数控车床设计开题报告

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1、 本科生毕业设计（论文）开题报告题 目： 数控车床（最大加工直径为500mm）纵向进给系统三维设计及加工 学 院： 机电工程学院 系 机电 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机制094班 学 号： 5901109158 姓 名： 李德旺 指导教师： 范美仁 填表日期： 2013 年 2 月 28 日一、 选题的依据及意义：1，选题的依据数控车床作为集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电液气一体化的典型产品，是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件。是机械制

2、造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。是现代机械制造业中不可缺少的加工设备在机械制造业中发挥着重要的作用，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量小、零件多变的加工问题，且产品加工质量稳定，生产效率较高。数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在高精尖数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先

3、进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。我国机床产业经过十多年的发展已经连续8年成为第一大进口国和消费国。虽然我国目前是机床制造大国，却存在制造工艺偏向低端化的态势。据中国机床工具工业协会发布的数据显示：2010年，我国机床贸易逆差只有80.42亿美元，而到了2011年，我国机床产业贸易逆差竟高达113.9亿美元，逐年增长的进口数量有增无减。而进口数量的增长，意味着我国机床产业目前如同一个“虚胖子”。而这种差距的主要原因是，一方面，近几年，我国普通机床需求和供给的爆发性增长，制约了用户整体工艺水平的提升，也减缓了机床行业整体制造水平的提升速度。另一方面是国

4、内企业自主创新能力不足，无法满足重型机床单件等技术要求较高产品市场上的需求，这也是我国机床产品存在的结构问题。我国机床制造起步较晚，专业人才匮乏等短板在短时间内无法弥补。减弱对进口依赖，就应该大力引进和培养人才，加大对机床研发的投资力度才是解决之道。国产机床是否能突破进口机床的围困，还看未来我国高端机床制造是否能够达到世界领先水平。学校能为中国未来的机床研发源源不断的提供人才和动力，因而本次毕业设计围绕数控机床的设计来选题。 2，选题的意义 数控机床融合了机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术，能为我们提供一个将所学知识应用于实践的一个平台。使我们对着三年来所学做一次融合，增强我们的实

5、践能力和设计能力。作为机械专业的一名学生，应该背负起打破目前机床主要依赖进口局面的责任。本次选题能为我提供机床设计领域试手的机会，培养对这一领域的兴趣，为未来我国高端机床制造做贡献。二、 国内外研究现状及发展趋势： 现代数控机床功能越来越多样化，现在先进的数控车床同时也能够实现铣等其他功能。所以我们只要了解数控机床国内外研究现状及发展趋势，也就能看到数控车床的发展状况和趋势。1，数控机床国内研究现状:中国的数控机床起步较晚, 1958年研制出第一台数控机床,现在我国已经建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。一些较高档次的数控系统，如5轴联动数控系统、6轴数控高速滚齿机等高精度数控机床、加工中

6、心也相继研制成功并投入商用。如北京机电研究院新研制出型号为5C-VMC1250的5轴联动加工中心;昆明机床公司已销售配备了国产航天数控集团4轴联动或5轴联动数控系统的TH5466型立式加工中心14台；用国产高档数控国家工程研究中心的“蓝天”7轴控制5轴联动数控系统改造的日本五坐标旧加工中心，已在沈阳黎明飞机发动机公司运行了2年多；国产4联动“蓝天”数控系统改造的日本牧野旧铣床，在天津机车车辆机械厂，一天开两班运行了7年。用“华中”的5联动数控系统配套的数控铣床，在济南铸锻所已用于加工叶轮多年。由济南二机床集团承担的两个国家重大专项课题“高速龙门五轴加工中心”和“双摆角数控万能铣头”日在济南同时

7、通过由工业和信息化部牵头组织的国家验收;国产高级型系统华中的曲面直接插补（SDI）功能,用软件算法实现复杂轨迹的直接插补，以实现高精、高速加工，为加工误差补偿和智能控制打下基础。另外，在并联机床方面，我国也已经进入了实用阶段，开发了自主版权的虚拟轴机床数控系统和软件，这是我国机床创新方面的又一重大成果。此外，我国机床制造业在网络制造技术方面也取得了长足的发展，如华中数控系统股份公司与桂林机床股份公司联合研制出一套由4台机床组成的相同功能的网络制造系统，为实现生产制造过程的智能化奠定了较坚实的基础。在国家政策的大力扶持下，近几年国内数控机床发展迅猛。北京机电院和北京航空航天大学联合开发的JT20

8、10型数控系统，可以用一个系统，控制总轴数多达50的多台机床组成的成套机群。 但是我国数控机床发展也存在许多问题： l 数控车床。国产的大多为经济型数控车床，约占总数的80%左右，多功能数控车床和车削中心生产量较少；而国外生产的基本上是多功能数控车床和车削中心。国外车削中心具有双主轴、双刀塔、Y轴、C轴，甚至还装有B轴，功能多，可供用户选择。国外数控车床的主轴转速和主轴功率一般都高于国产数控车床。另外还能生产提供适合于高强度耐热合金加工和钛合金加工的大功率、高刚度数控车床和车削中心以及以车代磨的精密数控车床和车削中心，而此类产品国内基本处于空白。l 加工中心。与国外产品相比，差距主要在机床的高

9、速、高效和精密上。对于高速加工中心，国外机床在进给驱动上，滚珠丝杠驱动的加工中心快速进给大多在40m/min以上，最高已达到90m/min。直线电机驱动的加工中心已实用化，应用范围不断扩大。国内加工中心快速进给大多在30m/min左右，个别达到60m/min。直线电机驱动的加工中心仅试制出样品。国外高速加工中心主轴转速一般都在1200025000r/min。在结构上都采用适应于高速加工要求的独特箱中箱结构或龙门式结构。在加工精度上，国外卧式加工中心都装有机床精度温度补偿系统，加工精度比较稳定，而国内尚在研发中。国外加工中心定位精度基本上按德国标准验收，行程1000mm以下，定位精度可控制在0.

10、0060.01mm以内，而国内定位精度相对较低。l 制造技术。我国机床制造企业的制造技术如主轴的精磨加工、主轴箱精加工、导轨精加工等方面基本上与国外相当，但是总体制造技术与国外相比差距很大。2，数控机床国外研究现状:国外数控机床在数控机床精密化方面，美国的水平最高，不仅生产中小型精密机床，而且由于国防和尖端技术的需要，研究开发了大型精密机床。其代表产品有LLL实验室研制成功的DTM一3型精密车床和LODTM大型光学金刚石车床，它们是世界公认水平最高的、达到当前技术最前沿的大型精密机床。其它国家也相应研制成功各种类似的装备，如英国的Cranfield、日本的东芝机械等。总体来说，国外高速高精与多

11、轴加工成为数控机床的主流，纳米控制已经成为高速高精加工的潮流。多任务和多轴加工数控机床越来越多地应用到能源、航空航天等行业。机床与机器人的集成应用日趋普及，且结构形式多样化，应用范围扩大化，运动速度高速化，多传感器融合技术实用化，控制功能智能化，多机器人协同普及化。智能化加工与监测功能不断扩充，车间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床的状态，提前进行相关的维护，避免事故的发生，减少机床的故障率，提高机床的利用率。最新的机床误差检测与补偿技术能够在较短的时间内完成对机床的补偿测量，与传统的激光干涉仪相比，对机床误差的补偿精度能够提高34倍，同时效率得到大幅度提升。

12、最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数控机床的加工提供了强有力的支持，可以大幅度提高加工效率。刀具技术发展迅速，众多刀具的设计涵盖了整个加工过程，并且新型刀具能够满足平稳加工以及抗振性能的要求。有代表性的数控系统有：发那科公司最新的FS30i/31i/32i/35i-MODELB数控系统、MITSUBISHI公司的M700V、 SIEMENS公司推出的最新系统828D与840Dsl等。 3，数控车床发展趋势数控机床总的发展趋势是：高精、高速、高效、柔性、智能和集成化，并注重工艺适用性和经济性。具体可归纳如下： 1)持续地提高经济加工精度 1 9502O年50年内加工精度提升100倍左右，即平均

13、每8年加工精度提高一倍，当前的普通加工精度已达到20世纪50年代的精密加工水平。加工中心加工典型件的尺寸精度和形位精度国际先进水平为O002O003mm 2)推进全面高速化实现高效制造切削速度不断地提高车、铣45号钢由1 950年的80100mmin至2000年普遍达到500600mmin50年内切削速度提高了5倍多。高速化加工已从单一的高速切削发展至全面高速化不仅要缩短切削时间，也要力求降低辅助时间和技术准备时间。3)复合加工机床促进新一代高效机床的形成复合数控机床具有良好的工艺适用性，有力地支持了准时制造(JIT)。下面几种复合加工机床基本代表了世界机床的发展方向：以车削为基础的复合加工机

14、床：在车削中心基础上集成了铣削、钻削和攻丝、镗削、磨削以及滚齿和插齿等工艺方法成为车铣复合加工机床。以铣削为基础的复合加工机床：在加工中心的基础上集成了车削、钻削和攻丝、镗削、磨削以及滚齿和插齿等工艺方法成为铣车复合加工机床。其它复合加工机床：如以磨削为基础的和磨头回转式(或可换式)复合加工机床。未来的复合加工机床将结合数控技术、软件技术、信息技术、可靠性技术的发展，向构件简约化、结构紧凑化、配置模块化和部件商品化方向发展。 4)工艺适用性的专门化数控机床正不断涌现通过对机床布局和结构的创新，使不同类型的零件加工具有最佳的适用性。避免不能发挥最佳性能和存在功能冗余现象。 5)智能化和集成化成为

15、数字化制造的重要支撑技术信息技术的发展及其与传统机床的相融合使机床朝着数字化、集成化和智能化的方向发展。数字化制造装备、数字化生产线、数字化工厂的应用空间将越来越大；而采用智能技术来实现多信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、复杂曲面加工运动轨迹优化控制、故障自诊断和智能维护以及信息集成等功能，将大大提升成形和加工精度、提高制造效率。6)向大型化和微小化两极发展能源装备的大型化及航空航天事业等的发展需要重型立式卧式加工中心和铣车中心。超精密加工微纳米技术则需要发展能适应微小型尺寸和微纳米精度的新型工艺和装备。航空航天、lT和国防高新技术需求推进了超精加工技术及设备的发

16、展。20世纪80年代美国的大型超精密金刚石车床的加工平面度达O01 25“m，最大加工直径为21 00mm。 8)配套装置和功能部件的品种质量日臻完善三、 本课题研究内容1， 机床切屑过程中力的研究进给系统是由电机产生动力，通过其他传动元件传到刀架上使刀具和工件产生相对运动。下面是一些与设计要求相关的力的研究：l 要满足在床身上最大加工直径500mm的设计要求，要研究切屑力与加工直径的关系。从实际经验可知：加工直径越大，所需要的切屑力越大，所以要研究切屑力与加工直径之间具体满足怎样的关系。l 根据设计要求的最大加工直径可以大概得到切屑力的大小，接着要研究切屑力的产生。一般其动力来自电机，经过其

17、他传动机构传给刀架。因而要研究数控机床的传动机构。l 现代数控设备广泛采用滚珠丝杠螺母进行传动，特别是传动精度要求高的设备，而且滚珠丝杠已经是一个相当成熟的产品，因而接着要研究如何选择满足条件的滚珠丝杠螺母。也就是要研究丝杆尺寸与所承受的力关系。l 由于电机轴传出的力矩较小，而丝杆所要的力矩较大。因而要研究在力矩不足的情况下如何解决这一矛盾。2， 相关机构外形尺寸确定研究：l 设计要求中要求最大加工长度750-1000mm，因而要研究加工长度与那些因素有关，具体存在什么关系。l 工作架主要通过丝杆带动，因而要综合研究丝杆工作长度、支撑以及传动尺寸的关系。l 要研究纵向系统机构在机床上的总体布局

18、。3， 其他与设计参数要求有关的研究：l 纵向刀架快移速度主要由数控程序控制，但他与纵向系统的丝杆、传动机构以及电机等部件有很大关系。因而要研究快移速度与相关机构的关系。l 纵向最大进给速度与快移速度类似，但其所受的力更为复杂，以此同时对加工工件的质量和加工效率有很大关系。因而要研究如何控制在一个合理的值。l 纵向定位精度对零件的加工有很大影响，因而要研究定位精度与那些因素有关，有什么关系。4， 与三维设计有关的研究：l 本次设计要求用三维软件实现设计加工，因而要学习三维软件的相关操作。l 机械产品一般都有相关标准，因而要研究与本次设计有关的相关国家标准。如：制图标准等。l 有些零部件需要外购

19、，因而要研究如何选择企业产品已经企业标准。四、 本课题研究方案1、 研究题目：数控车床（最大加工直径为500mm）纵向进给系统三维设计及加工 2、 研究内容的界定： 本次设计主要内容是：数控车床纵向进给系统机械部分的设计计算，同时用三维软件画出三维图并运用三维软件编写出部分零部件的数控加工程序，在条件满足时加工出部分零部件。3、 理论依据：前人不断实践和实验总结的结论和经验公式、各种国家标准和行业标准 （如机械设计手册等）、运用于机械设计的计算机技术(如三维设计软件等)。4、 研究步骤和大体方案：分析设计任务根据任务内容查找相应的资料查找设计实例并作为参照总体方案： 根据任务要求，纵向进给选择

20、开环系统足以满足定位要求，用步进电机驱动，通过齿轮带动滚珠丝杠螺母副运动，从而带动刀架在导轨上实现进给运动。数控车床纵向进给伺服系统计算：（1） 滚珠丝杠螺母副设计计算（2） 导轨选用（3） 此轮传动设计（4） 步进电机选择（5） 进给系统机械部分结构设计三维实体造型设计零件图及其数控程序设计编写说明书5、 研究方法 本次设计用到的研究方法主要有： 文献研究法：通过上网查找理论书籍、借阅书籍等方式查阅有关文献，学习相关理论，为本课题研究提高理论基础，并借鉴理论去指导设计。案例研究法：通过查看前人的相关设计实例，进行个案研究，积累资料，总结经验并用于设计。对比研究法：通过与其他设计好的机床成品进

21、行对比，不断改进设计。6、 成果形式： 主要通过三维软件来表现出设计的具体事物成果，并在条件满足的情况下加工出具体零部件事物。以论文的形式提交成果。五、 研究目标、主要特色及工作进度： 1，研究目标：运用所学的知识和查阅相关资料完成数控车床纵向进给系统的三维实体造型和部分零部件的数控加工设计。 2，主要特色：本次设计和以往的课程设计的最大不同就在于本次设计是运用三维软件直接三维设计，符合未来的设计主流。 3，工作进度： 序号各阶段工作内容起止时间实施地点1调研、开题报告2013.2.25-2013.3.32方案拟定2013.3.4-2013.3.103进给伺服系统计算2013.3.11-2013.3.174三维实体造型2013.3.18-2013.4.215零件图及数控程序设计2013.4.22-2013.4.286说明书编写2013.4.39-2013.5.5 六、参考文献：1 陈婵娟 主编. 数控车床设计M 化学工业出版社2 数控机床系统设计（自编教材）M3 李长河 侯亚丽 蔡光起 数控机床产业现状和市场需求分析J 数控机床市场 20064 胡亚波，吴玉文我国数控机床的状况与发展J机床与液压，2004