數(shù)控加工畢業(yè)論文開題報告———數(shù)控銑床及加工中心產品設計

1課題名稱

數(shù)控銑床及加工中心產品設計2選題理由

制造技術是各國經濟競爭的重要支柱之一，經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能力和技術水平。機床工業(yè)是國民經濟的一個重要先行部門，擔負這為國民經濟各部門提供現(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、生產準備時間長，并且不適應產品的更新?lián)Q代。單件小批生產時，由于產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品設計》具有重大意義。3國內外研究現(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范圍內的內部效應，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，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機床開始正式生產和使用，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。4研究內容：

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5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6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）7主要參考資料：

1周昌治，楊忠鑒，趙之淵，陳廣凌，機械制造工藝學，，重慶大學出版社出版，201*年12月第6次印刷，

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，201*年7月第2版4.楊建明，數(shù)控加工工藝與編程，北京理工大學出版社，201*年4月第3次印刷

5.呂天玉，宮波，公差配合與測量技術，大連理工大學出版社，201*年7月第3次印刷6.高波，機械制造基礎，大連理工大學出版社，201*年8月第1次印刷7.黃鶴汀，王芙蓉，金屬切削機床（上冊），機械工業(yè)出版社，201*年7月第1版?第10次印刷

8成果形式:

以論文的形式完成

擴展閱讀：畢業(yè)設計開題報告 JCS-018型立式數(shù)控銑削加工中心 X-Y向工作臺裝配

畢業(yè)設計開題報告

題目：

JCS018型立式數(shù)控銑削加工中心外型，X-Y向工作臺裝配

姓名：能宗英

班級：090101班

學號：201*3043

聯(lián)系方式：15143093553

指導老師：田彥加工中心是綜合了數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床等機床的功能并集中在一臺設備上，且增設了自動換刀裝置和刀庫的數(shù)控機床，是高效、高速、自動化技術和數(shù)控技術的最佳組合,是高性能與經濟性的完美統(tǒng)一。加工中心是高度機電一體化的產品，它可在一次安裝工件后，由數(shù)控系統(tǒng)控制機床按不同工序自動選擇和更換刀具，自動改變主軸轉速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助功能，依次完成平面、孔系等多面和多工序的加工，因而大大減少了工件裝夾時間、測量和機床調整等輔助工序時間，使機床的切削時間達到機床開動時間的80%左右(普通機床僅為15～20%)，同時也減少了工序之間的工件周轉、搬運和存放時間，縮短了生產周期，對加工形狀比較復雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經濟效果。其中JCS-018型立式加工中心的特點是：

（1）可進行強力切削。機床主軸電機變速范圍中恒功率范圍寬，低

轉速扭矩大，機床主要構件剛度高，可進行強力切削。（2）高速定位。工作臺由直流伺服電機通過聯(lián)軸節(jié)、滾珠絲杠帶動，

X、Y方向移動速度可達14m/min，主軸箱Z向移動可達10m/min，定位精度可達0.006~0.015mm/300mm。

（3）采用隨機換刀。隨機換刀由數(shù)控系統(tǒng)管理，刀具和刀座上不設

固定編號，換刀由機械手執(zhí)行，結構簡單、可靠。

加工中心通常以主軸與工作臺相對位置分類，分為臥式、立式和

萬能加工中心。

(1)臥式加工中心：是指主軸軸線與工作臺平行設置的加工中心，主要適用于加工箱體類零件。

(2)立式加工中心：是指主軸軸線與工作臺垂直設置的加工中心，主要適用于加工板類、盤類、模具及小型殼體類復雜零件。(3)萬能加工中心(又稱多軸聯(lián)動型加工中心)：是指通過加工主軸軸線與工作臺回轉軸線的角度可控制聯(lián)動變化，完成復雜空間曲面加工的加工中心。適用于具有復雜空間曲面的葉輪轉子、模具、刃具等工件的加工。

加工原理大致為：加工之前，根據(jù)零件圖紙制定出工藝方案，采用手工或計算機自動編制零件加工程序，把零件所需要的機床的各種動作及全部工藝參數(shù)變成數(shù)控裝置能接受的信息代碼，并把這些代碼存儲到信息載體上，如穿孔帶、磁盤等。然后將信息載體送到輸入裝置，由輸入裝置讀出信息并送入數(shù)控裝置。信息載體為穿帶孔時，輸入裝置為光電閱讀機；磁帶輸入裝置可用磁帶錄音機。信息載體是磁盤時，可用驅動器輸入。以上是最常用的程序輸入方法。另一種方法是利用計算機和加工中心直接通信，實現(xiàn)零件程序的輸入和輸出。進入數(shù)控裝置的信息，經過一系列處理和運算轉變?yōu)槊}沖信號。有的信號送到機床的伺服系統(tǒng)，通過伺服機構進行置換和放大，再經過傳動機構、驅動機床執(zhí)行機構，使刀具和工件嚴格執(zhí)行零件程序所規(guī)定的相應運動。其他信號被送到可編程控制器，用以順序控制機床的其他輔助動作，實現(xiàn)刀具的自動更換。

在數(shù)控機床的基礎上，再配以刀具庫和自動換刀系統(tǒng)，就構成了加工中心，而構成車削中心，一般只需要在數(shù)控車床的刀架上增加驅動刀具旋轉的裝置即可。

車削中心除了能加工各種回轉表面外，還可以鉆徑向孔、攻螺紋、銑鍵槽、銑油槽和銑扁等。在車削中心增設的自驅動力刀具傳動裝置中，傳動原理一般如下：傳動箱裝在轉塔刀架體的上方。變速電機經錐齒輪副和同步齒形帶，將動力傳至位于轉塔回轉中心的空心軸。軸左端的中央錐齒輪再經自驅刀具附件傳動刀具。其中，自驅刀具銑削附件分為兩部分，其一為中間傳動裝置軸套的A部裝入轉塔刀具孔中，齒輪與傳動裝置的中央錐齒輪嚙合。齒輪將運動經軸和軸上的錐齒輪副、橫軸和兩個圓柱齒輪將運動傳至銑主軸。銑主軸前端裝有銑刀。銑主軸除了傳動銑刀運動之外，還可以與傳動裝置一起旋轉，以適應不同方位加工表面的加工。

盡管加工中心有各種不同的總體布局形式，外型結構各異，但從總體上來看，大體上由以下幾部分構成。

（1）基礎部件。它由床身、立柱和工作臺等大件組成，是加工中心的基礎部件。他們可以是鑄鐵，也可以是焊接鋼結構件，均要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削負荷，故必須是剛度很高的部件，亦是加工中心質量和體積最大的部件。

（2）主軸組件。它由主軸箱、主軸電機、主軸和主軸軸承等零件組成。其啟動、停止和轉動等均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具完成切削運動，是切削加工的功率輸出部件。主軸是加工中心的關鍵部件，其結構優(yōu)劣對加工中心的性能有很大影響。

（3）數(shù)控系統(tǒng)。單臺加工中心的數(shù)控部分是由CNC裝置、可編程控制器、伺服驅動裝置以及電機等部分組成。它們是加工中心執(zhí)行順序控制動作和完成加工過程中的控制中心。CNC系統(tǒng)一般由中央處理器、存儲器和輸入、輸出接口組成；中央處理器又由存儲器、運算器、控制器和總線組成。CNC裝置由硬件和軟件兩大部分組成，軟件在硬件支持下運行，離開軟件，硬件便無法工作，兩者缺一不可。（4）伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的信號轉換為機床運動部件的運動，其性能的好壞是決定機床的加工精度、表面質量和生產效率的主要因素之一。加工中心的伺服系統(tǒng)有半閉環(huán)、閉環(huán)和混合環(huán)三種。

（5）自動換刀裝置。它由刀庫、機械手和驅動機構等部件組成。刀庫是存放加工過程中所使用的全部刀具的裝置。刀庫有盤式、鼓式和鏈式等多種形式，容量從幾把到幾百把。當需要換刀時，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)指令，由機械手將刀具從刀庫取出裝入主軸中，機械手的結構根據(jù)刀庫與主軸的相對位置及結構的不同也有多種形式，如單臂式、雙臂式、回轉式和軌道式等。有的加工中心不用機械手而利用主軸箱或刀庫的移動來實現(xiàn)換刀。盡管換刀過程、選刀方式、刀庫結構、機械手類型等各不相同，但都是在數(shù)控裝置及可編程控制器控制下，由電機和液壓或氣動機構驅動刀庫和機械手實現(xiàn)刀具的選擇與交換。當換刀裝置中裝入接觸式傳感器，還可以實現(xiàn)對刀具和工件誤差的測量。（6）輔助系統(tǒng)。包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓和隨機檢測系統(tǒng)等部分。輔助系統(tǒng)雖然不直接參加切削運動，但對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起著保障作用，因此，也是加工中心不可缺少的部分。

（7）自動托盤更換系統(tǒng)。有的加工中心為進一步縮短非切削時間，配有兩個自動交換工件托盤，一個安裝在工作臺上進行加工，另一個則位于工作臺外裝卸工件，當完成一個托盤上的工件加工后，便自動交換托盤，進行下一個零件加工。這樣可減少輔助時間，提高生產率。加工中心采用的標準是機床工具行業(yè)內控標準。主要有JB/GQ1140-89《加工中心精度》，JB/GQ1140-89《加工中心精度附則》，JB/GQ1141-89《加工中心技術條件》。標準規(guī)定了加工中心的幾何精度和工作精度的要求及檢驗方法。加工中心檢驗時還須參照JB2670-82《金屬切削機床精度檢驗通則》和GB9061-88《金屬切削機床通用技術條件》等標準進行。

加工中心按其精度等級可分為普通級和精密級。檢驗項目一般在30項以上，其細目及檢驗條件、方法在標準中均有明確規(guī)定。一臺加工中心全項驗收工作是比較復雜的一般需要使用如激光干涉儀、三座標測量機等大型高精度儀器，對機床的機械、電器、液壓、氣動、微機控制等各部分及整機運行性能檢測試驗，最后得出對該機的綜合技術評價。主要包括以下幾項：

(1)幾何精度：包括綜合反映主軸和工作臺的相關和相互位置精度、主軸徑跳、端面跳動(竄動)、工作臺平面度、回轉精度等。(2)機床定位、重復定位精度：即工作臺或主軸運動位置，回轉角度的設定值與實際值(實測值)之差或多次測量差值的均值，它是反映機床數(shù)控系統(tǒng)的控制、差補精度和機床自身設定的綜合指標。(3)工作精度：是指對代表性工件精加工尺寸進行檢驗，尺寸精度是對機床幾何精度，定位精度在一定切削和加工條件下的綜合考核。主要有鏜孔精度、平行孔孔距精度、調頭鏜孔同軸度、銑削四周面精度、圓弧插補銑削精度等。

(4)外觀：可參照通用機械相關標準檢驗，但加工中心由于其單臺價格昂貴，外觀要求也高于一般機床。

加工中心多采用木箱包裝，各木箱生產廠家在制造木箱時，依據(jù)GB7284-98《框架木箱》，GB/T13384-92《機電產品包裝通用技術條件》及相關標準。上述標準對包裝箱的材質、結構、含水率等項目做了具體規(guī)定。包裝箱檢驗抽樣判定時還須參照SN/T0275-93《出口商品運輸包裝木箱檢驗規(guī)程》。箱內的加工中心應進行有效的固定和襯墊，其電器及加工未涂漆表面應做防銹防潮處理，其防銹有效期為兩年。在存放及滯港期間加工中心應庫內保管，暫時露天存放時應墊高并加苫蓋防止雨淋、水浸。箱面重心、防雨、勿倒置、輕放等標識應齊全，以保證運輸時產品完好、安全運抵目的地。目前生產加工中心的國內廠家主要有：青海第一機床廠、大河機床廠、北京第一機床廠、常州機床廠、南通機床廠、天津第一機床總廠、北京機床研究所等。主要輸往美國、拉美、東南亞、香港等國家和地區(qū)。外貿經營部門和生產單位必須按照商檢法及頒發(fā)的有關規(guī)定嚴格掌握。加工中心屬金屬切削機床分支已實施出口產品質量許可制度，未取得許可證的產品不準出口。訂貨時除通用技術條件外，對設備參數(shù)公、英制，動力，控制電壓和周波以及隨機附件、刀具類型和機床顏色均應有明確規(guī)定。

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