毕业设计开题报告
高刚度数控机床的主轴箱系统结构设计
1课题的背景及意义
1）课题背景
金属切削机床（Metalmachinetools）是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所有又称为“工作母机”或“工具机”，习惯上简称机床。
在现代机械制造工业中，加工机器零件的方法有多种，如铸造、锻造、焊接、切削加工和各种特种加工等。切削加工是将金属毛坯加工成具有较高精度的形状、尺寸和较高表面质量零件的主要加工方法。在加工精密零件时，目前主要还是依靠切削加工来达到所需加工的精度和表面质量。因此，金属切削机床是加工机器零件的主要设备。它所负担的工作量，约占机器总制造工作量的40%~60%。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。
机床的“母机”属性决定了它在国民经济中的重要地位。机床工业为各种类型的机械制造厂提供先进的制造技术与优质高效的机床设备，促进机械制造工业的生产能力和工艺水平的提高。机械制造工业肩负着为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务，即为工业、农业、交通运输业、科研和国防等部门提供各种机器、仪器和工具。为适应现代化建设的需要，必须大力发展机械制造工业。机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础。机床工业则是机械制造工业的基础。一个国家机床工业的技术水平，在很大程度上标志着这个国家的工业生产力和科技发展水平。显然，金属切削机床在国民经济现代化建设中起着重大的作用。
80年代是数控机床、数控系统大发展的时代。到80年代末全世界数控机床的年产量超过10万台。这个发展大潮，方兴未艾。随着计算机技术的迅速发展，32位微处理器的出现，开辟了机床数控技术革命性发展的新时代。它显著地提高了数控机床的速度，加工精度以及功能。数控技术的发展使机床结构发生重大变革。主传动系统采用直流或交流调速电机，主轴可实现无级调速，同时又简化了传统链。由于不需人工操作，可以充分利用刀具的切削性能，不用担心切削飞出伤人，所以主轴转速提高了。
我国的机床工业是在新中国成立后建立起来的。解放后40多年来，我国机床工业获得了高速发展。目前我国已形成了布局比较合理、比较完整的机床工业体系。机床的产量不断上升，机床产品除满足国内建设的需要外，而且有一部分已远销国外。我国机床的性能也在逐步提高，有些机床已经接近世界先进水平。但总体上与世界水平还较大差距，主要表现为：
1、高精度的和超精密加工技术还不能满足现代化科技发展的需要。2、缺少高效自动化和数控化、柔性化的制造技术和设备。3、产品质量不稳定，精度保持差，使用寿命短。
4、对机床的基础理论的研究落后，生产管理水平和人员素质不高。2）课题意义
一、我国机床已经取得很大成就，但与世界先进水平相比还有较大差距。主要表现在：大部分高精度和超精密机床的性能还不能满足要求，精度保持性也比较差，特别是高效自动化和数控化机床的产量、技术水平和质量等方面都明显落后。国外已经做到15~19轴联动，分辨率达0.1~0.01m，而我国只能做到5~6轴联动，分辨率为1m。
二、主轴组件是机床的一个重要组成部分。主轴组件由主轴、轴承、传动件（如齿轮、带轮）和固定件（如螺母）等组成。机床工作时，由主轴加持着工件（车床）或刀具（钻床、镗床、铣床、磨床等）直接参加表面成形运动。所以，主轴组件的工作性能，对加工质量和机床生产率，有重要影响。
2课题的研究工作要达到的目标
一、在一定的载荷与转速下，主轴部件保证工件（或刀具）精确而稳定地绕其轴线作旋转运动，并且要求在静态、动态和热态的条件下能长期保持这一性能。
二、主轴箱除应保证运动参数外，还应该具有较高的传动效率，传动件具有足够的强度或刚度，噪声要低，振动要小，操作方便，具有良好的工艺性，便于检修，成本较低，防尘，防漏，外形美观等。
3课题研究的主要内容
3.1课题设计(或研究)的基本原理及技术方案
通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计，在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。
3.2可行性分析
影响数控机床加工精度的因素有很多，本课题主要研究主轴箱及主轴部件，主轴部件是机床实现旋转运动的执行件（执行主运动、圆周进给运动）。大多数机床都有主轴部件，有些机床还不止一个，如多轴机床和某些磨床。
主轴部件的作用是夹持工件或刀具，直接参与工件表面的成形运动，并在一定的转速下传递扭矩、承受载荷。因此主轴部件的工作性能对加工工件质量和生产率影响很大，是机床的最重要部件之一。
另外，我们可以注意到现代机床发展的一个趋势，就是机床功能部件化了，每个功能部件都是独立存在的，机床生产厂根据市场需要设计与制造各种功能部件。以数控车床为例，典型的功能部件可以是尾架、多种类型的转塔刀架和下刀架以及主轴分度机构等等。如果能加强对主轴部件的研究及其性能的提高，那么就可以再次提高机床加工精度。
3.3课题主要解决的技术关键问题及创新点
本课题：高刚度数控机床的主轴箱系统结构设计涉及到较多技术问题，就最关键的问题，如下列出：
一、
对主轴组件的基本要求，旋转精度、静刚度、抗振性、温升和热变形、耐磨性。
主轴的旋转精度指的是装配后，在无载荷、低转速转动的条件下，主轴安装工件或刀具部位的景象和轴向跳动；静刚度则反映了机床或部、组、零件抵抗静态外载荷的能力；抗振性会影响工件的表面质量，刀具的耐用度和主轴轴承的寿命，还会产生噪声，影响工作环境；温升使润滑油的粘度下降；主轴组件必须有足够的耐磨性，以便长期地保持精度。易磨损的部位是轴承和安装夹具刀具或工件的部位。
二、
对主轴轴承的选择，其中要考虑到精度、转速、寿命、刚度。
由于轴承的工作精度主要决定于旋转精度，壳体孔和主轴颈是根据一定的间隙和过盈要求配作的，因此，轴承内、外径的公差即使略宽也并不影响工作精度，但是却可以降低成本；轴承的最高转速，决定于轴承的类型，负荷，间隙的调整，允许的温升，选用的润滑剂和润滑方式。可通过试验决定；决定轴承寿命的是疲劳点蚀和磨损降低精度。对于重载或高速主轴，轴承失效可能是由于表层疲劳；滚动轴承的刚度不是一个定值，而是载荷的函数，它随着载荷的增长而增长。
三、
就主轴本身，要解决主轴的构造、材料和热处理、主轴相关的技术要求等问题。
为了提高刚度，主轴的直径应尽量大些。前轴承至主轴前端面的距离成为悬伸。悬伸量应尽可能地小些。主轴的材料，主要应根据耐磨性、热处理方法和热处理后的变形选择。
四、
提高主轴组件性能的一些措施，提高精度，控制温升，提高转速，减少热变形，
改善动态特性。五、
主轴滚动轴承的润滑剂主轴箱的密封。
3.4课题研究工作的技术路线1、课题申报，拿到设计课题。2、分析课题的可行性，确定工作目标。
3、查找资料，翻阅文献，收集资料，做好调研工作。4、做好设计的开题报告，文献综述等工作。5、进行课题的计算工作。
6、进行课题的总体结构设计并完成相关图纸的绘制。7、编写设计说明书，完成课题的设计工作。
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本科毕业设计（论文）开题报告
题目指导教师院（系、部）专业班级学号姓名期农机零件加工厂设计
日一、选题的目的、意义和研究现状
选题目的和意义：筑工程专业是一个很注重实践和理论相结合的专业，其综合性要求很强，不仅要求学生熟练掌握一些必备的专业知识，也注重对学生具体实践能力和操作能力的培养。作为一名涉工专业的学生，大学四年中，我们学习了三大力学、房屋建筑学、混凝土结构、高层建筑结构和建筑结构抗震等多门专业性十分强的课程，这些课程之间有着密不可分的关系，是相互制约和相互补充的，必须综合起来运用才能真正地指导实际。可是在学习的过程中，我们只是分散地、零星地、按部就班地学习了各门课程的基本知识点，所掌握的知识和技术基本上是零散无章的，没有综合的建筑思想，也没有成熟的建筑知识的框架，难以做到举一反三，把握整体。而建筑专业对整体性和综合性的要求颇高，因此，在毕业之前，我们急需一个机会和平台来整合消化四年来的专业积累，把零散的知识融合成一种文化和素质。而毕业设计刚好给我们提供了这样一个平台，能让我们在全面温习四年所学的基础上，将其融会贯通，并通过查阅建筑规范以及相关的资料，对我们的专业知识进行补充和调整，提高我们的综合素质和工作能力。因此，我认为，毕业设计的目的和意义可以概括为以下几个方面：1、毕业设计是一次综合性的学习和创新，在这个过程中，我们不仅需要温故知新，更需要在已掌握的专业知识的基础上，广泛地搜集查阅资料，筛选出有用的信息，从而针对自己的设计任务提出切实可行的方案。并认真对照规范和设计要点，选择正确的设计方法。在这个过程中，我们将经历结构选型、建筑设计、结构设计，考虑采光、温度、消防、交通等要求，完成总平面设计、平面设计、立面设计、剖面设计、大样设计和建筑节点设计，进行结构的具体布置、计算荷载和汇总，并对每一个构件进行内力计算和截面设计。这些复杂的设计任务将极大地提升我们的学习能力和动手能力，调动学习的积极性，而且提供了一个良好的综合各门知识的机会，是对大学知识的一次完美整合、消化和补充。2、毕业设计是一个自主的学习过程，在设计过程中，虽然有老师的指导，但毕竟设计的全部任务都是需要学生独立自主地完成的，而且在设计过程中，我们会不断地发现自己在专业方面的欠缺和不足，或者是在设计后期不断发现前期由于某种原因采取的方法不当而需要重新修改，甚至是遇到一些综合性较强的难题，习惯于解答单一学科问题的我们会束手无策，百思不得其解。这些问题的出现必然会阻碍设计的进行，而要克服这些困难，我们就必须主动地、广泛地查阅资料，相互讨论、请教，在这个自主的学习过程中，我们可以明显地改善自己的自学能力、研究能力和解决问题的能力，也能培养一种勤奋刻苦、认真钻研的学习精神。3、毕业设计是一个独立的实践机会，给我们提供了一个良好的理论结合实践的平台，在设计中，我们不仅要熟悉设计原理和设计原则，也要认真钻研各种设计规范，技术文献和图集，并结合施工方法，采取一种恰当的设计方案。同时，设计中时常涉及到计算机制图、Office文件的编写，实践性和综合性相当强。除此之外，建筑方面的理论知识和具体的实践是相互补充的，许多方面都需要全方位地考虑，这就要求我们有良好的专业知识基础，并懂得如何采取正确的方法使设计方案切实可行。在这样一种理论结合实践的过程中，我们的专业素养会有很大的提高，实践能力也能得到较充分的锻炼。4、我的毕业设计题目是单层工业厂房，这种结构专业书中讲述的不是很多，但实际工程中很常见。因此，这次设计对我来说既是一个挑战，也是一次机遇，给我进一步了解单层厂房结构提供了很好的机会，相信通过这次设计，我对工业建筑会有一个更清楚、明朗的认识！也会为以后的工作和学习奠定坚实的基础！综上所述，毕业设计是一个对大学知识进行整合和系统运用的好机会，也是创新思维发展的广阔平台，通过毕业设计，我们可以学到更多、更新、更实用的建筑知识，并将知识应用到具体实践中去，做到学以致用。在设计过程中，我们能很好地提高自己学习的主动性，更确切地知道自己的欠缺和不足所在，同时也对自己的知识和能力有一个初步的定位，为踏上工作岗位和将来发展做好准备。研究现状：单层厂房是指工业厂房中，层数为一层的厂房。由于其造价低，可重复利用等特点使其应用很广，比如说，五金塑胶，机械设备，印刷纸品，模具等行业。其结构型式主要有排架结构和刚架结构两种。排架结构有屋面（或屋面梁），柱和基础组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。根据生产工艺和使用要求的不同，排架结构可做成等高，不等高和锯齿形等多种形式，其跨度可超过30m，高度可达20~30m或者更高，吊车吨位可达150t甚至更大，传力明确，构造简单，施工亦较方便。刚架结构是柱与横梁刚体接成一个构件，柱与基础通常为铰接。优点是梁柱合一，构件种类少，制作较简单，且结构轻巧。当跨度和高度较小时，其经济指标稍优于排架结构。刚架的缺点是刚度较差，承载后会产生跨变，梁柱转角处易产生早期裂缝，所以对于有较大吨位吊车的厂房，刚架的应用受到一定的限制。近年来，我国每年完成的建筑工程中，工业建筑占了一半以上，发展迅猛，并正朝着技术密集型发展，其设计体现出节能省地趋势，生态化趋势，高科技化趋势，工业与民用建筑设计的一体化趋势，人性化趋势，多元化趋势，可持续性趋势，文化性趋势。并更加注重设计标准化，构件工业化，施工机械化，随着建筑业的发展，单层厂房的设计和施工正在进入一个崭新的阶段！二、研究方案及预期结果
1、结构选型：根据单层厂房规范要求，该厂房设计本着坚固适用、，经济合理、技术先进的原则，综合考虑消防、采光、温度湿度、交通和绿化的要求，为保证良好的强度、刚度和稳定性，采用屋面+屋架+排架的钢筋混凝土排架结构形式，以承受较大的荷载作用。2、建筑设计总平面图设计：明确建筑物的高度，层数，宽度，长度以及与相邻建筑物的距离，考虑其朝向，采光和交通，并得出建筑物的主要经济指标建筑总说明：包括建筑物各部分的设计原则和施工方法，建筑材料的选取，建筑设计时使用的标准、规范和图集。平面设计：用平面图分标高表示不同平面内的尺寸，如窗台标高处，牛腿截面处，上柱截面处，屋顶排水处和天窗截面处。立面设计：包括正立面图，侧立面图，纵向用1-12轴表示，横轴用A-F轴表示，并表示出外体材料，装饰，门窗位置和尺寸。通过立面图可以直接看出建筑的正面布局，建筑的总高度。剖面设计：绘制特殊部位的剖面图，以直接得到建筑物的某些细部构造，采用一字型横向剖面即可大样设计：主要是指混凝土柱上预埋件的位置和尺寸，以及支撑体系上钢柱的柱上连接。建筑节点设计：散水、台阶、坡道、天沟、窗台和构造缝的节点详图设计。3、结构设计根据单层厂房的特点和功能要求，结构形式采用钢筋混凝土排架结构，阜新地区抗震设防烈度为7度，基本风压为0.5KN/m2，在结构设计中先根据厂房的平面布置画出相应排架的结构尺寸，设计出合适的刚度和稳定性，然后计算恒荷载，活荷载，风荷载和多遇地震作用下的地震作用。然后根据各荷载的大小设计荷载的布置原则，并根据不同的计算方法，计算出各榀排架在不同的荷载作用下的的内力分布情况，再进行内力组合得到组合值。以此为依据对柱、梁和板进行配筋计算，同时查阅规范和相关资料，按结构构件中的箍筋间距和直径等构造要求对构件进行设计。具体包括以下内容：结构布置：根据厂房的使用要求，从强度、刚度和稳定性出发，进行屋面体系的布置，柱网布置和支撑系统的布置荷载计算汇总：分别计算恒荷载、风载、活载和地震荷载内力计算：分别考虑各种荷载作用下结构的内力分布情况，然后按照一定的组合系数进行内力组合，得出最不利的情况屋架设计：可根据内力情况参考图集和相关资料排架设计：内力计算：分别对不同荷载去中部典型排架进行设计荷载效应组合：按照相关的规范要求进行内力组合，得出最不利情况排架截面和构件设计：主要考虑其中混凝土柱为偏心受压构件，钢结构为压弯构件吊车梁截面设计：由于其承受的是动载，不考虑构件的塑形工作能力，利用影响线原理进行分析，得出包络图其他构件如围护构件的设计可以采用构造设计规范4、基础设计：根据结构设计的内力计算结果进行基础的设计，采用柱下桩基独立基础，桩基采用人工挖孔灌注桩。由于厂房的纵向过长，基础布置图中会在适当部位设置变形缝，变形缝两侧基础为偏心受压构件。并且在对地基的计算中应包括基础沉降和软弱层的处理。基础的布置和设计过程在结构设计说明书中应有详细说明。5、主要解决问题：建筑方面：(1)总平面的合理布局。（2）根据厂房使用功能合理布置平面。(3)严格按照建筑设计防火规范进行平面布置。(4)绘制不同标高处的平面图。（5）有组织排水、通风等设计。结构方面：（1）重力荷载、活载、风载和地震作用的计算；（2）水平作用下和竖向荷载作用下的内力计算；（3）内力组合；（4）梁柱截面设计以及配筋计算；（5）楼梯及楼板设计。6、论文框架：1.前言2.中文摘要3.英文摘要4.目录5.正文6.结论；7.致谢；8.参考文献；9.附录。7、预期结果：通过毕业设计这个过程，使我们能够在预期时间内独立完成一幢建筑物的设计，很好的编写设计计算书及绘制施工图。能把理论与实际结合起来考虑问题，锻炼和提高自己的基本创新能力和科研能力。三、研究进度
第1-2周：选题、开题、收集资料第3-5周：选择建筑方案、绘制建筑施工图第6-11周：进行结构计算及计算书的编制和整理第12-13周：绘制结构施工图第14-15周：设计审查及修改第16周：评阅第17周：答辩四、主要参考文献
[1].中华人民共和国国家标准.建筑结构设计统一标准（GBJ68-84）.北京：中国建筑工业出版社，1984[2].中华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范（GBJ9-87）.北京：中国建筑工业出版社[3].中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范（GB50010）[4].中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范(GB50011-201*),北京：中国建筑工业出版社，201*[5].中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范（GB50000）[6].中华人民共和国行业标准.五粘结预应力混凝土结构技术规程.北京：中国计划出版社，1993[7].中华人民共和国行业标准.钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程
五、指导教师意见
指导教师签字：
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