2012屆學生畢業**（設計存檔編號：
畢業**（設計）
開題報告
**題目： 垂向數控滑台設計
【英文】： droop numerical control machine slippery
系部：機電與建築工程學部
專業：機械設計製造及其自動化
姓名： 鄢長雨
學號： 200803010413
指導老師： 范超毅
2023年 4月 3 日
1. 選題的背景與意義
1.1選題的背景
製造業是國民經濟各部門科學技術進步的基礎，機械加工裝備直接制約了機械零件的發展。加工精度，產品質量，生產效率等一系列的因素都和機械加工裝備有著直接聯絡。而機械加工工具機的不斷發展也依賴於進給系統的不斷發展，其中機械系統的穩定性，傳動精度是機械零件製造的精度基礎工具機進給系統的多軸聯動技術是機械零件多樣性，複雜性的基礎。
傳動系統的速度與切削加工時的穩定性更是促進了生產效率的提高。而工具機技術的發展在很大程度上也依賴於製造業技術的進步，機械零件精度的不斷提高。工程材料的不斷進步，電腦科學的不斷發展。
水平控制滑台是數控工具機的水平方向的進給傳動系統連線滑台做走向進給運動的裝置。主要由傳動裝置（伺服電動機，齒輪、帶或直連等方式連線絲杆），滾珠絲槓螺母副，導軌與滑台三個主要部分組成。工具機在工作時，滑台運動控制x方向或者y方向的進給運動，使工件在所要求的方向進行切削加工。
因此，滑台部分是數控工具機最主要的部分之一，在加工裝備中也是最基礎的部分。本設計的主要任務：水平控制滑台的研究與設計。
1.2 選題的意義
水平控制滑台設計是全面地綜合的運用有關專業課程的理論和實踐知識進行機械傳動系統設計的一次重要實踐，通過該畢業設計，綜合所學專業知識，熟練的利用機械設計的基本理論知識和數控技術有工具機結構的有關知識，正確的解決了伺服電動機的同步帶傳動，滑台與導軌的定位與裝配，滾珠絲槓螺母副的裝配與承載等問題。培養了分析問題與解決問題的能力，加深了對課本知識的理解，了解了工具機的基本結構，強化了對cad等計算機輔助製圖軟體的運用技能，並對設計實習有了一定的感性認識。在設計中，通過對遇到的各種問題的不斷解決，促進了對機械製造業的不斷認識，增強了對振興我國製造業的使命感，對數控工具機領域產生了濃厚興趣。
通過設計的系統訓練，培養了理論聯絡實際的設計思想，學會了使用設計手冊，查詢相關資料。鞏固加深和擴充套件了機械設計與數控技術方面的知識。獨立完成產品的設計，實踐產品設計的全過程，為以後的實際工作奠定基礎。
1.3 選題的目的
數控技術是現代機械製造的最主要技術，通過本次設計對數控工具機的技術與結構作最全面的了解，不僅要了解工具機的基本結構，而且要了解數控工具機的發展概況和數控技術的發展趨勢，懂得我國發展數控工具機的意義和必要性，對數控這門技術有較全面了解。對其設計的基本步驟，訓練如何收集和分析資料，如何定製設計方案，如何進行工程圖設計與計算，撰寫**的能力，了解數控工具機進給傳動系統的工作原理和基本結構。
1.4 國內外的設計現狀與發展趨勢
隨著現代材料工程，機械技術，計算機技術的發展，數控技術也在不斷的發展與完善，現在的製造技術對控制滑台的設計提出了嚴格的要求：高速轉動時不發生震動，低速轉動時不發生爬行，靈敏度高，耐磨性好，可在過載下長期工作，精度保持性好。因此數控工具機的導軌常用的有滑動導軌滑台，靜壓導軌滑台和滾動導軌滑台。
目前市場上主要以上三種導軌為主，隨著先進製造技術的發展與市場競爭的加劇，傳動系統的滾動部分也在不斷發展，國外滾動功能部件產業的總體水平和產品發展走勢有以下特點：
（1）生產規模大，資訊化管理水平高，以大規模集約化製造的成本和速度，提供全方位滿足使用者個性化需要的眾多系列產品。
（2）企業資本雄厚，產業化的速度快。
（3）產品原創力強，新產品研發速度快，對市場需求反應十分靈敏，每年都推出一批具有時代氣息的自主智財權的新品，並迅速申請專利。
（4）工藝水平高、裝備數控化率高、生產效率高、產品質量穩定。
（5）擁有先進的檢測儀器和產品效能試驗裝置，為批量生產的產品和新產品的研發提供品質保證，用檢測資料和效能對比曲線取信使用者。不但能向使用者提供所需硬體商品，還可為使用者提供解決方案的軟體服務。
近幾年來，國外一些知名企業都緊跟時代發展的潮流和主機發展的方向，滾動功能部件產品向高速、精密、過載、複合化、智慧型化、環保化方向發展。目前市場流行的新產品有：空心強冷，線速度80~120m/min，高速精密滾珠絲槓副；螺母主驅動高速直線驅動裝置；智慧型滾柱直線導軌副，配置阻尼滑座的高剛度、過載滾柱直線導軌副；滾珠絲槓、滾珠花鍵、滾動直線導軌一體化的傳動裝置；對滾珠絲槓和螺母同時實施強冷的低溫高速滾珠絲槓副；自潤式、免維修綠色滾動功能部件產品等。
我國需要重點發展的技術 ，科學技術是推動功能部件產業化的動力。當前滾動功能部件產業面臨兩大急需解決的問題：其一是迅速研製出高效能、高檔次的產品，以滿足國產高檔數控工具機產業化的需求。
其二是迅速提公升製造技術水平，從革新工藝入手，提高批量生產的產品質量和生產效率，縮短製造週期，在此基礎上推出一批有競爭力的名牌產品。圍繞這兩大問題，實現產業化的關鍵是加大技術投入和資金投入。根據高速、精密、復合、智慧型、環保的發展方向，需要重點發展的技術包括：
在滾動功能部件的新產品開發方面：
(1)批量生產精密高速滾珠絲槓副的製造技術和裝備。
(2)與直線電機配套的高速、高剛度、低雜訊精密滾動直線導軌副。
(3)根據主機的需要研發智慧型化、複合化、機電一體化的高效能滾動功能部件產品。
(4)用於重型數控工具機的高精度、高剛度滾柱直線導軌副。
(5)開發滾動功能部件綠色產品。
在提公升製造工藝水平方面：
(1)滿足尺寸穩定性、可靠性、易成型性和生產效率要求的新材料及熱工工藝及其裝備的開發。
(2)滾珠絲槓精密冷軋技術及裝備的國產化，p3級以下的滾珠絲槓全面推廣冷軋工藝。
(3)引進並消化吸收"cnc精密旋風硬銑削"技術，裝備國產化使p3級以下以旋風銑手段部分取代螺紋磨削。
(4)滾珠返向裝置的優化設計及一次成型製造技術的產業化。
(5)提高滾道廓形精度的相關技術。
綜上所述，製造技術要走專業化生產道路，以專業化促進規模化；引進先進技術，並在此基礎上做好自主創新工作；建立行業的技術中心，製造高效實用、可靠的生產滾動功能部件的專用裝備和檢測儀器。這不僅是對製造業的要求，更是對數控工具機的要求。
2 可行性分析
在大學本科階段系統的學習機械設計基礎，機械課程設計，機械製圖，互換性與測量技術，數控技術，數控程式設計，數控原理等基本課程。而且進行過金工實習，生產實習等實習課程。接觸過數控加工工具機，對設計有了一定程度的認識，而且在工程訓練中心提供工具機的實物供參考，圖書館有非常豐富的關於數控的藏書，各種設計手冊和相關課程設計資料可以參考。
相信在老師的指導和幫助下一定能順利完成設計。
3 設計內容
3.1 基本設計框架
（1） 參考和分析水平滑台的各種零件圖紙
（2） 查詢各種零件的不同種類和詳細資料
（3） 確定工具機底座結構
（4） 選擇導軌形式
（5） 根據導軌形式與設計引數確定滑台形式
（6） 確定滾珠絲槓的形式，絲槓螺母的預緊方式
（7） 確定滾珠絲槓的支承方式與預緊方式
（8） 根據支撐方式，決定所採用的軸承結構
（9） 根據設計引數，確定工作滑台行程
（10）確定電動機型別
（11）確定電動機與絲槓的連線方式
3.2 關鍵零件的設計與計算
（1） 主切削力及其其切削分力計算
（2） 導軌摩擦力計算
（3） 計算滾珠絲槓螺母副的軸向負載荷
（4） 滾珠絲槓的動載荷計算與直徑估算
a) 確定滾珠絲槓的導程
b) 計算滾珠絲槓螺母副的平均轉速和平均載荷
c) 確定滾珠絲槓預期的額度動載荷
d) 按精度要求確定允許滾珠絲槓最小螺紋底徑
e) 初步確定滾珠絲槓的規格型號
f) 確定滾珠絲槓螺母副的預緊力
g) 計算滾珠絲槓螺母副的目標行程補償值與預拉伸力
h) 確定滾珠絲槓螺母副支承用軸承的規格型號
3.3 校驗與剛度計算
（1）滾珠絲槓螺母副的承載能力校驗
（2）計算機械傳動系統剛度
3.4 設計的重點和難點
滑動工作台設計的重點為：（1）導軌的形式選擇；（2）滾珠絲槓的形式與固定方式；（3）伺服電動機與滾珠絲槓的連線方式；(4)電動機的選型。
導軌的承載面和導向面與滑台的接觸方式是重點，用什麼樣的導軌，怎樣消除定位面之間的間隙需要在裝配圖中重點畫出。整個滾珠絲槓螺母副的支承形式，軸承結構用剖檢視表現出來。螺母與滑台的連線也要在圖中重點表示出。
電動機的選擇關乎數控系統的控制方式，開環系統選擇步進電動機，半閉環和閉環系統選擇伺服直流或伺服交流電動機。為了滿足控制精度的要求，一般選擇半閉環的控制方式，交流伺服電動機。
3.5 擬解決的關鍵問題
1）滑台在導軌上運動時的穩定問題
可以通過採用貼塑滑動導軌，在動導軌的摩擦表面上貼上一層由塑料等其他化學材料組成的塑料薄膜軟帶，以提高導軌的耐磨性，降低摩擦係數，而支撐導軌則是淬火鋼導軌。貼膜導軌的優點是：摩擦係數低，在0.
03-0.05範圍內，動靜摩擦係數接近，不易產生爬行現象。結合面抗咬合能力強，減振性好。
耐磨性要比鑄鐵導軌高。化學穩定性好。可加工性好，工藝簡單，成本低。
當有硬粒落入導軌面上時，也可擠入塑料內部，避免磨損和撕傷導軌。在工具機導軌設計中廣泛使用。
2）滾珠絲槓螺母副的傳動問題
在滾珠絲槓螺母副的選擇過程中，要考慮到傳動精度。在估算滾珠絲槓允許最小螺紋底徑時要考慮滾珠絲槓螺母副的螺距誤差和本身的彈性變形量。一般通過滾珠絲槓的預緊來保證滾珠絲槓反向傳動精度和軸向剛度。
預緊方法為雙螺母墊片調隙，通過調整墊片的厚度使左右兩螺母產生軸向的位移，即可消除間隙和產生預緊力，結構簡單，剛度好。
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