Y3150E型滚齿机数控改造及结构设计

毕业设计开题报告
1、本课题国内外的研究现状分析
以欧美、日等制造强国为代表的几大公司(L1ebherr，Gleason，Mitsubishii)展出数控高效高速滚齿机床是几大公司的主流产品，他们均能进行批量化，系列化，标准化的生产，并具有较高的可靠性和市场份额，但在国内同档次产品尚属空白，虽然自上世纪九十年代以来，国内的数控滚齿轮有一个较大的发展和提高，但数控滚齿机大都是在传统滚齿机的基础上进行数控化的改造，无论是从机床的整体动、静刚性，还是从整机的传动精度，以及数控系统的可靠性等性能上看，总体水平较为低档，真正意义上的全新设计的数控高效滚齿机正在起步阶段。
4、完成本课题所需的工作条件及解决办法
完成本课题需要详细掌握Y3150E滚齿机的机床结构，各传动链，以及机床加工范围，机床伺服系统方案设计，伺服电机的选取规则，机床结构方案设计，机床主轴设计，机械设计零部件选取规则等，关于这些方面的工具书都可在图书馆借到。
2、本人对课题任务书提出的任务要求及实现目标的可行性分析
1）任务要求
自20 世纪 80 年代后期以来，我国机床行业已朝着数控方面深入地发展，特别是进入九十年代后，机床的数控化标志着机床行业进入了一个新的时代。作为齿轮加工机床的数控滚齿机。我国自八十时代开发以来，无论从品种的类型上或功能复合上都得到了长足的发展。特别是近十多年以来，以汽车工业为龙头的相关支柱型产业更是把齿轮加工机床数控化发展推向了一个新的高度。其中尤其对数控高效滚齿机的需求显得十分突出。然而从我国制造业发展水平来看，目前一些中小型加工企业购买欧洲等国生产的全数控化滚齿机的能力还不够， 但又要对现有的传统加工能力进行提升，这就要求我们进行机床的数控改造。数控改造是现代微电子技术与传统技术相结合，达到使机床具有可靠性高，柔性强，加工精度高，易于实现机电一体化，经济性可观等优势。
b)加工对象分析
改造后的数控机床，主要用于教学实习。适合于加工直齿和螺旋齿的外啮合圆柱齿轮与蜗轮，也可滚切短花键轴。加工精度要求小于0.01mm，现在市场上出售的一般经济型数控系统其脉冲当量为0.005mm~0.01mm，能够满足上述型面的加工要求，在技术上是可行的。
c)市场可供性
所谓市场可供性就是研究市场是否能够方便及时地提供改造用的各种备件，以保证备件的供应。机床数控化改造计划实施应有本地区机电一体化供应的基本条件，这样不仅改造周期短，而且有利于保证维修及技术咨询服务。就本机床改造而言，市场上已建立了一套机电一体化配套产品代理机构，对于Y3150E改造而言市场可供性好。
a)理论依据
机床更新、机床大修和机床数控化改造的经济性分析所用参数及符号如表１所示。机床数控化改造与更新、大修理之间有下列关系：
（1）当 且 时，采用机床数控化改造方案最佳。
（2）当 且 时，用追加投资回收期指标进行决策。
……………………………………（1）
式中：T—投资回收期（年）。如果 ，选择机床改造方案最佳；当 时，选择机床大修方案最佳。其中, 为企业或部门规定的标准投资回收期。
1）如何保证主轴的旋转精度？
aHale Waihona Puke Baidu择最优的轴承及轴承精度
b提高主轴自身的制造精度
c提高主轴各组件的装配精度及调整精度
2）如何保证主轴系统的静刚度
a合理选择主轴轴承配置及适当的预加载荷
b合理选择主轴的形状及尺寸
c合理布置主轴主件的结构，前后支承的距离及主轴前端的悬伸量等
3）保证主轴的抗震性，耐磨性，热变形达到要求
综上所述，对原机床进行数控化改造符合技术可行性要求。
3）经济性
在机床数控化改造中，不仅要考虑到数控机床的技术先进性，同时还必须考虑到它的经济、社会效益。这就要求对决策方案进行严密论证和科学分析。机床的数控化改造是广义上的设备更新的一种方法，因此，机床化改造的方案应于机床大修以及机床更新作对比，以确定最佳方案，常用的评价方法有：最低成本法、追加投资回收期法和机床改造效果系数法。选择哪一种方法需根据各参数的获取是否方便。经过分析比较，需采用追加投资回收期法进行论证。
综上所述，可以得出对机床数控化改造技术上是可行的，经济上是合理的。
3、本课题的关键问题及解决问题的思路
要解决机床的数控改造，第一步必须清楚改造后机床的加工条件及加工能力范围，再按照这个条件选好电机以及各组件，最后对主轴所有组件进行结构化设计。在选择电机的过程中，要了解数控机床伺服系统的设计方法，制定出控制方案。再根据加工要求设计出主轴大致驱动路线，选择主轴传动各组件，如轴承，刚性主轴等，在选择这些组件的时候需要考虑到主轴刚度，强度以及抗震性等要求，通过反复验证最后确定最后结果。选择出各组件后，根据之前的传动方案再对这些组件进行结构设计，在设计时要做到结构最简单，传动精度最高，加工高速，高效，磨损最小，加工工艺方案最简单等。
（3）当 且 时，机床更新是最佳方案。
（4）当 且 时，同样采用追加投资回收期进行决策。
……………………………………（2）
如果 时，选择机床更新最佳； 时，选择机床改造方案最佳。其中， 同上为标准投资回收期
b)经济合理性
针对原CA6140普通车床，具体各种方案指标如表2所示。（1）机床大修和数控化改造方案比较：将数据代入式（1）得： （年）；（2）机床数控化改造和更新比较：将数据代入式（2）得： （年）；（3）经济性分析结论：按照本行业来源的标准投资回收期 一般为3年，通过以上经济分析发现 ，故选择机床数控化改造是最佳方案。
2）可行性
Y3150E滚齿机的数控改造，是为了适应现代化生产和教学等多方面因素而进行的一个重点课题。下面进行机床改造的技术可行性分析。
机床改造的技术可行性论证就是对机床改造在技术上是否能够保障改造成功以及从改造后维护角度论证。具体的应从机床本身、加工对象的要求和市场可供性三方面分析。
a)机床本身
传统滚齿机主运动传动链要经过7对齿轮，1条带轮传动，传动路线长，传动精度低。而进行数控改造后采用电机直接驱动主轴转动，省去了中间的传动损失，使加工更加高速高效，且精度提高。在省去了传动链中的传动机构的同时，增加了一个主轴驱动电机，改变了主轴部分的机械结构。