齒輪自動倒角機設(shè)計
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開題報告
論 文 題 目: 齒輪自動倒角機
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學(xué) 生 姓 名:
學(xué) 生 學(xué) 號:
指導(dǎo)教師(職稱):
2016 年 12 月 29 日填
一、選題依據(jù)
1.論文(設(shè)計)題目
齒輪自動倒角機
2.研究領(lǐng)域
非標準機械設(shè)計
3.論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值
齒輪作為機械中重要的傳動零件,其加工可分為粗加工和精加工。粗加工有滾齒、插齒等,精加工有剃齒、磨齒等。在經(jīng)過粗加工后,齒的端部會產(chǎn)生飛邊,且通常伴隨著毛刺。
由于鋒利的棱角和毛刺的存在,影響其外觀、傳動精度、再加工和裝配,并產(chǎn)生傳動噪音,以至使齒輪的性能可靠性、壽命和潤滑效果下降,更主要的是降低了齒輪的質(zhì)量,還會導(dǎo)致整個機械系統(tǒng)不能正常工作, 使可靠性、穩(wěn)定性降低。當存在毛刺的機器作機械運動或振動時, 脫落的毛刺會造成機器滑動表面過早磨損、噪音增大。因此我們必須考慮給齒輪倒角。過去,沒有齒輪倒角設(shè)備,該工藝都是通過工人的手工進行的,工作環(huán)境惡劣,不但勞動效率低下,對工人的操作要求高,而且加工質(zhì)量不高,嚴重影響生產(chǎn)進度。以前,用戶對倒角的質(zhì)量要求不高,齒輪倒角不作為很重要的工藝,并且生產(chǎn)任務(wù)量少,手工倒角可以滿足質(zhì)量和效率的要求,但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場的不斷擴大,用戶對產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高,齒輪倒角不再是可粗可精可有可無的工藝,已經(jīng)成為很重要的生產(chǎn)工藝,甚至因為倒角質(zhì)量達不到要求導(dǎo)致產(chǎn)品不合格,并且生產(chǎn)任務(wù)量也越來越大,手工生產(chǎn)已滿足不了生產(chǎn)的需要。
因此有必要對齒輪倒角工藝的原理進行分析并設(shè)計出相應(yīng)的機床。以適應(yīng)現(xiàn)代對齒輪倒角加工的生產(chǎn)需要。
齒輪倒角機是一種很好的用于給齒輪倒角去除毛刺,去飛邊的自動化機械設(shè)備,它采用雙刀分離結(jié)構(gòu),刀具進給,一齒切削完畢,刀軸讓刀、工件分度并開始下一次的切削。從開始切削起,工件轉(zhuǎn)一周即可完成一個零件的倒角加工。進給方式一般采用刀具進給也可根據(jù)需要采用工件進給方式。同時極大的提高齒輪的嚙合精度,有效地降低了傳動過程中的振動和噪音,提高了齒輪的工作壽命??傊?,該機床為機械行業(yè)提供了可靠的傳動零部件。
齒輪倒角機是用于變速箱滑移齒輪齒端倒圓角、倒尖角以及倒尖拱形角的齒輪加工機床, 是汽車、拖拉機、機床齒輪的批量生產(chǎn)必不可缺的設(shè)備。齒輪倒角機的類型有指狀銑刀型和端面銑刀型。
齒輪倒角機總體結(jié)構(gòu)為臥式布局, 采用模塊化設(shè)計,具有調(diào)整操作方便,穩(wěn)定性好等優(yōu)點。齒輪倒角機采用用硬質(zhì)合金機夾刀(刀具形式根據(jù)加工件選定)。此機床具有高效、加工質(zhì)量好,操作簡便等特點,因此它即能滿足小批量新產(chǎn)品的試制加工,又
能適合于大批量規(guī)?;a(chǎn)的需要,是汽車齒輪加工的理想設(shè)備。
4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢
隨著生產(chǎn)幾十年發(fā)展和使用要求的提高,齒輪正朝著高精度、高強度、高承載、低噪聲、輕量化及長壽命方向發(fā)展。對齒輪輪齒進行倒角是控制齒輪噪聲等的一個十分重要的工藝措施,已引起國內(nèi)外齒輪加工制造普遍的關(guān)注和重視。
4.1 國內(nèi)概況
中國的齒輪倒角機床研究制造已有幾十年歷史,從九十年代初至今近二十多年間發(fā)展較快。目前有三種系列,分別是臥式指形銑刀倒角機、立式指形銑刀倒角機、端
面銑刀倒角機。共有四種品種,分別是最大工件直徑 200mm、320mm、500mm、800mm。
從手工到半自動再到自動,隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟的發(fā)展,齒輪加工業(yè)對于齒輪加工機床的性能要求不斷提高,反之,齒輪加工機床制造業(yè)對于齒輪加工又具有導(dǎo)向作用,形成有機的聯(lián)動發(fā)展。為此,一批能適應(yīng)社會科技和經(jīng)濟發(fā)展節(jié)拍的新產(chǎn)品應(yīng)運而生。安徽六安金城機械有限公司、溫嶺市美日機床有限公司、重慶機床有限公司、陜西秦川機床有限公司、天津第一機床總廠、天津市達鑫精密機械設(shè)備有限公司等眾多廠家
都對齒輪倒角機研發(fā)和生產(chǎn)。YKD9320C 數(shù)控齒輪倒角機是天津第一機床總廠開發(fā)的數(shù)控齒輪倒角機,該機床采用四軸數(shù)控系統(tǒng), 即兩個倒角軸, 一個倒棱軸及一個工件分度軸, 完成切削進給, 讓刀運動和工件圓周分度運動,主要用于汽車、摩托車、拖拉機變速箱換擋齒輪的倒角加工, 可加工盤狀齒輪、齒圈等的齒部倒尖角和圓弧角并有專門機構(gòu)可倒棱, 可在完成輪齒一側(cè)倒角的同時加工另一側(cè)的倒棱。南京第二機床廠經(jīng)過對 Y9380 型齒輪倒角機的改進,使得它成為了可倒高低齒圓角的倒角機。同時還生產(chǎn)了 YX9332 端面銑刀型高效齒輪倒角機,新一代端面銑刀型高效齒輪倒角機,其目的主要用于變速箱滑移齒輪, 便于引導(dǎo)兩齒輪進入相互嚙合。還如天津精誠機床廠制造的 YH9325F 和 YH9332G 型倒角機,最近一種新式的旋風式齒輪倒角機也開始應(yīng)用于生產(chǎn)之中,這種機床采用工件與刀具的連續(xù)轉(zhuǎn)動來進行加工,生產(chǎn)效率得到進一步提高。
4.2 國外概況
國外的齒輪倒角機床自動化程度、精密度較高。發(fā)達國家已經(jīng)廣泛的將齒輪倒角工序同其他的齒輪加工工序組合在一起,形成多功能加工機床,能夠滿足多工位、多工序的機械加工要求。生產(chǎn)廠家可根據(jù)倒角的設(shè)計圖紙,迅速的進行調(diào)整并進行加工。例如德國的 Prawema 數(shù)控倒角機, 除可高效倒角外, 機床還可配齊自動上下料部件。此類機床運用數(shù)控旋分原理, 除作倒角外還可作多面體、端面齒和端面槽的高效加工。
4.3 倒角機床發(fā)展趨勢與不足
目前,倒角機床的發(fā)展日新月異,高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為倒角機床發(fā)展的趨勢和方向。
我們應(yīng)看清形勢,充分認識國產(chǎn)倒角機床的不足,努力發(fā)展先進技術(shù),加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度,以縮短與發(fā)達國家之間的差距。
(1)不斷加強技術(shù)創(chuàng)新是提高國產(chǎn)倒角機床水平的關(guān)鍵。
國產(chǎn)倒角機床缺乏核心技術(shù),從高性能倒角機床系統(tǒng)到關(guān)鍵功能部件基本都依賴進口,即使近幾年有些國內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌,但其產(chǎn)品的功能、性能的可靠性仍然與國外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國產(chǎn)倒角機床制造商通過技術(shù)引進、海內(nèi)外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進倒角機床技術(shù),但缺乏對機床結(jié)構(gòu)與精度、可靠性、人性化設(shè)計等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究,忽視了自主開發(fā)能力的培育,國產(chǎn)倒角機床的技術(shù)水平、性能和質(zhì)量與國外還有較大差距,同樣難以得到大多數(shù)用戶的認可。
(2)制造水平與管理手段依然落后。
一些國產(chǎn)倒角機床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高,加工手段基本以普通機床與低效刀具為主,裝配調(diào)試完全靠手工,加工質(zhì)量在生產(chǎn)進度的緊逼下不能得到穩(wěn)定與提高。另外很多國產(chǎn)倒角機床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺賬管理方式,工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國外機床制造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品,而國內(nèi)的生產(chǎn)周期過長且很難控制。因此我們在引進技術(shù)的同時應(yīng)注意加強自身工藝技術(shù)改造和管理水平的提升。
(3)服務(wù)水平與能力欠缺也是影響國產(chǎn)倒角機床占有率的一個重要因素。
由于倒角機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,一部分企業(yè)不顧長遠利益,對提高自身的綜合服務(wù)水平不夠重視,甚至對服務(wù)缺乏真正的理解,只注重推銷而不注重售前與售后服務(wù)。有些企業(yè)派出的人員對生產(chǎn)的倒角機床缺乏足夠了解,不會使用或使用不好倒角機床,更不能指導(dǎo)用戶使用好機床;有的對先進高效刀具缺乏基本了解,不能提供較好的工藝解決方案,用戶自然對制造商缺乏信心。制造商的服務(wù)應(yīng)從研究用戶的加工產(chǎn)品、工藝、生產(chǎn)類型、質(zhì)量要求入手,幫助用戶進行設(shè)備選型,推薦先進工藝與工輔具,配備專業(yè)的培訓(xùn)人員和良好的培訓(xùn)環(huán)境,幫助用戶發(fā)揮機床的最大效益、加工出高質(zhì)量的最終產(chǎn)品,這樣才能逐步得到用戶的認同,提高國產(chǎn)倒角機床的市場占有率。
(4)加大倒角機床專業(yè)人才的培養(yǎng)力度。
從我國倒角機床的發(fā)展形式來看需要三種層次的倒角機床技術(shù)人才:第一種是熟悉倒角機床的操作及加工工藝、懂得簡單的機床維護、能夠進行手工或自動編程的車間技術(shù)操作人員;第二種是熟悉倒角機床機械結(jié)構(gòu)及倒角機床系統(tǒng)軟硬件知識的中級人才,要掌握復(fù)雜模具的設(shè)計和制造知識,能夠熟練應(yīng)用UG、PRO/E等CAD/CAM軟件,同時有扎實的專業(yè)理論知識、較高的英語水平并積累了大量的實踐經(jīng)驗;第三種是精通倒角機床結(jié)構(gòu)設(shè)計以及倒角機床系統(tǒng)電氣設(shè)計、能夠進行倒角機床產(chǎn)品開發(fā)及技術(shù)創(chuàng)新的倒角機床技術(shù)高級人才。我國應(yīng)根據(jù)需要有目標的加大人才培養(yǎng)力度,為我國的倒角機床產(chǎn)業(yè)提供強大的技術(shù)人才支撐。
二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容
1.重點解決的問題(1)齒輪自動倒角機運動參數(shù)設(shè)計
(2)齒輪自動倒角機的結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計
2.擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路)(1)設(shè)計齒輪自動倒角機的意義;
(2)分析目前國內(nèi)外齒輪倒角相關(guān)技術(shù)優(yōu)缺點,找出該領(lǐng)域所存在的問題;(3)倒角方法的選擇(4)齒輪自動倒角機的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計;
(5)齒輪自動倒角機的結(jié)構(gòu)設(shè)計;(6)齒輪自動倒角機主要零部件的設(shè)計。
3.本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果
(1) 通過所查閱的相關(guān)資料和文獻,了解齒輪倒角意義,以及目前國內(nèi)外的相關(guān)
技術(shù)。
(2) 最終提交設(shè)計說明書一份;(3) 外文參考文獻翻譯一份;
(4) 繪制齒輪自動倒角機的總裝配圖;(5) 主要零部件圖紙。
三、論文(設(shè)計)工作安排
1.擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù))
(1)調(diào)查、收集相關(guān)的資料。
(2)國內(nèi)外不同齒輪倒角方法的認識和比較。
(3)齒輪自動倒角機運動及動力參數(shù)的選擇。
(4)齒輪自動倒角機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
2.論文(設(shè)計)進度計劃
第 1 周:收集齒輪自動倒角機相關(guān)資料,準備撰寫開題報告
第 2 周:閱讀整理所收集資料
第 3 周:完成開題報告,交指導(dǎo)老師修改
第 4 周:完成開題報告并進行答辯
第 5 周:齒輪自動倒角機總體方案設(shè)計
第 6 周:齒輪自動倒角機的運動參數(shù)分析和計算
第 7 周:齒輪自動倒角機的傳動系統(tǒng)設(shè)計,進行中期撿查。
第 8 周:齒輪自動倒角機的結(jié)構(gòu)設(shè)計-------繪制裝配圖
第 9 周:齒輪自動倒角機的結(jié)構(gòu)設(shè)計-------修改完善裝配圖
第 10 周:齒輪自動倒角機的結(jié)構(gòu)設(shè)計----繪制零件圖
第 11 周:撰寫齒輪自動倒角機設(shè)計說明書
第 12 周:完成齒輪自動倒角機設(shè)計說明書,上交老師
第 13 周:修改完善齒輪自動倒角機設(shè)計說明書
第 14 周:翻譯外文資料
第 15 周:修改完善所有設(shè)計內(nèi)容,準備答辯
四、需要閱讀的參考文獻
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附:文獻綜述或報告一、國內(nèi)現(xiàn)狀
最近幾十年,我國經(jīng)濟發(fā)展迅速,加入到WTO后,以其市場和資源優(yōu)勢逐漸變成全球制造中心,也使我國數(shù)十萬大、中、小型企業(yè)面對著前所未有的挑戰(zhàn)。目前,我國在某些制造行業(yè),例如紡織、輕工業(yè)等等具有競爭活力,發(fā)展勢頭強勁,入世后能夠發(fā)揮比較優(yōu)勢,獲得較多發(fā)展機遇,而在高新技術(shù)制造領(lǐng)域,最近幾年雖也有所發(fā)展,但在技術(shù)等方面基本上依靠境外投資,在多數(shù)領(lǐng)域尚未完成自主發(fā)展。
近幾年我國汽車領(lǐng)域發(fā)展很快,汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的第四大支柱產(chǎn)業(yè),我國也成為第四大汽車生產(chǎn)國。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,其機械換檔裝置中重要的零一同步器的要求也越來越高,而國內(nèi)制造廠家對其內(nèi)外花鍵齒端倒角的加工一直存在困難,表現(xiàn)就是該工序的準備時間即調(diào)整機床的時間過長,根據(jù)倒角的不同形式,準備時間少則半天,多則幾天甚至更長,而且精度也很難保證,不僅同步器的內(nèi)外花鍵,其他齒輪的倒角加工也面I臨著同樣的問題,例如變速箱中齒輪倒角的加工。造成這種情況的主要原因有:
國內(nèi)對齒輪倒角的設(shè)計原理和制造方法不很了解,國內(nèi)沒有針對齒輪倒角的研發(fā)機構(gòu),只能靠國外的圖紙進行仿造。
齒輪倒角加工歷史雖然很長,但是由于汽車行業(yè)的興起以及齒輪倒角樣式的不斷更新,所以目前的齒輪倒角加工可以算上新興制造行業(yè)。總體來說,國內(nèi)對齒輪倒角加工方面的研究還是不多,目前倒角加工的重點已經(jīng)從以前單一的平面倒角加-FN現(xiàn)
在各式各樣的異型倒角加工,國內(nèi)從技術(shù)、設(shè)備等方面都欠缺。
齒輪倒角機雖然是輔助機床,但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,以國內(nèi)倒角機為例,一臺臥式倒角機共有15個左右的軸,3—4個數(shù)控軸,比一般主要機床要復(fù)雜的多,這就造成了其制成本較高,國內(nèi)生產(chǎn)廠家對輔機的重視不夠,不愿意花高價購買。鑒于復(fù)雜程度、利潤等等方面的考慮,使得國內(nèi)機床制造廠家對倒角機床的制造和研發(fā)熱情不高,目前國內(nèi)僅有數(shù)家制造廠家能夠制造數(shù)控倒角機床,間接導(dǎo)致國內(nèi)倒角機床的性能遠遠落后于國外機床,特別是對于異性倒角的理論計算和調(diào)整十分困難Ⅲ。
無論是倒角形式、倒角機床還是檢測倒角的方法,目前國內(nèi)的情況是:
國家沒有國家標準,行業(yè)也沒有行業(yè)標準,甚至企業(yè)沒有企業(yè)標準,導(dǎo)致企業(yè)、用戶、機床制造廠家之間交流與合作比較困難。鑒于倒角加工存在的問題,國內(nèi)很多學(xué)者對其進行了研究,天津大學(xué)機械學(xué)院結(jié)合天津某同步器廠對于同步器內(nèi)外花鍵齒端倒角加工的問題,開發(fā)了一套參數(shù)計算與仿真系統(tǒng)(在本文以下內(nèi)容中稱為原系統(tǒng)),在一定程度上解決了部分倒角形式的加工問題。本文將以其為基礎(chǔ),對其作進一步補充和完善,并從機床本身出發(fā),設(shè)計解決該系統(tǒng)在實際應(yīng)用時未能解決的一些難題最后將該系統(tǒng)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,建立基于web的計算仿真系統(tǒng),力圖在現(xiàn)有的技術(shù)條件下,進一步提高加工精度,縮短機床調(diào)整時間,提高勞動生產(chǎn)率。
二、國外現(xiàn)狀
對美國產(chǎn)齒輪的研究發(fā)現(xiàn),美國無論是通用公司,還是博格華納,
GE.BUCYRUS,ALLISON,TEREX,CAT,等公司,生產(chǎn)的無論是閉式或開式的齒輪,均對其
經(jīng)行倒角,雖然美國尚沒有統(tǒng)一的齒輪倒角國家標準,但是各公司對齒輪倒角有著相
同的共識——必須倒角,并按各自公司的有關(guān)標準進行實施。國外對這一技術(shù)的應(yīng)用
十分重視,足以表明齒輪倒角的重要性和必要性。
近4~5年來.國際上齒輪加工機床行業(yè)已逐步形成Gleason/Pfauter/Hugh集團、
Kapp/Niles集團、SigmaΣPool集團、Samputensili/Modul集團等幾大跨國集團。可向用戶提供成套齒輪加工技術(shù)與裝備。
三、目前趨勢
進入 21 世紀,我國經(jīng)濟與國際全面接軌,進入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機床制造業(yè)既面臨著機械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機,也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力,加速推進倒角機床的發(fā)展是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對倒角機床的大量需求以及計算機技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的飛速進步,倒角機床的應(yīng)用范圍還在不斷擴大,并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。本文簡要分析了倒角機床高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等發(fā)展趨勢,并提出了我國倒角機床發(fā)展中存在的一些問題。
1.高速化
隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用,對倒角機床加工的高速化要求越來越高。
(1)主軸轉(zhuǎn)速:機床采用電主軸(內(nèi)裝式主軸電機),主軸最高轉(zhuǎn)速達 200000r/min;
(2)進給率:在分辨率為 0.01μm 時,最大進給率達到 240m/min 且可獲得復(fù)雜型面的精確加工;
(3)運算速度:微處理器的迅速發(fā)展為倒角機床系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障,開發(fā)出 CPU 已發(fā)展到 32 位以及 64 位的倒角機床系統(tǒng),頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運算速度的極大提高,使得當分辨率為 0.1μm、0.01μm 時仍能獲得高達 24~240m/min 的進給速度;
(4)換刀速度:目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在 1s 左右,高的已達 0.5s。德國 Chiron 公司將刀庫設(shè)計成籃子樣式,以主軸為軸心,刀具在圓周布置,其刀到刀的換刀時間僅 0.9s。
2 高精度化
倒角機床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度,機床的運動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視。
(1)提高 CNC 系統(tǒng)控制精度:采用高速插補技術(shù),以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給,使 CNC 控制單位精細化,并采用高分辨率位置檢測裝置,提高位置檢測精度(日本已
開發(fā)裝有 106 脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器的交流伺服電機,其位置檢測精度可達到
0.01μm/脈沖),位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法;
(2)采用誤差補償技術(shù):采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù),對設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結(jié)果表明,綜合誤差補償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少 60%~80%;
(3)采用網(wǎng)格解碼器檢查和提高加工中心的運動軌跡精度,并通過仿真預(yù)測機床的加工精度,以保證機床的定位精度和重復(fù)定位精度,使其性能長期穩(wěn)定,能夠在不同運行條件下完成多種加工任務(wù),并保證零件的加工質(zhì)量。
3 功能復(fù)合化
復(fù)合機床的含義是指在一臺機床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心、車銑復(fù)合——車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等;工序復(fù)合型機床如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機床進行加工,減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差,提高了零件加工精度,縮短了產(chǎn)品制造周期,提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能力,相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。
加工過程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國 Index 公司最新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu),該加工中心能夠完成車削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序,可完成復(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機械加工要求的不斷提高,大量的多軸聯(lián)動倒角機床越來越受到各大企業(yè)的歡迎。
在 2005 年中國國際機床展覽會(CIMT2005)上,國內(nèi)外制造商展出了形式各異的多軸加工機床(包括雙主軸、雙刀架、9 軸控制等)以及可實現(xiàn) 4~5 軸聯(lián)動的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動高速銑削中心等。
4 控制智能化
隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求,倒角機床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)加工過程自適應(yīng)控制技術(shù):通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息,利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進行識別,以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài),并根據(jù)這些狀態(tài)實時調(diào)整加工參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速、進給速度)和加工指令,使設(shè)備處于最佳運行狀態(tài),以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運行的安全性;
(2)加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇:將工藝專家或技師的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律,用現(xiàn)代智能方法,構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”,利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù),從而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準備時間的目的;
(3)智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù):根據(jù)已有的故障信息,應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實
現(xiàn)故障的快速準確定位;
(4)智能故障回放和故障仿真技術(shù):能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息,對倒角機床發(fā)生的各種錯誤和事故進行回放和仿真,用以確定錯誤引起的原因,找出解決問題的辦法,積累生產(chǎn)經(jīng)驗;
(5)智能化交流伺服驅(qū)動裝置:能自動識別負載,并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng),包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機及負載的轉(zhuǎn)動慣量,并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化和調(diào)整,使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行;
(6)智能 4M 倒角機床系統(tǒng):在制造過程中,加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑,將測量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、機器操作(Manipulator)四者(即 4M)融合在一個系統(tǒng)中,實現(xiàn)信息共享,促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。
5 體系開放化(1)向未來技術(shù)開放:由于軟硬件接口都遵循公認的標準協(xié)議,只需少量的重新
設(shè)計和調(diào)整,新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容,這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期;
(2)向用戶特殊要求開放:更新產(chǎn)品、擴充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求;
(3)倒角機床標準的建立:國際上正在研究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標準
ISO14649(STEP-NC),以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制,能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型,從而實現(xiàn)整個制造過程乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標準化。標準化的編程語言,既方便用戶使用,又降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗。
6 驅(qū)動并聯(lián)化
并聯(lián)運動機床克服了傳統(tǒng)機床串聯(lián)機構(gòu)移動部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷,在機床主軸(一般為動平臺)與機座(一般為靜平臺)之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機構(gòu)驅(qū)動,通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應(yīng)自由度的運動,可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動倒角機床加工、裝配和測量多種功能,更能滿足復(fù)雜特種零件的加工,具有現(xiàn)代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點。
并聯(lián)機床作為一種新型的加工設(shè)備,已成為當前機床技術(shù)的一個重要研究方向,受到了國際機床行業(yè)的高度重視,被認為是“自發(fā)明倒角機床技術(shù)以來在機床行業(yè)中最有意義的進步”和“21 世紀新一代倒角機床加工設(shè)備”。
7 極端化(大型化和微型化)
國防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良
好的倒角機床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是 21 世紀的戰(zhàn)略技術(shù),需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備,所以微型機床包括微切削加工(車、銑、磨)機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。
8 信息交互網(wǎng)絡(luò)化
對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說,使倒角機床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能,以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享,又能實現(xiàn)倒角機床的遠程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理,還可實現(xiàn)倒角機床裝備的數(shù)字化服務(wù)(倒角機床機床故障的遠程診斷、維護等)。例如,日本 Mazak 公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔(e-Tower)的外部設(shè)備,包括計算機、手機、機外和機內(nèi)攝像頭等,能夠?qū)崿F(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能,是獨立的、自主管理的制造單元。
9 新型功能部件
為了提高倒角機床各方面的性能,具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括:
(1)高頻電主軸:高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成,具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點,在各種新型倒角機床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用;
(2)直線電動機:近年來,直線電動機的應(yīng)用日益廣泛,雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng),但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用,機械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化,機床的動態(tài)性能有了提高。如:西門子公司生產(chǎn)的 1FN1 系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機床以及動態(tài)性能和運動精度要求高的機床等;德國 EX-CELL-O 公司的 XHC 臥式加工中心三向驅(qū)動均采用兩個直線電動機;
(3)電滾珠絲桿:電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成,可以大大簡化倒角機床的結(jié)構(gòu),具有傳動環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點。
中國作為一個制造大國,主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢,而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的倒角機床產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀,應(yīng)該抓住機會不斷發(fā)展,努力發(fā)展自己的先進技術(shù),加大技術(shù)創(chuàng)新與人才培訓(xùn)力度,提高企業(yè)綜合服務(wù)能力,努力縮短與發(fā)達國家之間的差距。力爭早日實現(xiàn)倒角機床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變,實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強國的轉(zhuǎn)變。
作為一名大學(xué)生,我還不具備設(shè)計出以上那么先進的倒角機床,所以我設(shè)計的是簡易齒輪自動倒角機,以達到齒輪倒角目的。
審 核意見
指導(dǎo)教師評閱意見(對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱)
簽字: 年 月 日
教研室主任意見
簽字: 年 月 日
學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見
簽字: 年 月 日
公章:
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