挤出螺杆铣削加工机床改装设计【文献综述】.doc

1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 挤出螺杆铣削加工机床改装设计 前言 我国的机床业是装备工业的基本生产手段 ,可以说机床工业是关系国计民生、国防建设的基础工业和战略性产业 ,尤其是在我国的改革开放以后 ,我国的工业得到了较大的发展 ,工业的发展离不开机床业的发展 ,可以说我国现在建立起了较大的规模、较完整的机床体系 , 我国机床工具行业为国民经济建设提供了大量的技术和装备支撑，但 “ 只大不强 ” 困局仍待突破。低端产品产能过剩，高端产品主要依赖进口依然存在，高性能数控系统和功能部件的发展滞后于主机，并已成为制约数控机 床产业发展的瓶颈。自主创新能力不强，基础、关键、共性技术尚未完全

2、掌握，以企业为主体，产学研用相结合，开放式、社会化的研发体系建设尚处于探索阶段。中国机床产业还没有实现由生产制造向服务制造模式的转型，尤其是工程集成能力弱，为汽车等重点行业核心制造领域提供成套生产线还处于起步阶段；产业集中度不高，高端人才不足已成为制约数控机床产业快速、可持续发展的深层次原因。 1机床 机床是将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为”工作母机”或”工具机”，习惯上简称机床。现代机械制造中加工机械零件的方 法很多：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。在一般的

3、机器制造中，机床所担负的加工工作量占机器总制造工作量的 40 -60，机床在国民经济现代化的建设中起着重大 作用。 金属切削机床可按不同的分类方法划分为多种类型。 按加工方式或加工对象可分为车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、花键加工机床、铣床、刨床、插床、拉床、特种加工机床、锯床和 刻线机 等。每类中又按其结构或加工对象分为若干组，每组中又分 为若干型。 按工件大小和机床重量可分为仪表机床、中小型机床、大型机床、重型机床和超重型机床。 按加工精度可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。 按自动化程度可分为手动操作机床、半自动机床和自动机床。 按机床的自动控制方式，可分为仿形

4、机床、程序控制机床、数字控制机床、适应控制机床、加工中心和柔性制造系统。 按机床的适用范围，又可分为通用、专门化和专用机床。 专用机床中有一种以标准的通用部件为基础，配以少量按工件特定形状或加工工艺设计的专用部件组成的自动或半自动机床，称为组合机床。 对一种或几 种零件的加工，按工序先后安排一系列机床，并配以自动上下料装置和机床与机床间的工件自动传递装置，这样组成的一列机床群称为切削加工自动生产线。 柔性制造系统是由一组数字控制机床和其他自动化工艺装备组成的，用电子计算机控制，可自动地加工有不同工序的工件，能适应多品种生产。 。 1. 普通机床：包括普通车床、钻床、镗床、铣床、刨插床等。 2.

5、 精密机床：包括磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床和其他各种精密机床。 3. 高精度机床：包括坐标镗床、齿轮磨床、螺纹磨床、高精度滚齿机、高精度刻线机和其他高精度机床等。 4.数控机床：数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有 程序控制系统 的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。 5.按工件大小和机床重量可分为仪表机床、中小型机床、大型机床、重型机床和超重型机床。 6.按加工精度可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。 7.按自动化程度可分为手动操作机床、半自动机床和自动机床。 8.按机床的控制方式，可分为仿形机床、程

6、序控制机床、数控机床、适应控制机床、加工中心和柔性制造系统。 9.按机床 的适用范围，又可分为通用、专用机床。 2.世界机床强国产业现状 德国：创历史新 高 2006 年，德国机床业界的机床生产与服务总值高达 108 亿欧元，增长 4%。在出口方面，截至 2006 年，德国机床制造业已连续 4 年取得上好成绩，仅 2006年前 9 月的出口增幅便高达 13%。来自中国市场的需求超过了美国市场，再度成为德国机床出口的最大海外市场。 与此同时，德国对韩国与印度的机床出口也有出色表现。这标志着亚洲市场的繁荣及其各个行业工业标准的提高。日本用户也在增加对德国机床与技术的订购， 2006 年日本首次跃居

7、德国 15 大出口 市场之一。 进口方面，亚洲的机床生产企业正不断提升技术标准，着力强化其在德国市场中的地位。 2006 年前 3 个季度，德国的机床进口增长率高达 15%，主要增量来自中国、韩国、中国台湾与日本。 2007 年该国机床生产与服务总值还将继续攀升，达 115 亿欧元。如此一来，德国机床制造业将取得历史以来的最好成绩，并有望打破行业在 2001 年所创下的最高记录。 日本：细水长流式的景气复苏 截至 2006 年年底，日本机床业已连续 32个月每月订货额超过 1000 亿日元，超过了上世纪 90 年最高峰时连续 22 个月订货额超过 1000 亿日元 的记录。其他的统计数字为 :

8、2006 年 机床工业 生产总值达 1 兆 2110 亿日元，与订货额基本呈现同样的发展趋势，出口额 9255 亿日元，同比增长 14%，进口额 1356 亿日元，同比增长 26%。 回顾以 2002 年为谷底的本次恢复期的机床工业订货额情况， 2002年为 6758 亿日元，同比增长 14.3%;2003 年为 8511 亿日元，同比增长 25.9%;2004 年为1 兆 2362 亿日元，同比增长 45.2%;2005 年为 1 兆 3632 亿日元，同比增长 10.3%;2006年的订货额远远超出了当初的预测值 1 兆 1200 亿日元，达到 1 兆 4370 亿日元，同比增长 54%，

9、创造了 16 年来的历史新高，继续着细水长流式的景气复苏。 韩国：出口良好，内需萎缩 2006 年韩国机床产业的总产值达到 41.4 亿美元，估计比前年增长了 18%。按阶段可分为：上半年良好、下半年停滞，表现为出口良好、内需萎缩的景象。 按照不同行业需求形态来看，以中小企业为主的铸造模具行业的需求，由于内需的不景气呈现出了全面的萎缩，而电气电子行业没能追加大量的投资，比前年有所减少。然而对业绩辉煌的 造船业 来讲，需求十分活跃，对大型机械的需求大大增加。汽车行业虽然因受到现代汽车公司的罢工影 响多少有所萎缩，但通过汽车厂商的海外拓展及 GM 大宇。 雷诺 三星的投资相对扩大，基本保持了前年的

10、水平。 3.我国机床产业的现状 中国机床产业的现状，用一句话进行概括就是 “ 大而不强 ” 。 1 “ 大 ” 的主要标志是产业规模实现了历史性突破。 纵向比较，主要经济指标连续 8 年实现高速增长。由于市场的拉动，自 2002 年以来，中国机床工具行业已连续 8 年实现高速增长。虽然金融危机对中国的市场需求也产生了一定的影响，但是并没有从根本上改变全行业持续快速发展总的态势。 2009 年全行业完成工业总产值 4014.2 亿元，同比增长 16.1%，比2001 年增长了 6.3 倍，年平均增长 33.6%；完成工业产品销售产值 3922.5 亿元，同比增长 18.7%，比 2001 年增长

11、 6.1 倍，年平均增长 34.1%。机床产量 79.9 万台，同比下降 9%，其中：金切机床产量 58万台，同比下降 13.6%,比 2001 年增长 2 倍，年平均增长 14.8%。数控机床产量 15.3 万台，同比增长 0.4%，比 2001 年增长 7.2 倍，年平均增长 30.1%，其中：金切数控机床产量 14.4 万台，同比下降 0.5%；机床工具产品出口 47.4亿美元，同比下降 33.5%，比 2001 年增长 4.7 倍，其 中：机床出口 14.1 亿美元，同比下降 33%，比 2001 年增长 3.9 倍，年均增长 21.9%。进入 2010 年以来，全行业继续保持产销两旺

12、的势头。上半年完成工业总产值 2424.2 亿元，同比增长 41.4%；工业产品销售产值 2358.7 亿元，同比增长 42%；产销率 97.3%，同比提高 0.4 个百分点；机床产量 47 万台，同比增长 27%（其中数控机床 10 万台，同比增长 50.1%）；机床工具产品出口 31.1 亿美元，同比增长 45.7%，其中机床出口 8.1 亿美元，同比增长 20%。行业利润率同比大幅提高，但利润构成和利润结构应作进 一步分析，所隐含的问题应引起行业关注。 横向比较，在世界机床行业中的地位显著提升，从 2009 年开始，中国已连续8 年成为世界第一大机床消费国和第一大机床进口国。 2009

13、年，在全球机床产业因受金融危机影响出现负增长的特殊背景下，全行业的工业总产值已由全球第三位跃居至首位 ,从而成为世界第一大机床生产国。 2 “ 不强 ” 主要表现在：目前中国机床产业仅仅在规模方面具有相对比较优势，与机床制造强国相比较，在结构、水平、研发和服务能力等方面都还存在明显的差距： 低端产品产能过剩，价格战，高端产品主要依赖进口。2009 年国产 机床的市场占有率虽然已上升至 70.1%，但是进口机床仍高达 59亿美元，其中金切机床 45.6 亿美元，金属成形机床 13.4 亿美元。进口产品几乎都是高档数控机床（包括成套生产线）。可见，针对高端产品的需求，国产机床长期以来一直存在所供非

14、所需，所需不能供的结构性矛盾，目前虽有改善，但仍然没有从根本上改变。 高性能数控系统和功能部件的发展滞后于主机，并已成为制约数控机床产业发展的瓶颈。 自主创新能力不强。基础、关键、共性技术尚未完全掌握，以企业为主体，产学研用相结合，开放式、社会化的研发体系建设尚处于探索阶段。 中国 机床产业还没有实现由生产制造向服务制造模式的转型。尤其是工程集成能力弱，为汽车等重点行业核心制造领域提供成套生产线还处于起步阶段。 产业集中度不高。企业多而散，全行业企业多达 5944 家；主机企业大而不强，小而不精；配套能力弱，产业分工不清晰；与数控机床产业快速发展相适应的产业链体系还不够完善。 高端人才匮乏，尤

15、其是缺少高端数控机床、数控系统和功能部件研发的领军人才；缺少高级技工；缺少具有国际化视野的复合型管理人才。目前，高端人才不足已成为制约数控机床产业快速、可持续发展的深层次原因 。 4.未来机床的发展方向 （ 1）虚拟机床：通过研发机电一体化的、硬件和软件集成的仿真技术，来实现提高机床的设计水平和使用绩效。 （ 2）绿色机床：强调 节能 减排，力求使生产系统的环境负荷达到最小化。 （ 3）智能机床：提高生产系统的智能化、可靠性、加工 精度 和综合性能。 （ 4） e-机床：提高生产系统的独立自主性以及与使用者和管理者的交互能力，使机床不仅是一台加工设备，而是成为企业管理网络中的一个节点。 其中，

16、绿色机床将成为研究热点。将毛坯转化为零件的工作母机，在使用过程中不仅消耗能源，还会产生固体、液体和气体废弃物，对工作环境和自 然环境造成直接或间接的污染。据此，绿色机床应该具有以下特点：机床主要零部件由再生材料制造；机床的重量和体积减少 50%以上；通过减轻移动质量、降低空运转功率等措施使功率消耗减少 30 40；使用过程中产生的各种废弃物减少 50 60%，保证基本没有污染的工作环境；报废后机床材料 100%可回收。据统计，机床使用过程中用于切除金属的功率只占到 25%左右，各种损耗和辅助功能占去大部分。机床绿色化的第一个措施，是通过大幅度降低机床重量和减少驱动功率来构建具有生态效益的机床。

17、绿色机床提出一种全新的概念，大幅减少重量， 力求节省材料，同时降低能耗。 近年来中国的 机床 防市场上出现了一种新的市场：网上市场。这个就是电子商务在传统行业中起到重大作用的一种表现方式，作为全球首个综合行业商业信息集合平台，汇聚各行各业的代销产品展销信息、代理项目招商信息、直销产品供应信息等。具有能同时服务于经销商、代理商、采购商的特点。生意家是经销商、代理商资源最多的网站。其中：展吧更适合代销产品展销，招商更适合代理项目招商，供应更适合产品批零直销具有广告传播功能，比阿里巴巴等 b2b，具有更多的经销商、代理商，较百度等搜索引擎，则是分类信息丰富、销售 和招商功能强，经销商、采购商多 ；

18、5.螺杆专用加工机床 为满足加工不同直径的螺杆，目前国内单螺杆加工机床的布局大致有以下几种方案。 第一种：机床的主轴与刀具回转中心的中心距为固定式机床的主轴与刀具回转中心的中心距为固定式，中心距不可调整。加工几种直径的螺杆就需要几种中心距规格不同的机床。 优点：机床的结构简单。 缺点：每种机床只能加工一种规格的螺杆，当市场上某种规格的压缩机螺杆需要量大时，造成一台机床加工，其他机床闲置。 第二种：机床的主轴箱为可回转式机床可根据加工螺杆直径的大小在加工前把主轴箱旋转一个角 度。这种主轴箱能够回转的机床是对上述第一种机床在使用方法上的改进，与第一种机床的结构基本相同。 优点：机床的结构简单，能适

19、应多种规格螺杆的加工。 缺点 1：主轴箱旋转后主轴回转中心线与刀具回转中心线间的距离不易精确测量。 缺点 2：主轴箱旋转后主轴前端面与刀具的回转中心线间的距离减少，因此加工较大直径的螺杆受到限制。 第三种：机床的主轴箱为横向移动式主轴箱底部与底座之间布置有矩形滑动导轨，主轴箱移动的方向垂直于主轴回转中心线并垂直于刀具回转中心线。主轴箱的动力通过花键轴传给底座内的刀具进给机构。 根据加工螺杆直 径的大小，在加工前用手轮丝杠进给机构把主轴箱移动到适当位置，然后用螺钉将主轴箱固定在底座上。主轴箱的移动距离可用光栅尺检测，位置误差0.005mm. 采用主轴箱可横向移动的一个机床就可以加工直径 95 3

20、85mm 之间任何一种规格的螺杆。 由于加工 95 385mm 直径的螺杆，造成主轴前端面与刀具回转中心线间的距离差值过大，因此在实际应用时设计成两种规格的机床，一个机床加工 95 205mm 直径的螺杆，另一个机床加工 180 385mm 直径的螺杆。 优点：机床能适应多种规格螺杆的加工，每种规格的螺杆不 需要配备相应的加工机床。 缺点：机床的结构和机床的装配较前二种机床复杂，机床的造价也较前二种机床高。 单螺杆加工机床的主传动结构有区别于其他机床的特殊性。为减小或得到合理的传动间隙目前单螺杆加工机床常采用以下两种办法。 第一种：在输出轴上安装抱闸 在刀具旋转输出轴外圆径向对称位置装有抱闸，

21、抱闸前端顶住刀具旋转输出轴的外圆，抱闸为弹簧预紧。 抱闸的工作原理是靠抱闸产生的摩擦力来增大输出轴阻尼，降低轴的旋转灵敏度。 优点是：抱闸结构简单并且不改变原有机床结构，这种方法间接地达到了 减少传动间隙的目的，在实际应用中有一定的效果。 缺点 1：弹簧预紧的抱闸由于对刀具输出轴外圆施加了较大径向力，实际上增大了机床的负载扭距，造成电机功率增大，同时齿轮、轴承磨损加快。 缺点 2：弹簧预紧的抱闸由于对刀具输出轴外圆施加了较大径向力可能对刀具输出轴的几何精度造成负面影响。 第二种：双齿轮传动 把主传动中所有主动齿轮的齿宽增加 1/3 1/2。把所有被动齿轮做成两层结构，一层齿轮是原有齿轮，另一层

22、是用来减少传动间隙的齿轮，它的齿宽约是原有齿轮齿宽的 1/3 1/2。用数个螺钉 将两个齿轮毛坯安装在一起并拧死在再制齿。 制齿后将齿轮装在机床传动轴上，松开齿轮固定螺钉，将约 1/3 1/2 齿宽的齿轮朝着该齿轮旋转运动相反的方向转动齿轮，转动角度的大小以齿轮长期工作、最大温升时齿轮侧隙大于零。 双齿轮传动的工作原理是用双齿轮中较宽的齿轮传递动力，较窄的齿轮起到减少传动间隙的作用。沿着轴心线看调整后的两层齿轮的齿形有微量错位， 结构优点：根据齿轮的实际制造误差、箱体中心距实际加工误差、等因素，调整齿轮的传动间隙使之在一个合理的范围之内，与抱闸结构相比更合理、适用。 结构缺点：由于齿轮齿宽增加

23、，传动轴的轴向尺寸加大，并且箱体上还要留有齿轮调整用的窗口，这种方法只适用于新设计的机床并且增加了机床的制造成本 。 小结 中国生产的挤出成型装备，主要集中在一般中小型通用机械上。大型的、精密的挤出机组主要靠进口。原因是国内螺杆加工企业无法大规模的加工大型的、精密的挤出机组的螺杆。造成这种现象的原因有多方面， 但是国内螺杆加工企业的加工设备落后，加工工艺落后，是主要原因。所以无法加工高精度的螺杆。国外目前已经完全采用数控设备来加工螺杆。使螺杆的精度达到非常高的水平。但是国内 因为资金的原因，完全采用数控设备来加工螺杆的企业非常少。大部分企业采用普通 螺杆机床 来加工。普通 螺杆机床基本是由通用

24、车床改造。 装备制造业是国家工业化、现代化水平和综合国力的重要标志 ,以机床制造业为主体的经济是最不能忽视的因素。它是树立落实科学发展观 ,走新型工业化道路 ,实现国民经济可持续发展的战略举措 ,因此 ,机床制造业的发展影响着区域经济的发展 。 我国机床工具行业还面临着许多的挑战。要想向着机床制造强国迈进，就必须突出全行业的战略重点，明确主攻方向，进一步加快结构调整和转变发展方式，为行业健康持续发展创造条件 和环境。 参考文献 1 汤文成 易红 .加工中心床身结构分析 J.机械强度 . 2郝安林 吕安相 .中国数控机床的现状及发展趋势 J.安阳大学学报 ,2004,(2):21-23. 3 梁

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26、9 压缩机单螺杆专用加工机床介绍 电子机械论文 2006 年 . 10易先中 , 华北庄 铣削螺杆螺旋曲面的铣刀廓形设计方法 江汉石油学院机械工程系 1999年 . 11Sogabe M and Miller P. High Speed Machining with Linear motors. Tooling &, Production. 1997. 62(10): 51-53. 12Erdel B P. New Dimension In Manufacturing. Hanser Gardner publication. U.S. A Cincinnati, 1998. 13Ashley s. High-Speed Machining goes Machinstream.Mechanical Engineering. 1995 may:56-61. 14Andrae P. high-Efficiency Machining. Manufacturing Engineering. 2000, 125 (4): 82-96.