數(shù)控技術畢業(yè)設計開題報告

時間：2025-02-24 16:59:55 詩琳開題報告我要投稿

數(shù)控技術畢業(yè)設計開題報告范文（精選6篇）

　　轉眼間充滿意義的大學生活就即將結束，學生們就要開始做畢業(yè)設計了，在我們做畢業(yè)設計之前指導老師都會要求先寫好開題報告，怎樣寫開題報告才更能吸引眼球呢？以下是小編精心整理的數(shù)控技術畢業(yè)設計開題報告范文，僅供參考，希望能夠幫助到大家。

數(shù)控技術畢業(yè)設計開題報告范文（精選6篇）

　　數(shù)控技術畢業(yè)設計開題報告 1

　　一、數(shù)控漸進成形技術介紹

　　學者Schmoeckel在他的著作中預言隨著自動控制技術的不斷發(fā)展進步，板料成形設備將會變得更加靈活。Leszak在其申請的專利中首次提出了利用簡單成形工具對板件進行加工的板料無模成形思想，但受限于當時的技術水平這種技術沒有進一步向前發(fā)展。后來隨著相關技術的不斷發(fā)展，直到上個世紀90年代，松原才正式提出了板料數(shù)控漸進成形技術。

　　板料數(shù)控漸進成形技術引入“分層制造”的思想，首先將要加工的零件在高度上離散成若干層，再由CAD/CAM軟件在每層沿零件輪廓生成相應的加工軌跡，簡單的成形工具頭沿著該軌跡對板件進行逐層加工，得要想要加工的零件。由于數(shù)控漸進成形是對板料進行逐層逐點進行加工，靠局部變形的積累獲得整個零件，因此具有加工方式靈活、加工精度高等優(yōu)點，能夠成形出形狀復雜的鈑金零件。數(shù)控漸進成形技術從零件的三維結構設計到零件的加工軌跡生成再到零件最終成形都具有很強的靈活性，零件的尺寸或者形狀變動時只需在CAD/CAM軟件里改動零件模型即可。因此，該技術特別適合用于鈑金類新產(chǎn)品的開發(fā)、試制及小批量生產(chǎn)。

　　板料數(shù)控漸進成形技術按其加工方式分為單點（負）漸進成形和雙點（正）漸進成形。單點漸進成（Single Point Incremental Forming-SPIF）是一種不需要任何模具支撐的漸進成形方式。金屬板被夾具固定在支架上，板下面懸空，工具頭沿特定的軌跡由金屬板四周向中心逐漸加工，此時金屬板在力的拉伸作用下變形。零件成形過程中金屬板料只跟工具頭接觸，成形過程中不需要模具支撐，因此單點漸進成形具有加工方式靈活、加工范圍廣、對設備依賴性不強、占用生產(chǎn)資源少等特點。此外，只需要在CAD軟件里改變零件幾何模型就可以獲得不同的成形軌跡，進而加工出相應形狀的零件，所以單點漸進成形的操作性較好，但是因為成形過程中只是工具頭和金屬板的接觸，系統(tǒng)剛度相對較小，成形后零件容易發(fā)生回彈，導致零件成形精度較差。

　　二、數(shù)控漸進成形優(yōu)缺點

　　不同與沖壓等塑性加工工藝，數(shù)控漸進成形是金屬板件塑性加工的一種新的成形方式，主要有以下優(yōu)點：

　　1.無模加工

　　漸進成形不需要專門的成形模具即可對金屬板進行加工，特別是單點漸進成形技術，真正實現(xiàn)了無模具加工；即使是雙點漸進成形也僅僅需要簡單的模具，而且模具的'制作可以是代木、纖維等材料，相對于沖壓模的制作能大大節(jié)省時間成本和資金成本。

　　2.成形設備簡單、成本低

　　漸進成形技術對設備的依賴性不高，普通的數(shù)控銑床進行簡單的改造后就可以達到專用漸進成形機床的加工效果，對板料的漸進成形可以在普通數(shù)控銑床、漸進成形專用機床、數(shù)控加工中心等設備上實現(xiàn)；用來進行漸進成形刀具只是簡單的圓形成形工具頭，工具頭不需要特殊的加工處理，只需保證硬度和表面粗糙度即可，這也降低了加工成本。

　　3.適合新產(chǎn)品的開發(fā)

　　市場上常見的商用CAD/CAM軟件里就可實現(xiàn)從零件結構設計到加工參數(shù)優(yōu)化再到成形軌跡生成整個過程的無縫銜接；當零件尺寸需要改動時，只需在軟件中改動相應的結構模型就可以實現(xiàn)成形軌跡的改變。

　　4.復雜板料零件成形

　　由于漸進成形是對板料進行逐點逐層成形因此可實現(xiàn)對復雜鈑金類零件的成形且成形精度高。

　　5.成形力小

　　零件漸進成形過程中只有工具頭底部很小的區(qū)域與板料相接觸，每層板料變形區(qū)域也僅限于該區(qū)域，且工具頭在相鄰加工層之間的進給量Δz一般為0.2mm-1mm,因此所受成形力較小。

　　6.成形過程無噪音污染，對環(huán)境友好

　　零件漸進成形時，特別是進行單點漸進加工時，金屬板和工具頭的接觸區(qū)域很小，加工過程中不會出現(xiàn)振動、沖擊等現(xiàn)象，整個加工過程中幾乎無噪聲污染。

　　數(shù)控漸進成形的缺點

　　漸進成形的缺點主要包括：

　　1.零件尺寸精度差

　　金屬板料在工具頭的擠壓下發(fā)生彈塑性變形，加工完成后，塑性變形部分被保留下來，而彈性變形部分產(chǎn)生回彈，再加上零件成形后的殘余應力等因素，導致實際得到的零件形狀跟設計的零件形狀之間存在誤差。特別是對于單點漸進成形，系統(tǒng)剛度較小，回彈更嚴重。此外，相關成形參數(shù)（增量步長Δz、成形角度θ、運動軌跡、工具頭直徑D等）的改變，也會影響到零件最終成形精度。

　　2.減薄嚴重，零件壁厚分布不均勻

　　零件壁厚跟金屬板初始厚度和成形角度有關，理論上，近似符合正弦定理。但在現(xiàn)實成形時，由于板材變形過程的復雜性和金屬塑性流動不確定性等因素，正弦定理并不能很好的用來進行板料厚度變化的預測，零件壁厚在某些位置減薄嚴重，其余位置厚度也不均勻，較薄的厚度往往達不到零件使用要求。

　　3.單件零件成形時間長，成形效率低

　　漸進成形所用時間跟零件尺寸大小、成形軌跡、進給速度等因素有關。由漸進成形原理可知，相對于沖壓成形，單個零件的成形效率要低很多。特別是當零件尺寸較大，采用增量步長較小的情況下，成形效率更會大大降低。

　　三、數(shù)控漸進成形研究現(xiàn)狀

　　板料數(shù)控漸進成形技術是在現(xiàn)代社會消費者對產(chǎn)品多樣化、個性化需求越來越多的背景下提出的，是一種新型的適合新產(chǎn)品開發(fā)、試制的制造技術，該技術的進一步發(fā)展不僅可以豐富塑性加工理論的知識體系，還具有廣闊的工業(yè)應用空間。數(shù)控漸進成形技術自被提出以來，便憑借自身的優(yōu)點引起國內(nèi)外大量學者的廣泛關注。目前，對該技術的研究主要集中在下幾個方面：

　　1.成形機理和性能

　　成形極限圖（FLC）通常用來描述一種工藝的成形性能。大量研究表明漸進成形技術的成形極限圖大致是一條位于第一象限負斜率的直線，而傳統(tǒng)的成形極限圖是一條V線，如圖1.6所示。因此，漸進成形技術能顯著提升材料的加工潛力，成形出大應變的零件。Hagan和Jeswiet對比研究了旋轉成形、旋壓成形和漸進成形三種板料成形技術的成形特征和成形機理，凸顯了板料漸進成形技術的優(yōu)勢。Jackson和Allwood對拼焊銅板進行了漸進成形，研究零件成形過程中金屬板的變形過程和變形機理。作者分別測量了單點漸進成形和雙點漸進成形后零件厚度方向上的應變分布，發(fā)現(xiàn)在與工具頭運動方向相切的方向上，板料主要發(fā)生拉伸和剪切變形，與在工具頭運動平行的方向上，板料主要發(fā)生剪切變形；作者還發(fā)現(xiàn)隨著拉伸和剪切作用的不斷加劇，零件實際測量厚度跟正弦曲線預測厚度之間的誤差會逐漸增大。S. Gatea等研究了主要成形參數(shù)對板件成形性能的影響，發(fā)現(xiàn)零件經(jīng)多道次漸進成形后壁厚分布更均勻；增量步長對板件成形性能的影響還不十分明確；增加主軸轉速或者減小工具頭進給速度都能使板件成形性能提高；小尺寸圓形工具頭螺旋軌跡加工時，板件極限成形角較大。C.Raju等將幾個薄銅板疊加在一起進行單點漸進成形，分別得到每塊薄銅板的成形極限圖，研究每塊薄銅板的成形性能。

　　劉兆兵等通過試驗驗證了板料的成形性能跟成形角度和刀具軌跡的垂直進給量有關，作者還研究了不同成形參數(shù)對工具頭與金屬板之間成形力的影響。馬琳偉等數(shù)值模擬不同成形軌跡下零件漸進成形過程，作者將零件分成四個不同的變形區(qū)，探討每個變形區(qū)的變形特點和變形過程。

　　2.數(shù)值模擬研究

　　Duou等數(shù)值模擬了零件多道次單點漸進成形的成形過程，在零件尺寸精度、厚度分布等方面與試驗結果進行對比研究。Arfa等通過試驗和數(shù)值模擬對比研究了板料初始厚度、成形角度、成形零件形狀和刀具軌跡等因素對成形過程中力的大小的影響。D. M. Neto等采用實體單元數(shù)值模擬了AA7075-O鋁合金圓錐零件單點漸進成形過程，分析了板料變形機理和板料與工具頭接觸區(qū)域應力狀態(tài)。

　　李超等對同一截面圓錐零件分別進行單道次和兩道次漸進成形數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)兩道次漸進成形比單道次漸進成形零件厚度分布更加均勻。范國強等模擬了自阻電加熱的情況下鈦合金板進行漸進成形的過程，并分析了成形過程中的溫度變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)自阻電加熱單點漸進成形存在很大的內(nèi)應力。李瓏果等借鑒數(shù)控加工中COPY銑的思想提出虛擬靠模法，獲得復雜空間運動軌跡，成形路徑可直接用于后續(xù)的數(shù)值模擬分析。李磊等應用韌性準則，基于有限元數(shù)值模擬技術，準確的預測了硬鋁板的成形極限。

　　3.成形軌跡優(yōu)化

　　Hu Zhu等提出一種基于零件三角網(wǎng)格模型，利用固定殘余波峰高度原理的螺旋路徑生成方法。這種螺旋路徑不僅使成形后零件厚度更均勻還能提高零件成形尺寸精度，且零件表面更加光滑。B. Taleb Araghi等把傳統(tǒng)的拉伸成形同漸進成形結合起來，大大提高了零件加工的可操作性，且有效改善了零件的使用性能。Rauch等討論了加工路徑類型和其他工藝參數(shù)對零件漸進成形質量的影響，提出一種智能生成和控制加工軌跡的方法，該方法根據(jù)對成形過程的實時評估來設計、控制加工路徑。

　　莫建華等基于VC++編程思想利用程序實現(xiàn)了工具頭壓入點均勻分布，消除了零件表面壓痕現(xiàn)象，提高了板料數(shù)控漸進成形的質量。李湘吉等把多點成形與漸進成形結合起來，利用兩種不同技術的優(yōu)勢，提高成形效率和成形精度，改善零件成形性能。周六如采用平行線形軌跡路徑法，多道次成形出直壁零件，發(fā)現(xiàn)影響直壁矩形零件漸進成形的主要參數(shù)是成形半錐角。史曉帆等通過自阻電阻加熱方法提高了板料的成形性能。

　　數(shù)控技術畢業(yè)設計開題報告 2

　　一、目的及意義：

　　當今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨著微電子、計算機技術的進步，數(shù)控機床在20世紀80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，四大國際機床展早已成為各國機床制造商競相展示先進技術、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國加入WTO后，正式參與世界市場激烈競爭，今后如何加強機床工業(yè)實力、加速數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實是緊迫而又艱巨的任務。

　　隨著世界科技進步和機床工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機床作為機床工業(yè)的主流產(chǎn)品，已成為實現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的關鍵設備，是國防軍工裝備發(fā)展的戰(zhàn)略物資。數(shù)控機床的擁有量及其性能水平的高低，是衡量一個國家綜合實力的重要標志。加快發(fā)展數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)也是我國裝備制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實要求。根據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會組織用戶調(diào)查表明，航天航空、國防軍工制造業(yè)需要大型、高速、精密、多軸、高效數(shù)控機床;汽車、摩托車、家電制造業(yè)需求高效、高可靠性、高自動化的數(shù)控機床和成套柔性生產(chǎn)線;電站設備、造船、冶金石化設備、軌道交通設備制造業(yè)需求高精度、重型為特征的數(shù)控機床;IT業(yè)、生物工程等高技術產(chǎn)業(yè)需求納米級亞微米級超精密加工數(shù)控機床;工程機械、農(nóng)業(yè)機械等傳統(tǒng)制造行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級，特別是民營企業(yè)的蓬勃發(fā)展，需要大量數(shù)控機床進行裝備。當今數(shù)控機床的發(fā)展，除了要求機床重量輕、成本低、使用方便和具有良好工藝可能性外，還著重要求機床具有愈來愈高的加工性能。隨著現(xiàn)代數(shù)控機床日益向著高速化、高性能、高精度方向發(fā)展，傳統(tǒng)的設計方法己無法滿足數(shù)控機床發(fā)展的要求[1].

　　數(shù)控機床床屬于大型機械設備，在整個機床的各個組成部分中，機床立柱是一個極其重要的大件，它起著支撐工件和連接工作臺、床身等關鍵零部件的作用。數(shù)控機床立柱結構的設計尺寸和布局形式，決定了其本身的各個動態(tài)特性。往往由于立柱結構設計不合理，導致立柱的剛度不足，產(chǎn)生各種變形、振動，加工時刀具與工件間產(chǎn)生相對變形和振動，也使零件加工精度降低。立式車床用于加工徑向尺寸大而軸向尺寸相對較小，形狀復雜的大型和重型工件。如各種盤，輪和套類工件的圓柱面，端面，圓錐面，圓柱孔，圓錐孔等。亦可借助附加裝置進行車螺紋，車球面，仿形，銑削和磨削等加工。與臥式車床相比，立式車床主軸軸線為垂直布局，工作臺臺面處于水平平面內(nèi)，因此工件的夾裝與找正比較方便。這種布局減輕了主軸及軸承的荷載，因此立式車床能夠較長期的保持工作精度。大量加工實踐證明，將臥式車床立起來使用(變成了立式車床)反倒顯示出了更多的優(yōu)越性，如占地面積小、排屑更加方便、承載能力增加等。同時立式車床還具有很好的主軸旋轉精度和較強的切削能力，更加有利于實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，所以對立式車床的使用和需求也越來越多。立柱是數(shù)控立式車床重要結構部件之一，其結構特性對立式車床的性能影響很大，主要體現(xiàn)在加工精度、抗振性、切削效率、使用壽命等方面。因此，立柱結構的靜、動態(tài)性能是決定整機性能的重要因素之一。由于立柱結構形狀較復雜，采用一般方法對其進行靜、動態(tài)特性計算比較困難。如何對立柱等部件進行精確、合理、科學可行的計算，是機床結構設計過程中需要迫切解決的重要課題[2].

　　因此，在設計數(shù)控機床立柱結構時，考慮立柱的動態(tài)特性顯得尤為重要。針對這些因素，有必要對數(shù)控機床的立柱部分進行結構優(yōu)化，本課題對數(shù)控機床的立柱部分進行優(yōu)化設計有重要的實際意義。

　　二、研究動態(tài)：

　　1、國外研究動態(tài)：

　　國內(nèi)的機床結構優(yōu)化設計主要是應用在剛度和強度分析方面。廣西大學陳文鋒、毛漢領“MXBS.1320型高速外圓磨床動態(tài)性能的試驗研究‘’一文中，對 MXBS.1320型高速外圓磨床的動態(tài)性能使用脈沖激振法進行了試驗研究，得到磨床前幾階模態(tài)的頻率和振型圖，尋找出機床振動的薄弱環(huán)節(jié)和主要振源，并提出一些機床改造的措施。此外還有對主要零部件進行有限元分析，優(yōu)化零部件結構的設計[6].東南大學和無錫機床股份有限公司對內(nèi)圓磨床M2120A床身結構進行有限元分析，得到床身前幾階的固有頻率和振型，分析床身的內(nèi)部筋板布置對結構動態(tài)特性的影響。張海偉，利用動態(tài)實驗分析和理論模型分析兩種方法對臥式加工中心的動態(tài)性能進行了分系，通過實驗測試數(shù)據(jù)與理論計算結果對比分析，驗證了理論模型的合理性，找出了機床的薄弱環(huán)節(jié)，并進行了結構優(yōu)化。優(yōu)化后分析結果證明機床結構的最大變形值都相應降低。陳慶堂，運用工程軟件ANSYS的優(yōu)化設計模塊，根據(jù)主軸箱的實際工況及機床零件加工精度要求，在參數(shù)化建模及結構應力分析基礎上，對XK713數(shù)控銑床軸箱結構以減輕重量為目標進行優(yōu)化設計。通過優(yōu)化設計及分析，主軸箱結構重量減輕了23.2%,三個方向上剛度和應力得到了合理的分布[7].東南大學機械工程系，利用有限元法對機床床身進行靜、動態(tài)分析，并使用漸進結構優(yōu)化算法對床身結構進行基于基頻約束和剛度約束的拓撲優(yōu)化，為ESO方法在機床大件結構拓撲優(yōu)化中的應用做了有益的嘗試。王艷輝、伍建國等人，在”精密機床床身結構參數(shù)的優(yōu)化設計‘’一文中，在確定精密機床床身合理結構的基礎上，利用ANSYS有限元軟件提供的APDL參數(shù)化設計語言和優(yōu)化設計方法，以床身的肋板布置和肋板厚度為設計參數(shù)，對床身進行結構設計參數(shù)的優(yōu)化，確定了床身結構的合理參數(shù)。不僅大大提高了床身的動態(tài)性能：而且節(jié)省了材料，降低了生產(chǎn)成本[8].

　　國外的機床結構優(yōu)化領域的研究比較多，在結構優(yōu)化、有限元分析、參數(shù)化設計方面都有不少研究，美國機械工程師學會“Optimal synthesis ofcompliantmechanisms using subdivision and commercial FEA”一文中，利用有限元軟件分析機械結構，提出全程參數(shù)化設計，并對其進行拓撲優(yōu)化，全面分析了設計變量在優(yōu)化程序中的變數(shù)。

　　國外機床結構優(yōu)化設計存在以下特點：

　　(1)設計與分析平行。從以滿足一定性能要求為目標的結構選型、結構設計，到具體設計方案的比較及確定、設計方案的模擬試驗等。床身結構設計的各個階段均有結構分析的參與。床身結構分析貫穿了整個設計過程，這樣確定的床身結構設計方案，基本就是定型方案[3].

　　(2)結構優(yōu)化的思想被用于設計的各個階段。

　　(3)大量的虛擬試驗代替實物試驗。虛擬試驗不僅可以在沒有實物的條件下進行，而且實施迅速、信息量大。利用虛擬試驗，一方面可以在多個設計方案中選擇最優(yōu)，減少設計的盲目性，另一方面可以及早發(fā)現(xiàn)在設計中的問題。從而減少設計成本，縮短設計周期[4].

　　隨著工業(yè)的發(fā)展，對數(shù)控機床的要求越來越高。在機床的設計中，需要對其組成部件進行嚴密的分析與計算。車床床身等支承件的重量要占車床總重量的20%到30%,因此對支承件的單位重量剛度提出較高的'要求。在重量輕的條件下，需保證支承件具有足夠的靜剛度，所以對支承件材料的分布、支承件壁厚和開孔位置的合理性提出了要求，有必要進行分析計算。

　　2、國內(nèi)研究動態(tài)：

　　目前國內(nèi)在機床結構優(yōu)化領域的研究比較活躍，機床結構優(yōu)化設計的內(nèi)容十分豐富，涉及內(nèi)容很多，包括靜力學，結構非線性分析，拓撲優(yōu)化，模態(tài)分析，動力學分析等。目前有限元方法在機床結構設計中的應用主要有以下幾個方面：

　　(1)靜力學分析。這是對二維或者三維機床零件承載后的應力和應變的分析，是有限元在機床設計中最基本、最常用的分析類型。

　　(2)模態(tài)分析。這是動力學分析的一種，用于研究結構的固有頻率和各振型等振動特性，進行這種分析時所施加的載荷只能是位移載荷和預應力載荷[5].

　　(3)諧響應分析和瞬態(tài)動力學分析。這兩類分析也屬于動力學分析，用于研究機床對周期載荷和非周期載荷的動態(tài)響應。

　　(4)熱應力分析。用于研究結構內(nèi)部溫度的分布，以及機床內(nèi)部的熱應力。

　　(5)接觸分析。用于分析兩個結構件接觸時的接觸面狀態(tài)和法向力。

　　課題的主要內(nèi)容：

　　主要內(nèi)容：

　　1、確定數(shù)控機床立柱體系結構的設計以及實現(xiàn)方案;

　　2、確立數(shù)控機床立柱系統(tǒng)中關鍵部分的數(shù)學建模(包括相應的G功能代碼、幾何仿真過程中能實現(xiàn)的M代碼等);

　　3、加工過程的動態(tài)建模;

　　4、分析并編寫零件加工程序;

　　5、編制相應的仿真軟件。

　　研究方法、設計方案：

　　1、研究方法：

　　以WINDOWS為平臺，以CAD軟件為工作語言設計系統(tǒng)各個零件，在用UG繪制三維立體圖，并對其進行裝配，再用UG編寫零件的加工程序，對其講過仿真，實現(xiàn)數(shù)控代碼的實時、動態(tài)的切削過程。

　　2、設計方案：

　　系統(tǒng)采用模塊化設計，其總體結構方案如圖1-1所示，各模塊的功能如下：

　　(1) 利用CAD軟件對整個系統(tǒng)的零件進行設計。

　　(2) 用UG對各個零件進行三維建模。

　　(3) 裝配各個零件，形成立柱的整體結構。

　　(4) 檢查裝配中零件設計的合理性及建模的正確性。

　　(5) NC程序：利用UG對零件進行三維建模，并用UG編寫用于加工仿真的程序。

　　(6) 插補算法：采用逐點比較法對直線、圓弧進行插補運算。

　　(7) 仿真顯示：利用UG提供的建模環(huán)境建立毛坯和刀具，并顯示刀具運動軌跡。

　　(8) 最后對編寫的程序進行仿真，分析刀路及加工出的零件是否符合要求。

　　完成期限和預期進度：

　�、� 畢業(yè)設計課題調(diào)研階段：(第1~2周)：課題調(diào)研及文獻檢索、完成英文翻譯;

　�、� 畢業(yè)設計開題報告階段：(第3~4周)：完成開題報告;

　�、� 畢業(yè)設計主要工作階段：(第5~12周);

　　(1)完成系統(tǒng)的總體規(guī)劃。(第5~6周);

　　(2)各零件的設計。(第7~9周);

　　(3)數(shù)控仿真。(第10周);

　　(4)完成設計說明書的撰寫工作。(第11~12周);

　�、� 畢業(yè)設計答辯階段：(第13~15周)。

　　主要參考資料：

　　[1] Horrey, W. J., Alexander, A. L., Wickens, C. D., 2003, Doise Workload Modulate the Effects of In-Vehicle Display Location on Concurrent Drivinand Side Task Performance, Procs. of DSC.

　　[2]《現(xiàn)代實用機床設計手冊》編委會。現(xiàn)代實用機床設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006

　　[3]張良，楊為，陳小安，劉德永。CK6310型數(shù)控機床主軸箱動態(tài)特性研究[J].機床與液壓，2008(3)：12-17

　　[4]邵蘊秋。ANSYS8.0有限元分析實例導航報[J].北京：中國鐵道出版社，2004(2)：20-23

　　[5]張志文，韓清凱，劉亞忠。機械結構有限元分析[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2006

　　[6]胡國良，任繼文。ANSYSll.0有限元分析入門與提高[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009

　　[7]楊明亞，楊濤，湯本金，陰紅，楊穎潔，周永良，盧燦舉。機床立柱動態(tài)特性的分析

　　[8]郭策，孫慶鴻，蔣書運，陳南，朱壯瑞，秦緒柏，王金娥。高速高精度數(shù)控車床主軸系統(tǒng)的溫度場建模與仿真[J]煒0造業(yè)自動化，2003(4)：5-9

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　　[10]張興朝，徐燕申。機床龍門式立柱結構參數(shù)化動態(tài)優(yōu)選設計[J].吉林工業(yè)大學自然科學學報，2001(4)13-21

　　數(shù)控技術畢業(yè)設計開題報告 3

　　1.選題的背景與意義

　　1.1選題的背景

　　制造業(yè)是國民經(jīng)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(fā)展。加工精度，產(chǎn)品質量，生產(chǎn)效率等一系列的因素都和機械加工裝備有著直接聯(lián)系。而機械加工機床的不斷發(fā)展也依賴于進給系統(tǒng)的不斷發(fā)展，其中機械系統(tǒng)的穩(wěn)定性，傳動精度是機械零件制造的精度基礎機床進給系統(tǒng)的多軸聯(lián)動技術是機械零件多樣性，復雜性的基礎。傳動系統(tǒng)的速度與切削加工時的穩(wěn)定性更是促進了生產(chǎn)效率的提高。而機床技術的發(fā)展在很大程度上也依賴于制造業(yè)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，計算機科學的不斷發(fā)展。

　　水平控制滑臺是數(shù)控機床的水平方向的進給傳動系統(tǒng)連接滑臺做走向進給運動的裝置。主要由傳動裝置(伺服電動機，齒輪、帶或直連等方式連接絲桿)，滾珠絲杠螺母副，導軌與滑臺三個主要部分組成。機床在工作時，滑臺運動控制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，滑臺部分是數(shù)控機床最主要的部分之一，在加工裝備中也是最基礎的部分。本設計的主要任務：水平控制滑臺的研究與設計。

　　1.2選題的意義

　　水平控制滑臺設計是全面地綜合的運用有關專業(yè)課程的理論和實踐知識進行機械傳動系統(tǒng)設計的一次重要實踐，通過該畢業(yè)設計，綜合所學專業(yè)知識，熟練的利用機械設計的基本理論知識和數(shù)控技術有機床結構的有關知識，正確的解決了伺服電動機的同步帶傳動，滑臺與導軌的定位與裝配，滾珠絲杠螺母副的裝配與承載等問題。培養(yǎng)了分析問題與解決問題的能力，加深了對課本知識的理解，了解了機床的基本結構，強化了對CAD等計算機輔助制圖軟件的運用技能，并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，促進了對機械制造業(yè)的不斷認識，增強了對振興我國制造業(yè)的使命感，對數(shù)控機床領域產(chǎn)生了濃厚興趣。通過設計的系統(tǒng)訓練，培養(yǎng)了理論聯(lián)系實際的設計思想，學會了使用設計手冊，查詢相關資料。鞏固加深和擴展了機械設計與數(shù)控技術方面的知識。獨立完成產(chǎn)品的設計，實踐產(chǎn)品設計的全過程，為以后的實際工作奠定基礎。

　　1.3選題的目的

　　數(shù)控技術是現(xiàn)代機械制造的最主要技術，通過本次設計對數(shù)控機床的技術與結構作最全面的了解，不僅要了解機床的基本結構，而且要了解數(shù)控機床的發(fā)展概況和數(shù)控技術的發(fā)展趨勢，懂得我國發(fā)展數(shù)控機床的意義和必要性，對數(shù)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，如何定制設計方案，如何進行工程圖設計與計算，撰寫論文的能力，了解數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的工作原理和基本結構。

　　1.4國內(nèi)外的設計現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

　　隨著現(xiàn)代材料工程，機械技術，計算機技術的發(fā)展，數(shù)控技術也在不斷的發(fā)展與完善，現(xiàn)在的制造技術對控制滑臺的設計提出了嚴格的要求：高速轉動時不發(fā)生震動，低速轉動時不發(fā)生爬行，靈敏度高，耐磨性好，可在重載下長期工作，精度保持性好。因此數(shù)控機床的導軌常用的有滑動導軌滑臺，靜壓導軌滑臺和滾動導軌滑臺。

　　目前市場上主要以上三種導軌為主，隨著先進制造技術的發(fā)展與市場競爭的加劇，傳動系統(tǒng)的滾動部分也在不斷發(fā)展，國外滾動功能部件產(chǎn)業(yè)的總體水平和產(chǎn)品發(fā)展走勢有以下特點：

　　(1)生產(chǎn)規(guī)模大，信息化管理水平高，以大規(guī)模集約化制造的成本和速度，提供全方位滿足用戶個性化需要的眾多系列產(chǎn)品。

　　(2)企業(yè)資本雄厚，產(chǎn)業(yè)化的速度快。

　　(3)產(chǎn)品原創(chuàng)力強，新產(chǎn)品研發(fā)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知識產(chǎn)權的新品，并迅速申請專利。

　　我國需要重點發(fā)展的技術，科學技術是推動功能部件產(chǎn)業(yè)化的動力。當前滾動功能部件產(chǎn)業(yè)面臨兩大急需解決的問題：其一是迅速研制出高性能、高檔次的產(chǎn)品，以滿足國產(chǎn)高檔數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化的需求。其二是迅速提升制造技術水平，從革新工藝入手，提高批量生產(chǎn)的產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率，縮短制造周期，在此基礎上推出一批有競爭力的名牌產(chǎn)品。圍繞這兩大問題，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關鍵是加大技術投入和資金投入。根據(jù)高速、精密、復合、智能、環(huán)保的發(fā)展方向，需要重點發(fā)展的技術包括：

　　在滾動功能部件的新產(chǎn)品開發(fā)方面：

　　(1)批量生產(chǎn)精密高速滾珠絲杠副的制造技術和裝備。

　　(2)與直線電機配套的高速、高剛度、低噪聲精密滾動直線導軌副。

　　(3)根據(jù)主機的需要研發(fā)智能化、復合化、機電一體化的高性能滾動功能部件產(chǎn)品。

　　(4)用于重型數(shù)控機床的高精度、高剛度滾柱直線導軌副。

　　(5)開發(fā)滾動功能部件綠色產(chǎn)品。

　　在提升制造工藝水平方面：

　　(1)滿足尺寸穩(wěn)定性、可靠性、易成型性和生產(chǎn)效率要求的`新材料及熱工工藝及其裝備的開發(fā)。

　　(2)滾珠絲杠精密冷軋技術及裝備的國產(chǎn)化，P3級以下的滾珠絲杠全面推廣冷軋工藝。

　　(3)引進并消化吸收"CNC精密旋風硬銑削"技術，裝備國產(chǎn)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(yōu)化設計及一次成型制造技術的產(chǎn)業(yè)化。

　　(5)提高滾道廓形精度的相關技術。

　　綜上所述，制造技術要走專業(yè)化生產(chǎn)道路，以專業(yè)化促進規(guī)�；�;引進先進技術，并在此基礎上做好自主創(chuàng)新工作;建立行業(yè)的技術中心，制造高效實用、可靠的生產(chǎn)滾動功能部件的專用裝備和檢測儀器。這不僅是對制造業(yè)的要求，更是對數(shù)控機床的要求。

　　2可行性分析

　　在大學本科階段系統(tǒng)的學習機械設計基礎，機械課程設計，機械制圖，互換性與測量技術，數(shù)控技術，數(shù)控編程，數(shù)控原理等基本課程。而且進行過金工實習，生產(chǎn)實習等實習課程。接觸過數(shù)控加工機床，對設計有了一定程度的認識，而且在工程訓練中心提供機床的實物供參考，圖書館有非常豐富的關于數(shù)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(nèi)容

　　3.1基本設計框架

　　(1) 參考和分析水平滑臺的各種零件圖紙

　　(2)查找各種零件的不同種類和詳細資料

　　(3)確定機床底座結構

　　(4)選擇導軌形式

　　(5)根據(jù)導軌形式與設計參數(shù)確定滑臺形式

　　(6)確定滾珠絲杠的形式，絲杠螺母的預緊方式

　　(7)確定滾珠絲杠的支承方式與預緊方式

　　(8)根據(jù)支撐方式，決定所采用的軸承結構

　　(9)根據(jù)設計參數(shù)，確定工作滑臺行程

　　(10)確定電動機類型

　　(11)確定電動機與絲杠的連接方式

　　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)計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載荷

　　(4)滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算

　　a)確定滾珠絲杠的導程

　　b)計算滾珠絲杠螺母副的平均轉速和平均載荷

　　c)確定滾珠絲杠預期的額度動載荷

　　d)按精度要求確定允許滾珠絲杠最小螺紋底徑

　　e)初步確定滾珠絲杠的規(guī)格型號

　　f)確定滾珠絲杠螺母副的預緊力

　　g)計算滾珠絲杠螺母副的目標行程補償值與預拉伸力

　　h)確定滾珠絲杠螺母副支承用軸承的規(guī)格型號

　　3.3校驗與剛度計算

　　(1)滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗

　　(2)計算機械傳動系統(tǒng)剛度

　　3.4設計的重點和難點

　　滑動工作臺設計的重點為：(1)導軌的形式選擇;(2)滾珠絲杠的形式與固定方式;

　　(3)伺服電動機與滾珠絲杠的連接方式;(4)電動機的選型。

　　導軌的承載面和導向面與滑臺的接觸方式是重點，用什么樣的導軌，怎樣消除定位面之間的間隙需要在裝配圖中重點畫出。整個滾珠絲杠螺母副的支承形式，軸承結構用剖視圖表現(xiàn)出來。螺母與滑臺的連接也要在圖中重點表示出。電動機的選擇關乎數(shù)控系統(tǒng)的控制方式，開環(huán)系統(tǒng)選擇步進電動機，半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)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(huán)的控制方式，交流伺服電動機。

　　3.5擬解決的關鍵問題

　　1)滑臺在導軌上運動時的穩(wěn)定問題

　　可以通過采用貼塑滑動導軌，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，降低摩擦系數(shù)，而支撐導軌則是淬火鋼導軌。貼膜導軌的優(yōu)點是：摩擦系數(shù)低，在0.03-0.05范圍內(nèi)，動靜摩擦系數(shù)接近，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)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(wěn)定性好�？杉庸ば院茫に嚭唵�，成本低。當有硬粒落入導軌面上時，也可擠入塑料內(nèi)部，避免磨損和撕傷導軌。在機床導軌設計中廣泛使用。

　　2)滾珠絲杠螺母副的傳動問題

　　在滾珠絲杠螺母副的選擇過程中，要考慮到傳動精度。在估算滾珠絲杠允許最小螺紋底徑時要考慮滾珠絲杠螺母副的螺距誤差和本身的彈性變形量。一般通過滾珠絲杠的預緊來保證滾珠絲杠反向傳動精度和軸向剛度。預緊方法為雙螺母墊片調(diào)隙，通過調(diào)整墊片的厚度使左右兩螺母產(chǎn)生軸向的位移，即可消除間隙和產(chǎn)生預緊力，結構簡單，剛度好。

　　滾珠絲杠在工作時會發(fā)熱，其溫度高于床身，絲杠的熱膨脹使導程加大，影響定位精度。為了補償熱膨脹，可將絲杠進行預拉伸。預拉伸量應大于熱膨脹量，發(fā)熱后，熱膨脹量抵消了部分預拉伸量，使絲杠內(nèi)的拉應力下降，但長度卻沒有變化。

　　3)電動機與絲杠連接的傳動精度問題

　　根據(jù)計算參數(shù)選擇合適的伺服電動機，一般選擇精度較高的交流伺服電機，傳動方式選擇圓弧齒同步帶傳動，在傳動過程中無相對滑動，工作平穩(wěn)，結構緊湊，無噪音，有良好的減震性能，無需潤滑，不用特別張緊，在軸和軸承上的載荷較小，傳動效率高。

　　4設計的方案及措施

　　本畢業(yè)設計工作分為水平數(shù)控滑臺關鍵零件的設計與計算和整個滑臺的整體裝配。設計方法和措施擬定為，分析各種傳動裝置圖紙，了解所需要用到的各零件參數(shù)，查找相關資料，詳細參閱《數(shù)控技術課程設計》，了解設計的一般步驟和設計實例，在設計前做到心中了然。收集傳動系統(tǒng)主要零件的資料，全面了解各種零件的優(yōu)缺點，便于設計時優(yōu)化選取零件。根據(jù)任務書計算各種零件的必要參數(shù)，作為選取零件的標準參數(shù)。

　　根據(jù)設計要求，可以確定設計方案如下：

　　導軌：滑動貼塑導軌，截面形狀為矩形。各接觸面采用貼塑，減少摩擦，在滑臺

　　與導軌之際采用鑲條進行固定。

　　工作臺：840x1000

　　滾珠絲杠：p類滾珠絲杠墊片雙螺母預緊，2級精度。

　　滾珠絲杠的預緊方式：螺母為雙螺母墊片預緊，絲杠進行預拉伸。

　　支承方式：兩端固定。

　　采用軸承結構：首端采用三個60度接觸角推力接觸球軸承，按DFD方式安裝，

　　這種面對面方式可以使軸承間的受力作用線向內(nèi)收斂，有效支點

　　距離縮小。可以較多的降低軸承的極限轉速。同時用3個60度

　　接觸角推力角接觸球軸承也可以有效的增強承受傾斜力矩的能

　　力。用尾部固定端采用兩個60度接觸角推力接觸球軸承，按DF

　　方式安裝排列，也是同樣的原因。

　　行程：2000mm

　　電機類型：伺服交流電動機。

　　電機與絲杠的連接方式：同步帶傳動連接。

　　降速比：0.5

　　控制方式：半閉環(huán)控制

　　完成設計方案后，根據(jù)設計方案選好各個零件，畫出各部分零件圖與裝配圖。

　　5預期研究成果

　　本設計及論文預計在四月份底能全部完成，并在五月上旬進行答辯期，預期的設計成果如下：

　　(1)開題工作，完成《文獻綜述》，《外文翻譯》，《開題報告》;

　　(2)水平數(shù)控滑臺的設計，其中：裝配圖一張，主要零件圖(底座，滑臺，滾珠絲桿，

　　絲桿螺母副，絲桿軸承座等零件)各一張。

　　(3)伺服電動機的選擇與計算，機械系統(tǒng)的剛性計算，滾珠絲杠的有關計算。

　　(4)撰寫論文。

　　6設計工作進度計劃

　　2022年2月13日——2月28日，完成《文獻綜述》。

　　2月19日——2月24日，完成《外文翻譯》。

　　2月24日——2月29日，完成《開題報告》。

　　3月1日——3月15日，完成總體裝配圖和底座零件圖。

　　3月16日——3月18日，完成滑臺的零件圖。

　　3月19日——3月21日，完成電機支架的零件圖。

　　3月22日——3月25日，完成滾珠絲杠的零件圖。

　　3月26日——4月1日，完成絲杠螺母座和絲杠軸承座的零件圖。

　　4月2日——4月3日，完成伺服電機的選擇計算，機械系統(tǒng)的剛性計算和滾珠絲杠的有關計算。

　　4月4日——4月6日，寫設計說明書。

　　5月1日——5月4日，完成論文的撰寫并裝訂;修改論文，準備答辯提綱。

　　(4)工藝水平高、裝備數(shù)控化率高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質量穩(wěn)定。

　　(5)擁有先進的檢測儀器和產(chǎn)品性能試驗設備，為批量生產(chǎn)的產(chǎn)品和新產(chǎn)品的研發(fā)提供品質保證，用檢測數(shù)據(jù)和性能對比曲線取信用戶。不但能向用戶提供所需硬件商品，還可為用戶提供解決方案的軟件服務。

　　近幾年來，國外一些知名企業(yè)都緊跟時代發(fā)展的潮流和主機發(fā)展的方向，滾動功能部件產(chǎn)品向高速、精密、重載、復合化、智能化、環(huán)�；较虬l(fā)展。目前市場流行的新產(chǎn)品有：空心強冷，線速度80~120m/min，高速精密滾珠絲杠副;螺母主驅動高速直線驅動裝置;智能型滾柱直線導軌副，配置阻尼滑座的高剛度、重載滾柱直線導軌副;滾珠絲杠、滾珠花鍵、滾動直線導軌一體化的傳動裝置;對滾珠絲杠和螺母同時實施強冷的低溫高速滾珠絲杠副;自潤式、免維修綠色滾動功能部件產(chǎn)品等。

　　數(shù)控技術畢業(yè)設計開題報告 4

　　一、課題概述、背景及意義

　　工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應用數(shù)控機床。其本質是，采用信息技術對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍、民機械工業(yè))進行技術改造。除在制造過程中采用數(shù)控機床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS(管理信息系統(tǒng))、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造(稱之為信息化)，最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重(數(shù)控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年已達20.8%，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。

　　微觀上看，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。① 可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。 ②可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍。③ 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。④ 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。⑤ 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力(一個人可以看管多臺機床)，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應等等。此外，機床數(shù)控化還是推行FMC(柔性制造單元)、FMS(柔性制造系統(tǒng))以及CIMS計算機集成制造系統(tǒng))等企業(yè)信息化改造的基礎。數(shù)控技術已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術和基礎技術。

　　機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結構進行創(chuàng)造性的設計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。機床數(shù)控化改造有以下優(yōu)點：①節(jié)省資金。機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。②性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度。③提高生產(chǎn)效率。機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高 3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。

　　在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的`經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個"永恒"的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。

　　目前機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不到3%。我國大量的普通機床應用于生產(chǎn)第一線，用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，數(shù)控機床則綜合了數(shù)控技術、微電子技術、自動檢測技術等先進技術，最適宜加工小批量、高精度、形狀復雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當變更加工對象時只需要換零件加工程序，無需對機床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求，所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。數(shù)控機床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能;另一方面是簡單實用的經(jīng)濟型數(shù)控機床，具有自動加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進控制系統(tǒng)，功率步進電機為驅動元件，無檢測反饋機構，系統(tǒng)的定位精度一般可達±0.01，已能滿足加工零件的精度要求。這幾年，國家加大了對這類機床的改造力度，國防科工委更是推行了萬臺機床數(shù)控化計劃，車床、銑床的數(shù)控化改造需求量很大。本課題以普通車床的數(shù)控改造為例，研究機床數(shù)控改造的方法，包括其結構的改造設計，機床改造后性能與精度的分析以及控制精度的措施等，普通車床應用微機控制系統(tǒng)進行改造數(shù)控改造后，可以提高工藝水平和產(chǎn)品質量，減輕操作者的勞動強度。基于上述分析，本課題的研究具有較高的現(xiàn)實意義。

　　二、主要研究內(nèi)容

　　1.普通車床數(shù)控改造方案的確定，進行總體設計。

　　2.對普通車床數(shù)控改造進行結構設計與計算，包括主軸進給系統(tǒng)設計、機床縱、橫進給伺服系統(tǒng)的設計等。

　　3. 對改造后的經(jīng)濟型數(shù)控車床伺服進給系統(tǒng)建立控制原理模型。

　　4. 根據(jù)進給系統(tǒng)的控制原理模型，對影響伺服系統(tǒng)系統(tǒng)的因素進行分析。

　　5. 對影響伺服傳動精度的因素齒輪傳動精度、滾珠絲杠副傳動精度等進行深入研究，并提出相應的改進方法。

　　6. 對影響伺服元件伺服精度的因素步進電機步矩角精度等進行深入研究，并提出相應的改進方法。

　　三、擬解決的關鍵問題

　　1. 普通車床數(shù)控改造進給伺服系統(tǒng)機械部分的設計與計算。

　　2. 對經(jīng)濟型數(shù)控車床伺服進給系統(tǒng)建立控制原理模型。

　　3. 根據(jù)進給系統(tǒng)的控制模型，分析系統(tǒng)的誤差來源及影響系統(tǒng)精度的因素。

　　4. 設計步進電機細分驅動電路，提高伺服進給系統(tǒng)的控制精度。

　　四、擬解決方案及關鍵技術

　　1. 普通車床數(shù)控改造進給伺服系統(tǒng)機械部分的設計與計算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負載，運動部件慣量計算，步進電機的選擇，滾珠絲杠副的選擇和計算、滾珠絲杠副的剛度驗算等。

　　2. 對改造后的經(jīng)濟型數(shù)控車床伺服進給系統(tǒng)建立控制原理模型。

　　3. 根據(jù)伺服進給系統(tǒng)控制原理模型，分別對伺服驅動元件的伺服精度、伺服機械傳動元件傳動精度進行分析，分析影響經(jīng)濟型數(shù)控車床定位精度主要因素。

　　4. 在伺服進給系統(tǒng)控制電路中加入步進電機細分驅動設計，改善步矩角特性，提高經(jīng)濟型數(shù)控車床的定位精度。

　　五、創(chuàng)新點

　　1. 運用機電一體化系統(tǒng)設計思路與方法進行普通車床數(shù)控改造的結構設計，在設計上達到有高的靜動態(tài)剛度;運動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙;便于操作和維修。

　　2. 從經(jīng)濟型數(shù)控車床的控制原理模型分析影響整個系統(tǒng)精度的關鍵因素，分析影響機床機床定位精度的各項誤差來源，提出相應的改進方法并應用于機床結構設計中。

　　3. 運用步進電機細分驅動技術，設計基于單片機控制的步進電機的細分驅動電路，減小步進電機的步距角及機床的脈沖當量，提高經(jīng)濟型數(shù)控車床的加工精度，改善電機運行的平穩(wěn)性，減小噪聲，增加控制的靈活性。

　　六、課題預計目標

　　1.普通車床數(shù)控改造的方案的研究，進行總體設計。

　　2. 對經(jīng)濟型數(shù)控車床的伺服進給系統(tǒng)建立控制原理模型，并根據(jù)進給系統(tǒng)的控制原理模型，對影響系統(tǒng)精度的關鍵因素進行分析。

　　3. 研究提高機械傳動部件的傳動精度與剛度的方法，對普通車床數(shù)控改造進行結構設計，改善伺服進給系統(tǒng)的伺服特性。

　　4. 設計一種基于單片機控制的步進電機的細分驅動電路，提高伺服進給系統(tǒng)的分辨率。

　　七、課題研究進展計劃

　　預計本課題研究進展主要分以下幾個階段：

　　1. 2007年11月～2007年12月查看文獻資料并撰寫開題報告

　　2. 2007年12月～2008年03月收集相關方面的資料，以普通車床數(shù)控改造為例進行總體設計

　　3. 2008年03月～2008年04月學習機床伺服進給系統(tǒng)的設計等方面知識

　　4. 2008年04月～2008年07月進行結構設計，繪制普通車床數(shù)控改造縱、橫向進給系統(tǒng)裝配圖

　　5. 2008年07月～2008年08月學習機床控制精度等方面知識

　　6. 2008年08月～2008年09月對機床進行精度分析

　　7. 2008年09月～2008年10月研究提高機床控制精度的措施

　　8. 2008年11月～2008年12月完成畢業(yè)論文

　　9. 2008年12月畢業(yè)答辯

　　參考文獻

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　　數(shù)控技術畢業(yè)設計開題報告 5

　　一、課題設計選題來源：

　　來源：選題來源于自己所學加工中心的知識和對它的了解，介于自己對軸累零件的喜愛開始研究該課題，提出自己的相關結論和數(shù)據(jù)。

　　二、課題設計目的和意義：

　　隨著機械制造行業(yè)的迅猛發(fā)展，車削加工已經(jīng)成為很多產(chǎn)品加工的方式，而此類產(chǎn)品加工的精度和質量要求都比較高。因此產(chǎn)品加工工藝的設計是保證產(chǎn)品質量的一個重要的環(huán)節(jié)，選擇典型車削零件的數(shù)控加工工藝，能基本展示數(shù)控機床的基礎功能，也是檢驗這兩年多來學習數(shù)控車床的一個很好的途徑。裝備工業(yè)的技術水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術和最基本的裝備。

　　馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在與生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)”。制造技術和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。隨著電子信息技術的發(fā)展，世界機床業(yè)已進入了以數(shù)控技術為核心的機電一體化時代，其中數(shù)控機床就是代表產(chǎn)品之一。

　　數(shù)控機床是一種高效的自動化加工設備，它嚴格按照加工程序，自動的對被加工工件進行加工。我們把從數(shù)控系統(tǒng)外部數(shù)控系統(tǒng)外部屬入的直接用于加工的程序成為數(shù)控加工程序，簡稱數(shù)控程序，它是機床數(shù)控系統(tǒng)的.應用軟件。

　　三、設計（研究）方案

　　1。數(shù)控車床概述

　　（1）數(shù)控車床的基本概念

　�。�2）數(shù)控車床的組成

　　2。數(shù)控車削工藝

　�。�1）數(shù)控車削加工工藝性分析

　�。�2）數(shù)控車削加工工藝過程的擬定

　�。�3）數(shù)控車削加工工藝進給路線的確定

　�。�4）數(shù)控車削刀具

　　（5）切削用量的選擇

　�。�6）對刀點的選擇

　　3。典型零件數(shù)控車削加工工藝

　�。�1）數(shù)控加工刀具卡片

　�。�2）數(shù)控加工工藝卡片

　　（3）程序的數(shù)控手工編程

　　四、工作進度安排

　　第1周查閱資料，完成開題報告。

　　第2周研究設計任務書，熟悉設計目的，了解零件毛坯的制造方法和機械加工中的工藝規(guī)程，分析零件加工工藝，所使用的工裝和設備，搜集與設計有關的資料，繪制零件圖和組件配合圖。第3周制定加工工藝，選用加工設備和刀具，確定切削用量。第4周編制機械加工工藝卡、數(shù)控加工工序卡數(shù)控加工工序說明卡。

　　第5周繪制機械加工和數(shù)控加工工序圖、數(shù)控加工走刀路線圖、數(shù)控加工刀具卡。

　　第6周編寫工藝文件和數(shù)控加工程序，輸入零件的加工程序到數(shù)控車床，利用數(shù)控機床的圖像模擬功能，驗證加工程序。撰寫設計說明書，并準備答辯。

　　第7周提交設計說明書一份，準備答辯

　　五、提綱

　　第一章概述

　　1.1數(shù)控加工的點

　　1.2數(shù)控機床

　　1.3 數(shù)控加工

　　1.4 數(shù)控編程系統(tǒng)

　　1.5 CAD/CAM系統(tǒng)

　　1.6利用CAXA制造工程師CAD/CAM系統(tǒng)進行自動編程的基本步

　　第二章各組成部分方案設計與計算

　　2.1 軸類零件加工的特點

　　2.2 加工工藝分析

　　2.3 加工路線

　　2.4 選擇刀具

　　2.5 數(shù)控加工工序卡片

　　2.6 數(shù)學計算

　　第三章編制數(shù)控加工程序、仿真加工

　　3.1 制定加工程序清單

　　3.2 應用宇龍仿真軟件仿真加工

　　第四章實際操作加工

　　4.1 準備機床

　　4.2 準備工件

　　4.3 刀具準備

　　參考文獻：

　　【1】關雄飛主編�！稊�(shù)控加工工藝與編程》。機械工業(yè)出版社，2013

　　【2】劉華軍等編著�！稒C械制造技術》。人民郵電出版社，2011

　　【3】陳偉珍等主編�！稒C械設計基礎》。清華大學出版社，2007

　　【4】孫艷萍羅建華主編�！稊�(shù)控加工工藝》。中國海洋大學出版社，2013

　　【5】謝云峰主編。《互換性與技術測量》。東北師范大學出版社，2013

　　數(shù)控技術畢業(yè)設計開題報告 6

　　一、課題名稱：

　　數(shù)控銑床及加工中心產(chǎn)品設計

　　二、選題理由

　　制造技術是各國經(jīng)濟競爭的重要支柱之一，經(jīng)濟的成功在很大程度上得益于先進的制造技術，而機床是機械制造技術重要的載體，它標志著一個國家的生產(chǎn)能力和技術水平。

　　機床工業(yè)是國民經(jīng)濟的一個重要先行部門，擔負這為國民經(jīng)濟各部門提供現(xiàn)代化技術裝備的任務，以1994年為例，全世界基礎的消費額達261.7億美元。其中美國的消費額56億美元、中國33.6億美元。所以，在我國國民經(jīng)濟建設中，機床工業(yè)起著重要的作用。然而在機械制造業(yè)中，大批大量生產(chǎn)時采用專用機床、組合機床、專用自動線等并配以相應的工裝，這些設備的初期投資費用大、生產(chǎn)準備時間長，并且不適應產(chǎn)品的更新?lián)Q代。單件小批生產(chǎn)時，由于產(chǎn)品多變而不宜采用專用機床，特別是在國防、航空、航天和深潛的部門，其零件的精度要求非常高，幾何形狀也日趨復雜，且改型頻繁，生產(chǎn)周期短，這就要求迅速適應不同零件的加工。書空機床就是在這樣的背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來的一種新型自動化機床，它較好的解決了小批量、品種多變化、形狀復雜和精度高的零件的自動化加工問題。隨著計算機技術，特別是微型計算機技術的發(fā)展及其在數(shù)控機床上的應用，機床數(shù)控技術正從普通數(shù)控向計算機數(shù)控發(fā)展。一個國家數(shù)控機床的擁有量（相對值），標志著這個國家機械制造業(yè)的現(xiàn)代化程度。數(shù)控銑床和加工中心因其特有的加工方式及其加工范圍廣在數(shù)控機床中占有重大的比例，因此研究《數(shù)控銑床及加工中心產(chǎn)品設計》具有重大意義。

　　三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　當今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高質量、高精、高效、自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的'發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計算機技術的進步，數(shù)控機床在20世紀80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進技術、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國加入WTO后，正式參與世界市場激烈競爭，今后如何加強機床工業(yè)實力、加速數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實是緊迫而又艱巨的任務。數(shù)控機床出現(xiàn)至今的50年，隨科技、特別是微電子、計算機技術的進步而不斷發(fā)展。美、德、日三國是當今世上在數(shù)控機床科研、設計、制造和使用上，技術最先進、經(jīng)驗最多的國家。

　　例如：在19世紀初時是1mm級，到20世紀初時提高到了0.01mm級。而近30年來，普通機械加工的精度已從0.01mm提高到0.005mm級，精密加工的精度已從1um級提高到0.02um級，超精密加工的精度已從0～0.01um級進入納米級。在表面粗糙度方面，日本用螢光碳素泡沫拋光劑和細微SiO2粉末拋光工作，成功獲得了小于0.0005um的表面粗糙度。過去們只注意表面粗糙度、波度和紋理等表面特征，忽視了表面之下0.38mm范圍內(nèi)的內(nèi)部效應，即次表面效應對零件可靠性的影響。這方面尚需深入研究，采取相應措施，方能提高產(chǎn)品的質量和使用壽命及可靠性。

　　中國於1958年研制出第一臺數(shù)控機床，發(fā)展過程大致可分為兩大階段。在1958～1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對數(shù)控機床特點、發(fā)展條件缺乏認識，在人員素質差、基礎薄弱、配套件不過關的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現(xiàn)欠佳，無法用於生產(chǎn)而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏實事求是的科學精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進數(shù)控系統(tǒng)技術，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國、臺灣省共11國（地區(qū)）引進數(shù)控機床先進技術和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。在20余年間，數(shù)控機床的設計和制造技術有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓一批設計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產(chǎn)先進數(shù)控機床，使設計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距；通過利用國外先進元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設計及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機床，供應國內(nèi)市場的需求，但對關鍵技術的試驗、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術支撐，不能獨立發(fā)展，基本上

　　處於從仿制走向自行開發(fā)階段，與日本數(shù)控機床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本“機電法”、“機信法”那樣的指引；嚴重缺乏各方面專家人才和熟練技術工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。

　　四、研究內(nèi)容：

　　1.按圖紙要求制定真確的工藝方案

　　2.選擇合理的刀具和切削工藝參數(shù)

　　3.編寫數(shù)控加工程序

　　五、研究方法：

　　首先閱讀大量相關文獻資料，教材及新聞背景資料，包括機械制造的原理及方法，質量管理應用，數(shù)控機床現(xiàn)有技術水準，國際水平探討方面的書籍，報刊。以了解可靠性的內(nèi)容，質量管理的概況和數(shù)控機床領域的基本知識體系。然后通過調(diào)研，進一步了解企業(yè)現(xiàn)狀及需求。接下來進行分析與設計。確定數(shù)據(jù)來源的真實準確。再進行系統(tǒng)設計由于現(xiàn)有設備所采用的是分析設計方法，因此可以首先對原有設備進行適當?shù)臏y試與調(diào)試，然后使用快速原型方法來提高加工質量，等得到企業(yè)有效的反饋信息后再可以考慮用統(tǒng)計分析法和棕合法進行接下去的再分析，再設計

　　六、進展按排：

　　1、準備階段（12月15日～12月30日）。搜集有關資料，準備參考資料

　　2、完成開題報告及論文大綱交老師批閱（1月1日～1月15日）

　　3、依據(jù)論文大綱完成論文一稿交老師批閱（1月16日～3月10日）

　　4、完成論文二稿交老師批閱（3月11日～4月10日）

　　5、完成三稿（4月11日～4月30日）

　　6、完成相關論文簡介、答辯提綱，準備答辯階段（5月1日～5月10日）

　　7、畢業(yè)設計答辯階段（5月中旬）

　　七、主要參考資料：

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　　2、張麗華，馬立克，數(shù)控編程與加工技術，大連理工大學出版社，2015年7月第2版

　　3、楊建明，數(shù)控加工工藝與編程，北京理工大學出版社，2015年4月第3次印刷