天津商业大学开题报告

天津商业大学毕业论文开题报告论文题目:数控钻床的工作台机构设计姓名：学号：专业：学校导师：选题日期：2016年3月学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化数控钻床的工作台机构设计1、选题的目的和意义1．1研究的意义普通立式钻床钻削一定角度的圆弧时效率低下，操作困难且互换性常常达不到要求，易造成废品，不能满足工厂大批量生产的需求。本文设计了并研制出了一种专用数控钻床，在保证一定加工精度的同时，实现了半自动化控制和双主轴加工，极大地提高了生产效率。专用数控钻床是一个高难度的机电一体化产品，涉及到众多学科领域，包括机械设计技术，电工电子技术，传感器技术，信息处理技术，自动控制原理等。本课题研制的专用数控钻床，可以极大地提高一定角度圆弧的加工效率和精度，对于节省生产资源具有重要的意义。1．2本课题的研究内容、研究方法首先由于钻削的特点，在主轴加工时考虑到刀具半径，即刀补问题，专门设计了刀具补偿算法，尽量减小主动误差。其次，对专用数控钻床的整体结构、主轴系统、传动系统分别进行了设计，建立了三维模型。考虑到加工的效率，系统采用了双主轴、双工位的特殊设计，本质上区别于普通数控钻床。再次，设计了一种工作台的进给以及回转工作台的进给。最后，完成了专用数控钻床的样机制造，包括嵌入式硬件平台、软件平台、强电系统、主轴系统、传动系统、辅助系统等的建立和安装。2、现状分析一个国家的繁荣与其先进制造业密切相关，然而制造是离不开先进机器作为辅助，机床包括床身、立柱、工作台、进给机构等机械部件。工作台作为数控机床的重要组成部分，也是影响加工精度的重要组成环节。从一开始为了满足加工简单的零件而设计的直线运动的X—Y工作台，到现在为了实现多工位加工而制造的分度工作台和回转工作台等。为了满足现代制造业的发展，也为了环境的要求，一作台的驱动装置从原来的机械驱动变为液旅驱动，现在更多的采用了气动装置，更好的保护了环境，节约了资源。由于工作台是一台机床的关键配套部件，因此世界各国都有对其进行研究，我国在工作台的研究开发方面也取得了长足的进步。目前工作台的种类繁多，传统的工作台只能安装在某一指定机床上，伴随着科技的与时俱进，它们的功能也由传统单一性向现代的多功能性方向发展，现在一些工作台，它不仅可以安装在钻床上，还可以安装在铣床和镗床等机床上。并且目前部分工作台还可以作为机床的第四回转轴，大大提高了机床的性能。例如：我国生产机床工作台的公司之一的烟台恒力数控机床附件有限公司生产的HLTK14系列数控可倾回转工作台（见下图），它可以实现用于数控机床和加工中心机床上，可利用原机床的两个控制坐标控制转台的回转和倾斜，也可直接利用本转台配套的数控装置与机床联接完成所需的工作循环。它可以完成任意角度的孔、槽、平面类机械加工，以及曲线、凸轮等的加工，并可达到较高的精度。另外也可用于非数控钻、铣、镗类机床上，独立完成等分和不等分的角度分度工作。国外工作台的功能与我国所生产的工作台功能基本相似，但是在其精度方面，国外的一些公司所生产的工作台要略高于我国所生产的工作台。因此我国与国外相比，还是有一定的差距，因此我们要借助时代的步伐，与时俱进，开拓创新，使我国成为具有领先技术的综合性强国。3、发展趋势数控车床今后将向中高挡发展，中档采用普及型数控刀架配套，高级采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增长。然数控回转工作台更有发展前途,它是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，它常被应用于卧式的镗床和加工中心上，可前进加工效率，完成更多的工艺，它重要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙打消和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。目前数控回转工作台已广泛应用于数控机床和加工中心上，它的总的发展趋势是：1．在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台；2．在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力；3．在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。数控转台的市场分析：随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年600台左右。预计未来5年，虽然某些行业由于产能过剩、受到宏观调控的影响而继续保持着较低的行业景气度外，部分装备制造业将有望保持较高的增长率，特别是那些国家产业政策鼓励振兴和发展的装备子行业。作为装备制造业的母机，普通工机床将获得年均15％－20％左右的稳定增长。随着数控功能部件的发展，精密回转工作台对功能部件的依赖性越来越大。从某种程度上讲，功能部件的发展水平代表了主机的发展水平，其可靠性、先进性尤为突出。精密回转工作台球面蜗轮副具有瞬时多齿接触、磨损小、精度保持持久等优点。而且采用球面蜗轮副后，转台承载能力提高3倍以上。该设备采用气压制动，制动迅速、可靠、耐重切削。其密封采用国外先进公司的产品，防渗漏性能优异。采用高精密轴承，精度保持性能好。数控机床功能部件的产品水平与10年前相比，有了很大的提高。经过近20年的发展，数控分度头、数控刀架产品的品种不断完善，主要性能和可靠性有较大提高。数控刀架、数控转台、数控分度头已能满足中低档数控机床的配套需求。同时也要认识大，为高档数控机床配套的数控附件产品，与国外产品比还有一定差距。数控回转工作台行业的发展，依赖于行业技术水平和创新能力的提高，依赖于机床的数控化和产品快速的升级换代，依赖于制造业从刚性自动化向柔性自动化方向转变这一社会需求，由于我国机床附件厂资金紧张，造成技术创新和技术改造的力度不大，使附件水平的发展严重滞后，成为制约民族机床工业发展的瓶颈。国产回转工作台配套件在产品质量、性能、结构创新、品牌信誉、外观造型、精度稳定性等方面与发达国家相比都存在一定的差距，但在产品的价格、交货期和售后服务上占有较大的优势。4、工作进度计划2015.12～2016.2到企业去现场实习，查阅文献资料，明确设计任务。2016.2～2016.3调研、收集有关资料、完成开题报告和外文翻译工作2016.3～2016.4完成工作台系统的整体结构布局和总装配图草图设计，以及设计计算等2016.4～2016.5完成定位和夹紧装置结构总图和零件图设计，完成毕业论文的攥写2016.5～2016.6准备和完成毕业论文答辩5、主要技术参数或参考文献5.1主要技术参数1.建立数控钻床需要的三个必要的坐标系(工件、上平台、基座坐标系),给出了坐标系之间的转化关系,采用合适的上平台姿态角表示方法,实现了从刀位文件到最终支路驱动量之间的转变,同时也给出了由支路驱动量到刀具加工点位姿的求解,针对刀位文件速度校验的需要,进行了数控钻床的运动学分析,针对结构参数的设计需要,对铣床进行了姿态灵活度、位置灵活度的推导求解。2.考虑到倒置和正置式钻床布局结构的不同,采用刀头点在上平台上的可达空间作为钻床的工作空间。为了快速对刀位文件进行校验,本文采用记录不同高度对应的工作空间的内切圆柱体的半径、高度、刀具姿态角,形成相应刀具对应的工作空间表单,利用极坐标求解的方法确定工作空间具有求解速度快,数据存储量小的特点,而且有利于数据量大的刀位文件进行快速校验,提高工作效率。3.合理设计并联平台的结构参数,在工作空间范围内考虑驱动支路的惯量、上平台质量及主轴质量对动力学性能的影响。针对钻床刀具刀头点位置参数与并联工作台的结构参数存在较大的耦合性,采用了加权分类隔离的标定方法,把结构参数分为两大类,在工作台上加工一辅助工艺孔,借助该工艺孔,固定一类参数,标定另一类参数,在并联工作台的结构参数标定过程中,采用了二次优化和改进后的共轭梯度法进行标定,提高了标定效率。通过多轮标定,最终可以提供一套结构参数,使其能够保证工件的加工精度,考虑立式钻床的主轴独立于并联平台,获取主轴中心线的倾斜方向角,采用修正刀位文件姿态参数的方法,消除刀具加工过程中可能产生的“搓板”现象。5.2参考文献[1]孙桓，陈作模、葛文杰.机械原理.高等教育出版社，2006：[2]濮良贵，纪名刚.机械设计.高等教育出版社，2007：[3]陈立德.机械制造装备设计.高等教育出版社，2005，6：[4]龚桂义，机械设计课程设计指导书.高等教育出版社，1994，4：[5].孙卫青，李建勇.机电一体化.科学出版社，2012，1：[6]张世昌，李旦，高航.机械制造技术基础.高等教育出版社，2000,3：[7]徐宏海，谢富春.数控铣床第二版.化学工业出版社，2007,2：[8]文怀性.数控铣床设计.化学工业出版社，2006,1：