两坐标移动运动平台的设计及其滚珠丝杠副的CAD-开题报告

1两坐标移动运动平台的设计及其滚珠丝杠副的CAD开题报告班级（学号）机械10042010010107姓名刘攀指导教师王科社一、综述1、本课题研究意义本设计所设计的X-Y工作台采用了低摩擦的直线滚动导轨和精密的滚珠丝杠。工作原理是通过PLC来控制步进电机，使X-Y工作台实现了数控控制。工作台的自动化能大大减轻劳动强度，提高劳动生产效率。本设计的X-Y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统，其结构简单，实现方便而且能保证一定的精度。通过微机控制技术的简单的应用，实现对机床的控制，使机床的加工范围扩大，精度和可靠性进一步提高。不但可以提高加工精度和生产率，而且能有效的适应多种品种，小批量的市场需求，使之更有效的发挥经济效益和设计效益。同时开发滚珠丝杠的计算机辅助设计平台，使设计人员可以通过输入丝杠的结构以及参数就可以绘图，保存新丝杠的数据，直接根据数据库中储存的数据绘图等，从而大量减轻设计人员的绘图工作，提高工作效率，缩短开发周期。2、综述根据中央关于“调结构、转方式”的战略部署和机床工具行业“十二五”发展规划，发展中高档数控机床是我国机床工具行业近期的工作重点。现代机床业的发展日益向着自动化、高速化、精密化、柔性化、智能化的方向发展,主机技术水平不断提高，要求配套功能部件也必须迅速提高自身水平。滚珠丝杠副作为主要的传动部件之一,已有50多年的发展历史,但其大规模的应用却是近20多年的事情。随着机床性能及数控化要求的不断提高,中高档滚动功能部件自配率进一步提高已经成为行业发展的必然趋势，国产中高档滚动功能部件面临极佳的发展机遇。因此抓住当前发展机遇，提升国产滚动功能部件技术创新化水平、产业规模化水平、市场拓展化水平，全面迎接挑战，已经成为滚动功能部件行业发展的重中之重。厂家在生产滚珠丝杠的时候首先要换取改产品的数据以及各种参数，然后用CAD软件绘制出产品的二维图或三维图，这一过程涉及众多的数据以及重复性的绘图工作，投入大量的绘图人员。现在滚珠丝杠每个厂家基本都已经形成了自己的规格标准，甚至螺母的安装连接尺寸已形成了专业标准（ZBJ51005--89），这种前期大量的绘图时间的投入就可以规避了。随着滚珠丝杠越来越标准化，为计算机辅助设计提供了有力的条件。为了提升滚动部件技术产业规模化水平、市场拓展化水平，为滚珠丝杠建立一个智能化的CAD（计算机辅助平台），定制满足自身要求的CAD系统，对CAD进行二次开发是十分必要的。这样可以节省大量的图样2绘制时间，缩短生产周期，提高生产效率。CAD软件的二次开发是指在现有的软件基础上,为了提高和完善软件功能,使之更加符合用户需求,而对软件做的开发工作。其目的是提高设计质量和效率,充分发挥通用CAD软件的价值。二次开发将应用对象的设计规范、构造描述、设计方法等以约束关系的形式集成到通用CAD平台中去,以使应用对象的设计智能化、集成化。作为目前国内用户使用最为广泛的计算甲辅助软件如AutoCAD和Pro/E，二者都提供了多种二次开发方式以供用户选择。因此，利用CAD二次开发方法来解决上述我国滚珠丝杠副存在的种种问题将是一个很好的途径。3、本课题的研究现状滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。1940年，美国开始成批生产用于汽车转向机构的滚珠丝杠副，1943年，滚珠丝杠副开始用于飞机上。精密螺纹磨床的出现使滚珠丝杠副在精度和性能上产生了较大的飞跃，随着数控机床和各种自动化设备的发展，促进了滚珠丝杠副的研究和生产。从50年代开始，在工业发达的国家中，滚珠丝杠副生产厂家如雨后春笋般迅速出现，例如：美国的WARNER-BEAVER公司、GM-SAGINAW公司；英国的ROTAX公司；日本的NSK公司、TSUBAKI公司等。我国早在50年代末期开始研制用于程控机床、数控机床的滚珠丝杠副。40多年来，由于滚珠丝杠副具有高效率、高精度、高刚度等特点，被广泛应用于机械、航天、航空、核工业等领域。现在，滚珠丝杠副已成为机械传动与定位的首选部件。由于滚珠丝杠副的使用不断普及，使用领域不断扩大，对滚珠丝杠副的要求也越来越多，普通规格的滚珠丝杠副已远远满足不了使用要求，如航天航空领域、小型精密测试装置、电子仪器以及半导体装置等基本上都需要公称直径d0≤12mm，导程Ph=0.5～2.5mm的微型滚珠丝杠副。日本NSK公司已开发出公称直径d0=4mm，导程Ph=0.5mm的世界最小导程微型滚珠丝杠副。半导体插件装置、小型机器人等需要微型大导程滚珠丝杠副，以满足高速驱动要求。随着机械产品向高速、高效、自动化方向发展，工业机器人、数控锻压机械、加工中心以及机电一体化自动机械等，其进给驱动速度不断提高，大导程滚珠丝杠副的出现，满足了高速化的要求。日本NSK公司已开发出公称直径×导程为：15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm、25mm×80mm超大导程滚珠丝杠副，快速进给速度达180m/min。近年来，我国的数控机床发展很快，产量上有了一个大的飞跃，，2003年数控金切机床产量达36813台，是2000年14053台的2.6倍。但是，我国机床工业的整体发展水平和西方发达国家的差距不但没有缩小，反而有进一步拉大的趋势。这一状况已经严重影响和制约了我国关键工业部门的快速发展。为此，在2004年初，国务院领导着重批示了关于加快发展国产3数控机床发展的要求，而对于数控机床的关键核心传动部件——滚珠丝杠副的发展，也相应提上了重要日程。自1964年我国自行研制出第一套滚珠丝杠副以来，随着产品的应用范围的不断扩大及制造水平逐渐提高，滚珠丝杠副制造技术主要经历下面几个发展阶段：1)起步——行业标准的制定（1964-1982年）2)发展——部颁标准的形成（1982-1991年）3)成熟——国家标准的制定（1991-1998年）4)赶超世界潮流（1998年-今）当然，国内滚珠丝杠副发展还不是特别的成熟。目前国内滚珠丝杠副在高速驱动时主要存在的问题是：噪声、温升、精度。解决上述问题首先应从滚珠丝杠副的结构设计开始，对存在的问题采取措施；另一方面，从工艺上解决，通过合理的工艺流程，提高产品的内在质量；选取适当的滚珠丝杠副预紧转矩；减小滚珠丝杠副的预紧转矩的变动量；对滚珠进行改；为滚珠添加保持器；空心强冷；.改进滚珠螺母结构；对滚珠丝杠副实施双电动机驱动，使滚珠丝杠副适应高速驱动的要求。总之，未来滚珠丝杠副将朝着大型、重载、精密的方向发展。滚珠丝杠副的发展及其在各个方面的创新可以实现机械装置的高速化，为机电一体化技术的发展提供了便利的条件。21世纪机电一体化技术将成为机械工业的主角，能带来显著的经济效益和社会效益。结论:随着社会的不断发展，用户对滚珠丝杠副的要求越来越严，要求也多样化，对滚珠丝杠副的优化提出了更严峻的考验，促使国内很多滚珠丝杠生产厂不断提高产品质量、开发新品种，促进工业发展水平的提高以及满足人们的需求。CAD(ComputerAidedDesign,计算机辅助设计)技术开始于20世纪50年代。在发展初期，CAD的含义仅仅是ComputerAidedDrawing(orDrafting)。60年代后，随着计算机软硬件技术的发展，CAD技术得到了快速发展。它经历了从二维模型、三维线框模型、曲面模型、实体模型、产品模型、特征模型直至最新的生物模型，从静态设计到以参数化特征造型为基础的动态设计的发展过程。CAD技术是先进制造技术的重要组成部分，也是提高设计水平、缩短开发周期、增强行业竞争能力的一项关键技术。采用CAD技术进行产品设计不但可以使设计人员“甩掉图板”，更新传统的设计思想，实现设计自动化；还可以使企业由原来的串行式作业变成并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理机制。如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD技术进行产品设计，而且投入了大量的人力及资金进行CAD软件的开发，以保持技术上的领先地位和国际市场上的优势。我国CAD技术的研究始于70年代初期。80年代中期以来，部分大中型企业和研究所开始采用CAD技术。到目前为止，CAD技术已在很多企业得到实施，特别是90年代以后，PC机的性能价格比大幅度提高，中小型企业开始引进CAD系统。从国内使用的情况来看，4虽然取得了一些可喜的成就，但并不容乐观。目前的国内CAD的应用主要有以下问题和不足：1）将CAD作为辅助绘图工具。目前许多企业的图形CAD系统只能将设计过程的最后阶段——绘图阶段搬到计算机上，设计过程仍在设计师的头脑中完成，没真正发挥出CAD的功能。2）产品和零部件的标准化不足。由于没注重零部件的标准化工作，越来越多的零件流入生产流程，造成零件数量的无限制增长。3）集成化程度不高。CAD/CAM/CAE的集成度不高，模型信息、设计信息和加工信息之间的共享程度低。4）缺乏完善的数据管理系统和过程管理系统。由于缺乏完善的数据管理和过程管理，企业的大量数据和设计过程得不到有效的控制和管理，使得设计任务间的等待时间长，各部门之间的信息传递速度缓慢，数据一致性差，安全性差。根据抽样调查，国内已引进的CAD系统利用率高、效益好的单位大约只有20%。而据统计，工程设计中绘图工作只占整个设计工作量的18%，设计者的大部分精力还要花在资料检索及设计思考上。如果能在引进的原始CAD系统基础上，根据本企业或行业的常规性产品或工程设计的实际需要，将设计手册、制造手册中的各种数据、典型的结构、计算方法与公式及产品标准、技术要求、外构件、原材料的样本、手册，本企业或行业产品的典型结构、经验数据、工装情况等方面的资料、数据、图形等与现有CAD系统有机地融合起来，使设计人员从繁重的重复劳动中解放出来，做到数据共享；甚至更一步，将本企业或行业多年来的设计经验总结出来，形成有特色的设计规范、设计方法、典型结构、标准、通用零部件、功能模块，并相应地在CAD系统内建立起数据库、图形库、方法库、知识库及其应用程序，从而真正发挥CAD系统的效用和优越性。CAD二次开发的意义不仅在于提高设计效率，而且还是提高产品设计质量的重要途径，是提升CAD应用水平的重要手段。CAD的二次开发，就是用户使用AutoCAD提供的相关编程软件，按照自己的需要，通过编程的方式，去组合一些相对简单或者基本的命令，使之成为一个相对复杂的由简单命令构成的”命令集合”。通过运行该”命令集合”，可以实现快速自动的作图，这样一来，节省了作图时间，提高了作图效率。AutoLISP是一种程序开发语言，VisualLISP是为加速AutoLISP程序开发而设计的软件开发工具，是一个完整的集成开发环境，在VisualLISP环境下可以便捷高效地开发AutoLISP程序，利用AutoLISP可以进行各种工作的分析计算，自动绘制复杂的图形，驱动对话框，控制菜单，定义新的命令，为AutoCAD扩充智能化、参数化的功能。本课题选用数控加工中心滚珠丝杠副的零件图和装配图作为研究对象，通过AutoLISP编程，生成独立的菜单，弹出对话框，接受用户输入的数据，自动运算，自动绘图，使繁琐的绘图标注与复杂的分析计算由程序来完成，快捷方便，实现图形参数化及智能化，分析计5算与绘图一体化，提高产品的自动化，研究对AutoCAD的二次开发。二、研究内容本文依照当前国内外两坐标运动平台、滚珠丝杠以及CAD的二次开发的研究现状和生产厂家的需求，查阅了大量的相关文献，主要工作如下几个方面：设计内容包括：（1）两坐标移动运动平台的机械结构设计；（2）两坐标移动运动平台的的运动与动力学分析计算；（3）关键零部件的工作能力计算；（4）滚珠丝杠副计算机辅助设计。通过毕业设计，设计出两个坐标运动的工作平台；对滚珠丝杠副及其零部件进行参数化设计和绘图。三、实现方法及预期目标1实现方法按照工程化原则，二次开发的基本流程可概括为系统分析、系统设计、程序编写、系统测试4个阶段：(1)系统