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开题报告包括综述、关键技术、可行性分析和时间安排等四个方面 。不了解的同学也可以从这些方面下手。
论 文 题 目： 垂 向 数 控 滑 台 设 计
【英 文】： Droop numerical control machine slippery
系 部：机电与建筑工程学部
专 业：机械设计制造及其自动化
姓 名： 鄢 长 雨
学 号： 200803010413
指 导 老 师： 范 超 毅
2012年 4
月 3 日
1. 选题的背景与意义
1.1选题的背景
制造业是国民经济各部门科学技术进步的基础，机械加工装备直接制约了机械零件的发展。加工精度，产品质量，生产效率等一系列的因素都和机械加工装备有着直接联系。而机械加工机床的不断发展也依赖于进给系统的不断发展，其中机械系统的稳定性，传动精度是机械零件制造的精度基础机床进给系统的多轴联动技术是机械零件多样性，复杂性的基础。传动系统的速度与切削加工时的稳定性更是促进了生产效率的提高。而机床技术的发展在很大程度上也依赖于制造业技术的进步，机械零件精度的不断提高。工程材料的不断进步，计算机科学的不断发展。
水平控制滑台是数控机床的水平方向的进给传动系统连接滑台做走向进给运动的装置。主要由传动装置(伺服电动机，齿轮、带或直连等方式连接丝杆)，滚珠丝杠螺母副，导轨与滑台三个主要部分组成。机床在工作时，滑台运动控制x方向或者y方向的进给运动，使工件在所要求的方向进行切削加工。因此，滑台部分是数控机床最主要的部分之一，在加工装备中也是最基础的部分。本设计的主要任务：水平控制滑台的研究与设计。
1.2 选题的意义
水平控制滑台设计是全面地综合的运用有关专业课程的理论和实践知识进行机械传动系统设计的一次重要实践，通过该毕业设计，综合所学专业知识，熟练的利用机械设计的基本理论知识和数控技术有机床结构的有关知识，正确的解决了伺服电动机的同步带传动，滑台与导轨的定位与装配，滚珠丝杠螺母副的装配与承载等问题。培养了分析问题与解决问题的能力，加深了对课本知识的理解，了解了机床的基本结构，强化了对CAD等计算机辅助制图软件的运用技能，并对设计实习有了一定的感性认识。在设计中，通过对遇到的各种问题的不断解决，促进了对机械制造业的不断认识，增强了对振兴我国制造业的使命感，对数控机床领域产生了浓厚兴趣。通过设计的系统训练，培养了理论联系实际的设计思想，学会了使用设计手册，查询相关资料。巩固加深和扩展了机械设计与数控技术方面的知识。独立完成产品的设计，实践产品设计的全过程，为以后的实际工作奠定基础。
1.3 选题的目的
数控技术是现代机械制造的最主要技术，通过本次设计对数控机床的技术与结构作最全面的了解，不仅要了解机床的基本结构，而且要了解数控机床的发展概况和数控技术的发展趋势，懂得我国发展数控机床的意义和必要性，对数控这门技术有较全面了解。对其设计的基本步骤，训练如何收集和分析资料，如何定制设计方案，如何进行工程图设计与计算，撰写论文的能力，了解数控机床进给传动系统的工作原理和基本结构。
1.4 国内外的设计现状与发展趋势
随着现代材料工程，机械技术，计算机技术的发展，数控技术也在不断的发展与完善，现在的制造技术对控制滑台的设计提出了严格的要求：高速转动时不发生震动，低速转动时不发生爬行，灵敏度高，耐磨性好，可在重载下长期工作，精度保持性好。因此数控机床的导轨常用的有滑动导轨滑台，静压导轨滑台和滚动导轨滑台。
目前市场上主要以上三种导轨为主，随着先进制造技术的发展与市场竞争的加剧，传动系统的滚动部分也在不断发展，国外滚动功能部件产业的总体水平和产品发展走势有以下特点：
(1)生产规模大，信息化管理水平高，以大规模集约化制造的成本和速度，提供全方位满足用户个性化需要的众多系列产品。
(2)企业资本雄厚，产业化的速度快。
(3)产品原创力强，新产品研发速度快，对市场需求反应十分灵敏，每年都推出一批具有时代气息的自主知识产权的新品，并迅速申请专利。
我国需要重点发展的技术 ，科学技术是推动功能部件产业化的动力。当前滚动功能部件产业面临两大急需解决的问题：其一是迅速研制出高性能、高档次的产品，以满足国产高档数控机床产业化的需求。其二是迅速提升制造技术水平，从革新工艺入手，提高批量生产的产品质量和生产效率，缩短制造周期，在此基础上推出一批有竞争力的名牌产品。围绕这两大问题，实现产业化的关键是加大技术投入和资金投入。根据高速、精密、复合、智能、环保的发展方向，需要重点发展的技术包括：
在滚动功能部件的新产品开发方面：
(1)批量生产精密高速滚珠丝杠副的制造技术和装备。
(2)与直线电机配套的高速、高刚度、低噪声精密滚动直线导轨副。
(3)根据主机的需要研发智能化、复合化、机电一体化的高性能滚动功能部件产品。
(4)用于重型数控机床的高精度、高刚度滚柱直线导轨副。
(5)开发滚动功能部件绿色产品。
在提升制造工艺水平方面：
(1)满足尺寸稳定性、可靠性、易成型性和生产效率要求的新材料及热工工艺及其装备的开发。
(2)滚珠丝杠精密冷轧技术及装备的国产化，P3级以下的滚珠丝杠全面推广冷轧工艺。
(3)引进并消化吸收"CNC精密旋风硬铣削"技术，装备国产化使P3级以下以旋风铣手段部分取代螺纹磨削。
(4)滚珠返向装置的优化设计及一次成型制造技术的产业化。
(5)提高滚道廓形精度的相关技术。
综上所述，制造技术要走专业化生产道路，以专业化促进规模化;引进先进技术，并在此基础上做好自主创新工作;建立行业的技术中心，制造高效实用、可靠的生产滚动功能部件的专用装备和检测仪器。这不仅是对制造业的要求，更是对数控机床的要求。 2 可行性分析
在大学本科阶段系统的学习机械设计基础，机械课程设计，机械制图，互换性与测量技术，数控技术，数控编程，数控原理等基本课程。而且进行过金工实习，生产实习等实习课程。接触过数控加工机床，对设计有了一定程度的认识，而且在工程训练中心提供机床的实物供参考，图书馆有非常丰富的关于数控的藏书，各种设计手册和相关课程设计资料可以参考。相信在老师的指导和帮助下一定能顺利完成设计。
3 设计内容
3.1 基本设计框架
(1) 参考和分析水平滑台的各种零件图纸
(2) 查找各种零件的不同种类和详细资料
(3) 确定机床底座结构
(4) 选择导轨形式
(5) 根据导轨形式与设计参数确定滑台形式
(6) 确定滚珠丝杠的形式，丝杠螺母的预紧方式
(7) 确定滚珠丝杠的支承方式与预紧方式
(8) 根据支撑方式，决定所采用的轴承结构
(9) 根据设计参数，确定工作滑台行程
(10)确定电动机类型
(11)确定电动机与丝杠的连接方式
3.2 关键零件的设计与计算
(1) 主切削力及其其切削分力计算
(2) 导轨摩擦力计算
(3) 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载荷
(4) 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算
a) 确定滚珠丝杠的导程
b) 计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷
c) 确定滚珠丝杠预期的额度动载荷
d) 按精度要求确定允许滚珠丝杠最小螺纹底径
e) 初步确定滚珠丝杠的规格型号
f) 确定滚珠丝杠螺母副的预紧力
g) 计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预拉伸力
h) 确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号
3.3 校验与刚度计算
(1)滚珠丝杠螺母副的承载能力校验
(2)计算机械传动系统刚度
3.4 设计的重点和难点
滑动工作台设计的重点为：(1)导轨的形式选择;(2)滚珠丝杠的形式与固定方式;
(3)伺服电动机与滚珠丝杠的连接方式;(4)电动机的选型。
导轨的承载面和导向面与滑台的接触方式是重点，用什么样的导轨，怎样消除定位面之间的间隙需要在装配图中重点画出。整个滚珠丝杠螺母副的支承形式，轴承结构用剖视图表现出来。螺母与滑台的连接也要在图中重点表示出。电动机的选择关乎数控系统的控制方式，开环系统选择步进电动机，半闭环和闭环系统选择伺服直流或伺服交流电动机。为了满足控制精度的要求，一般选择半闭环的控制方式，交流伺服电动机。
3.5 拟解决的关键问题
1)滑台在导轨上运动时的稳定问题
可以通过采用贴塑滑动导轨，在动导轨的摩擦表面上贴上一层由塑料等其他化学材料组成的塑料薄膜软带，以提高导轨的耐磨性，降低摩擦系数，而支撑导轨则是淬火钢导轨。贴膜导轨的优点是：摩擦系数低，在0.03-0.05范围内，动静摩擦系数接近，不易产生爬行现象。结合面抗咬合能力强，减振性好。耐磨性要比铸铁导轨高。化学稳定性好。可加工性好，工艺简单，成本低。当有硬粒落入导轨面上时，也可挤入塑料内部，避免磨损和撕伤导轨。在机床导轨设计中广泛使用。
2)滚珠丝杠螺母副的传动问题
在滚珠丝杠螺母副的选择过程中，要考虑到传动精度。在估算滚珠丝杠允许最小螺纹底径时要考虑滚珠丝杠螺母副的螺距误差和本身的弹性变形量。一般通过滚珠丝杠的预紧来保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度。预紧方法为双螺母垫片调隙，通过调整垫片的厚度使左右两螺母产生轴向的位移，即可消除间隙和产生预紧力，结构简单，刚度好。
滚珠丝杠在工作时会发热，其温度高于床身，丝杠的热膨胀使导程加大，影响定位精度。为了补偿热膨胀，可将丝杠进行预拉伸。预拉伸量应大于热膨胀量，发热后，热膨胀量抵消了部分预拉伸量，使丝杠内的拉应力下降，但长度却没有变化。
3)电动机与丝杠连接的传动精度问题
根据计算参数选择合适的伺服电动机，一般选择精度较高的交流伺服电机，传动方式选择圆弧齿同步带传动，在传动过程中无相对滑动，工作平稳，结构紧凑，无噪音，有良好的减震性能，无需润滑，不用特别张紧，在轴和轴承上的载荷较小，传动效率高。
4 设计的方案及措施
本毕业设计工作分为水平数控滑台关键零件的设计与计算和整个滑台的整体装配。设计方法和措施拟定为，分析各种传动装置图纸，了解所需要用到的各零件参数，查找相关资料，详细参阅《数控技术课程设计》，了解设计的一般步骤和设计实例，在设计前做到心中了然。收集传动系统主要零件的资料，全面了解各种零件的优缺点，便于设计时优化选取零件。根据任务书计算各种零件的必要参数，作为选取零件的标准参数。
根据设计要求，可以确定设计方案如下：
导轨：滑动贴塑导轨，截面形状为矩形。各接触面采用贴塑，减少摩擦，在滑台
与导轨之际采用镶条进行固定。
工作台：840x1000
滚珠丝杠：p类滚珠丝杠垫片双螺母预紧，2级精度。
滚珠丝杠的预紧方式：螺母为双螺母垫片预紧，丝杠进行预拉伸。
支承方式：两端固定。
采用轴承结构：首端采用三个60度接触角推力接触球轴承，按DFD方式安装，
这种面对面方式可以使轴承间的受力作用线向内收敛，有效支点
距离缩小。可以较多的降低轴承的极限转速。同时用3个60度
接触角推力角接触球轴承也可以有效的增强承受倾斜力矩的能
力。用尾部固定端采用两个60度接触角推力接触球轴承，按DF
方式安装排列，也是同样的原因。
行程： 2000mm
电机类型：伺服交流电动机。
电机与丝杠的连接方式：同步带传动连接。
降速比： 0.5
控制方式：半闭环控制
完成设计方案后，根据设计方案选好各个零件，画出各部分零件图与装配图。
5 预期研究成果
本设计及论文预计在四月份底能全部完成，并在五月上旬进行答辩期，预期的设计成果如下：
(1) 开题工作，完成《文献综述》，《外文翻译》，《开题报告》;
(2) 水平数控滑台的设计，其中：装配图一张，主要零件图(底座，滑台，滚珠丝杆，
丝杆螺母副，丝杆轴承座等零件)各一张。
(3) 伺服电动机的选择与计算，机械系统的刚性计算，滚珠丝杠的有关计算。
(4) 撰写论文。
6 设计工作进度计划
2012年2月13日——2月28日，完成《文献综述》。
2月19日——2月24日，完成《外文翻译》。
2月24日——2月29日，完成《开题报告》。
3月 1日——3月15日， 完成总体装配图和底座零件图。
3月16日——3月18日，完成滑台的零件图。
3月19日——3月21日，完成电机支架的零件图。
3月22日——3月25日，完成滚珠丝杠的零件图。
3月26日——4月1日，完成丝杠螺母座和丝杠轴承座的零件图。
4月2日——4月3日，完成伺服电机的选择计算，机械系统的刚性计算和滚珠丝杠的有关计算。
4月4日——4月6日，写设计说明书。
5月1日——5月4日，完成论文的撰写并装订;修改论文，准备答辩提纲。
(4)工艺水平高、装备数控化率高、生产效率高、产品质量稳定。
(5)拥有先进的检测仪器和产品性能试验设备，为批量生产的产品和新产品的研发提供品质保证，用检测数据和性能对比曲线取信用户。不但能向用户提供所需硬件商品，还可为用户提供解决方案的软件服务。
近几年来，国外一些知名企业都紧跟时代发展的潮流和主机发展的方向，滚动功能部件产品向高速、精密、重载、复合化、智能化、环保化方向发展。目前市场流行的新产品有：空心强冷，线速度80~120m/min，高速精密滚珠丝杠副;螺母主驱动高速直线驱动装置;智能型滚柱直线导轨副，配置阻尼滑座的高刚度、重载滚柱直线导轨副;滚珠丝杠、滚珠花键、滚动直线导轨一体化的传动装置;对滚珠丝杠和螺母同时实施强冷的低温高速滚珠丝杠副;自润式、免维修绿色滚动功能部件产品等。
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