生(轮磨损建模)和其他类型的不稳定。这是由于依赖非线性力场(如模式耦合不稳定性等)。后来的实验也将在力学模型中考虑随机特性的影响,这是为了鉴定磨粒子工件干涉。12答辩暨综合评分表学生姓名学号班级院(系)专业指导教师设计(论文)题目铲磨床的机械结构改造设计序号评 审 项 目指 标满分1设计质量所选研究方案先进、适当,技术路线严密;掌握技术资料准确,措施得当,方案得到较好执行,设计成果符合任务要求;具有扎实的专业知识基础,能应用所学的基础理论与专业知识独立分析和解决实际问题;工作量饱满,软件、硬件设计满足要求,所得结论具有应用或参考价值,工作中有创新意识。302内容阐述阐述论文内容思路清新,语言表达准确, 概念清楚,重点突出;方法正确,论据充分,分析归纳合理。303答辩情况回答问题有理论依据,基本概念清楚。主要问题回答准确、深入。204规范性准备工作充分,文件、资料、图纸齐全,符合规范要求,态度端正。20总 分 结论: 答辩成绩: 答辩委员会(小组)负责人: 成 员:年 月 日设计(论文)综合成绩: 系(教研室)负责人签名: 年 月 日 毕III-3注:本表装订入毕业设计(论文)附件册中。评阅教师评分表学生姓名学号班 级院(系)专业指导教师设计(论文)题目铲磨床的机械结构改造设计序号评审项目指 标满分1选 题体现专业内容;具有实际或理论意义;难易程度合适。102工 作 量完成任务书规定的内容,工作量饱满。 103业务能力与水平有收集、综合和正确利用各种信息并获取新知识的能力。能应用所学的基础理论与专业知识,分析和解决实际问题,完成了任务书规定的任务,软件、硬件设计满足要求,所得结论具有应用或参考价值,工作中有创新意识。304论文质量条理清晰,结构严谨;文笔流畅,语言通顺;方法正确,分析、论证充分;设计、计算正确,工艺可行,设计图纸质量高,标准使用规范;专业名词术语准确。305规 范 化技术材料齐全,论文撰写符合规范要求。106外语水平翻译准确,语句通顺,译文工作量符合任务要求;英文摘要写作水平高。10 总 分 评语:结论: 同意按期答辩 延期答辩 不同意答辩评阅人 : 年 月 日注:1 指导教师在相应项目方框内划“”。2 本表装订入毕业设计(论文)附件册中。毕III-21、毕业设计(论文)综述(题目背景、国内外相关研究情况及研究意义)1.1、题目背景普通机床是我国制造业使用最多的一种传统式机床,其中大多数的服役年龄较长,设备陈旧落后。现代工业飞速发展,普通机床已不能满足现代加工精度及提高劳动生产率的要求。集微电子技术、计算机技术、机械技术于一体的数控机床的出现,使零件加工精度提高,产品制造周期缩短,且改善了工作环境,大大提高了劳动生产率,因而越来越受到各生产企业的重视,是制造业现代化的必然趋势。全部淘汰这些旧机床而采用新型的数控机床,不仅所需资金太大,而且会造成原有设备的闲置和浪费,不符合我国的国情。再制造工程是解决资源浪费、环境污染和废旧装备翻新的最佳方法和途径,是符合国家可持续发展战略的一项绿色系统工程。它是以产品全生命周期设计和管理为指导,以使废旧产品实现性能跨越式提升为目标,以优质、高效、节能、节材、环保为准则,以先进技术和产业化生产为手段,对废旧产品进行修复和改造的一系列技术措施或工程活动的总称。1.2、国内外相关研究情况工具磨床自1889年美国辛辛那提公司开始制造以来,发展一直比较缓慢。直至上世纪7080年代,为适应刀具、模具及切削加工的要求,以及全球制造业的发展,刀具刃磨才受到极大重视,工具磨床进入一个快速发展阶段。进入21世纪后,刀具的要求不仅在需求量上急剧上升,而且刃形复杂、精密度高的刃具要求也日益增多。高精度合金刀具的出现和广泛应用,将数控工具磨床推到刀具制造的最前沿,也改变了传统的磨削工艺过程。数控工具磨床一般采用世界先进的数据电气控制软件系统、精密导轨与丝杆运动系统、精密光栅和伺服电机反馈定位系统等先进模块设计,因此,这些数控工具磨床都具备高精密的磨削运动控制技术,都配有功能强大的3D加工模拟软件,用户可以根据自己的刀具结构和参数设计要求在线模拟出想要加工的刀具形状。各种工具磨床为刀具制造厂提供了很好的选择空间,用户可根据自己的产品加工特点和生产规模选择合适的工具磨床。近些年来许多发达国家,围绕数控工具磨床及刀具的数控刃磨技术进行了大量的研究。在国内,许多企业、高等院校和科研院所也对工具磨床技术进行了一些相关的研究。湖南大学与长沙第五机床厂共同推出了MK6340/3型数控群钻磨床,华中理工大学开发了MK60304四轴联动数控万能工具磨床,北京航空航天大学研制出了CNC6DG六轴钻头刃磨机床。概括起来,目前刀具制造用的工具磨床主要分为两大类,一类是国内外简易手动多功能专用磨床,手动专用工具磨床的特点是结构简单操作方便,主要应用于非标专用刀具的生产和手工刀具修磨;另一类是进口的五轴、六轴联动数控工具磨床。1.3、研究意义以加工生产齿轮刀具企业为例,他们用的滚刀时普遍采用的是C8955、CW8925A型滚刀铲齿车床,这种老式的滚刀铲齿车床使得滚刀的加工装备水平整体落后,滚刀的加工精度完全取决于操作工人的技能和经验;在每个铲程的来回都产生了很大的振动,即使对于安装有液压缓冲机构的CW8925A精度较高型的滚刀铲齿车床来说,整个车床的振动还是很大,严重的影响了滚刀的加工精度,并伴随着振动产生了很大的噪声,恶化了生产环境。此外,铲磨滚刀用的砂轮截型的修整,也只能够凭操作工人的技能和经验去完成,滚刀的加工精度很难得到保证;即使采用砂轮的离线修整可以获得较高的砂轮修整精度,但车床不得不因为砂轮的拆卸修整而停机,很大程度上也影响了加工的效率。由于以上多种原因使得滚刀的加工精度和效率仍得不到明显提高,制约了工具制造企业的发展。数控加工技术作为一种高新技术,是人们用来提高产品加工质量和加工效率的重要技术。大力发展和推广应用数控技术,用数控技术改造传统产业,是提高产业竞争力的重要手段。基于设备数控化再制造思想,对企业现有的滚刀铲齿车床进行数控化再制造,它不仅解决了复杂高精度滚刀的加工问题,也增量盘活了现有滚刀铲齿车床,具有较为重要的循环经济效益和应用价值。机床数控化再制造的意义还在于:能充分利用旧设备资源,以极小的代价获得性能先进的数控机床,提高加工效率和加工质量;可全面提升企业现有机床性能,有效提高企业加工制造能力。同时,可大量节省在铸造、切削加工时所消耗的能源,并减少对环境的污染。磨床是一类量大面广的机床装备,在我国广大工具制造企业中应用非常广泛,主要用于零件的精密加工。滚刀是一种加工齿轮的刀具,决定着齿轮的加工精度,因此对滚刀的加工精度要求很高。滚刀铲齿车床作为一种铲磨床,主要用于滚刀的精密铲磨加工。但当前我国广大工具制造企业大量使用的现有滚刀铲齿车床大多陈旧、老化,效率低、精度低、能耗高及加工功能单一,且众多加工方式处于手动、半自动化阶段的滚刀铲齿车床大量闲置,不能发挥其应有效用的同时也造成了资源的浪费。因此,本研究既有明显的经济效益,又有显著的社会效益,它对提高我国工具制造业的市场竞争力有着重要的实用意义和理论意义。2、本课题研究的主要内容、机械结构的运动原理和研究方案的初步确立2.1、主要内容 1、铲磨床的机械结构设计以及数控化改造 2、力学分析 3、运动学分析 2.2、机械结构的运动原理 图2-1 滚刀加工原理图滚刀的铲齿是由工件主轴回转机构、工作台纵向移动机构、工作台横向移动机构这三部分所形成的三种空间运动合成获得的。即滚刀的刀坯转动、铲磨砂轮的纵向运动及铲磨砂轮在铲磨切削加工中的横向往复运动。在滚刀铲磨加工中配合滚刀刀坯的旋转,滚刀铲齿车床的大托板需做轴向运动,以便形成基本蜗杆的导程为的螺旋面。与此同时,滚刀铲齿车床上的小托板由凸轮驱动做附加的径向运动,这样就可以加工出所需要的滚刀。2.3、研究方案的初步确立根据滚刀铲磨加工所需的基本运动,车床本体运动机构再制造后的结构如图下图所示,由床身、工作台、主轴箱、头架、尾座、砂轮磨头组件、砂轮修整组件等主要基础部件组成。工件(滚刀)由头架和尾座支撑,被安置在车床工作台上,由头架驱动实现工件(滚刀)的旋转(A轴);工作台由原溜板箱驱动以相对于车床床身作纵向进给运动(X轴),由独立的电机驱动以相对于车床床身作横向进给运动(Z轴);砂轮磨头组件位于中拖板的立柱之上,可相对于工件(滚刀)作径向进给运动;砂轮修整组件也安装于中拖板的立柱之上,由独立的电机驱动(包括U轴和W轴),可随中拖板作往复运动,修整轮(D轴)安装于砂轮修整组件上,其回转轴线与砂轮(C轴)回转轴线始终平行,砂轮磨头组件和砂轮修整组件一起做滚刀螺旋角的调节运动(B轴)。图2-2 车床本体运动机构再制造后的结构示意图3、本课题研究的重点及难点,前期已开展工作3.1、研究的重点及难点 1、研究的重点:铲磨床的三轴联动的相关设计、各级零部件的选择、相关零件和机构的重新设计改造以及最重要的数控化改造方案的确立。2、 研究的难点:铲磨床的整体结构方案的确立,相关参数的校核计算,以及零件图的绘制工作。3.2、前期已开展工作 前期主要通过搜集资料来了解此课题的研究内容以及对于课题的认识,并开展进一步的设计工作。4、 完成本课题的工作方案及进度计划13周:查阅相关资料并分析铲磨床的加工过程和主要运动关系,初步提出1-2种设计方案,并撰写开题报告; 46周:方案论证,确定总体设计方案并提出每个运动机构的设计方案; 79周:具体设计横向和纵向进给机构的相关零件图和装配图; 1012周:设计工件主轴和刀架等机构的相关零件图和装配图; 13-15周:设计数控铲磨床机械总体装配图; 1617周:整理前期资料并撰写毕业论文; 18周:提交论文并答辩。 5、参考文献1周延佑.国产数控系统特点和机床数控化改造的迫切性J .制造技术与机床,1999, (6):69.2俞圣梅.机床数控化改造概述J .制造技术与机床,1999,(9):4749.3朱心红.PC平台开放式数控系统前景展望J.机械制造,2002,40(10):2527.4李佳特.数控技术的现状、发展趋势J.世界制造技术与装备市场,2001,(1):3437.5沈秀莲.国外工具磨床发展现状J.工具技术,1994,(12):3036.6李昌琪译.工具和刀具磨床的新发展J.世界制造技术与装备市场,2002,(6):4648.7徐国棋.铲齿车床结构的改进J.机械工程师,1995,(3):27. 8C8955铲磨床说明书S,大连机床厂,1988:l一87. 9 Riddiford R. CNC tool grindingJ. Cutting Tool Engineering,2001,53(12):4447. 10江琦.机床改造的必要性及其改造方法J.中国机械资讯网.20051219:14.11 Kaiser Russell.Facts about grindingJ.Manufacturing Engineering,2000,125(3):78,8085. 12罗永顺.机床数控化改造实例M.北京:机械工业出版社,2010. 13王润孝.数控机床原理及应用M.陕西:西北工业大学出版社,2003. 14林宋.现代数控机床M.北京:化学工业出版社,2003.15成大先,机械设计手册,机械传动,北京:化学工业出版社.2004.(11):349.16Accessory 34AA USER MANUALJ.DELTA TAU Data Systems,Inc 2004.题目申报、审核表(理工)(2013 2014 学年)指导教师职 称单位毕业设计(论文)题目铲磨床的机械结构改造设计题目类型*工程设计题目来源科研 说明: 适用专业机械设计制造及其自动化完成地点西安工业大学是否重复否1 选题背景(题目的意义与价值分析)。铲磨床是滚刀、成型铣刀等复杂刀具的精加工机床。传统铲磨床主要由主轴系统、螺距系统、槽数系统、差动系统、凸轮系统几部分组成。其中,槽数系统、差动系统、凸轮系统完成铲背运动,螺距系统完成螺旋运动。其结构复杂、自动化程度低、工人劳动强度大,精度下降且早已停产,所以对传统铲磨床进行数控改造具有重要意义。本课题旨在设计数控铲磨床的三轴联动机械结构,对滚刀进行铲磨加工。2 题目的基本要求及主要研究内容简介。1)在分析铲磨床的加工过程和主要运动的基础上,提出其机械结构的总体设计方案;2)根据给定参数,设计工件主轴、横向和纵向进给机构、刀架等的机械零件图;3)设计机床总体装配图。3 对学生的知识、技能要求;完成本题目已具备条件,尚需要哪些条件? 要求学生对数控技术、电气伺服驱动、机电一体化系统设计、机械设计基础等课程内容有较好地掌握,并在本专业有一定的独立工作能力。有一些前期的研究成果可供参考,还需要进行调研、搜集相关资料。4教研室(系)审查意见:教研室(系)主任(签字): 年 月 日5院(系)毕业设计(论文)工作领导小组审核意见: 院(系)主管领导(签字): 年 月 日*注:1题目类型指工程设计科学实验软件开发理论研究综合,题目来源指科研生产实际自拟其它。若题目来源于教师的科研项目,请在“说明”处填写科研项目名称;若来源于生产/社会实际,请写明题目来源单位;若为其他,写明具体来源。2此表由各院(系)自行归档。任务书院(系) 专业 班 姓名 学号 1.毕业设计(论文)题目: 铲磨床的机械结构改造设计 2.题目背景和意义:铲磨床是滚刀、成型铣刀等复杂刀具的精加工机床。目前大多数刀具生产企业仍然在使用传统的8925或8955铲磨床,传统铲磨床主要由主轴系统、螺距系统、槽数系统、差动系统、凸轮系统几部分组成。其中,槽数系统、差动系统、凸轮系统完成铲背运动,螺距系统完成螺旋运动。其结构复杂、自动化程度低、工人劳动强度大,精度下降且早已停产,所以对传统铲磨床进行数控改造具有重要意义。本课题旨在设计数控铲磨床的三轴联动机械结构,对滚刀进行铲磨加工。 3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标): 1)在分析铲磨床的加工过程和主要运动的基础上,提出其机械结构的总体设计方案;2)根据以下参数:纵向行程500mm,横向行程60mm,工件轴最高转速3000r/min, 纵横向最高速度:0.5m/s,纵向滑台重1000N, 横向滑台重500N,磨头架重500N,磨头架可以在纵横向滑板的带动下运动,纵向和横向定位精度不大于0.5um, 工件轴定位分辨率达到1um。设计工件轴、横向和纵向进给机构,主轴、刀架等的机械零件图; 3)设计机床三轴联动系统装配图。 4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点): 13周:查阅相关资料并分析铲磨床的加工过程和主要运动关系,初步提出1-2种设计方案,并撰写开题报告; 46周:方案论证,确定总体设计方案并提出每个运动机构的设计方案。 79周:具体设计横向和纵向进给机构的相关零件图和装配图; 1012周:设计工件主轴和刀架等机构的相关零件图和装配图; 13-15周:设计数控铲磨床机械总体装配图; 1617周:整理前期资料并撰写毕业论文; 18周:提交论文并答辩。 5.毕业设计(论文)的工作量要求 实验(时数)*或实习(天数): 3周 图纸(幅面和张数)*: 机械设计工作量不少于折合A0图纸3张(不包括示意图) 其他要求: 论文字数不少于1.5万;参考文献不少于18篇;译文的汉字数不少于3000。 指导教师签名: 年 月 日 学生签名: 年 月 日 系(教研室)主任审批: 年 月 日
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