数控加工毕业论文开题报告———数控铣床及加工中心产品设计

数控加工毕业论文开题报告———数控铣床及加工中心产品设计

1课题名称

数控铣床及加工中心产品设计2选题理由

制造技术是各国经济竞争的重要支柱之一，经济的成功在很大程度上得益于先进的制造技术，而机床是机械制造技术重要的载体，它标志着一个国家的生产能力和技术水平。机床工业是国民经济的一个重要先行部门，担负这为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务，以1994年为例，全世界基础的消费额达261.7亿美元。其中美国的消费额56亿美元、中国33.6亿美元。所以，在我国国民经济建设中，机床工业起着重要的作用。然而在机械制造业中，大批大量生产时采用专用机床、组合机床、专用自动线等并配以相应的工装，这些设备的初期投资费用大、生产准备时间长，并且不适应产品的更新换代。单件小批生产时，由于产品多变而不宜采用专用机床，特别是在国防、航空、航天和深潜的部门，其零件的精度要求非常高，几何形状也日趋复杂，且改型频繁，生产周期短，这就要求迅速适应不同零件的加工。书空机床就是在这样的背景下产生和发展起来的一种新型自动化机床，它较好的解决了小批量、品种多变化、形状复杂和精度高的零件的自动化加工问题。随着计算机技术，特别是微型计算机技术的发展及其在数控机床上的应用，机床数控技术正从普通数控向计算机数控发展。一个国家数控机床的拥有量（相对值），标志着这个国家机械制造业的现代化程度。数控铣床和加工中心因其特有的加工方式及其加工范围广在数控机床中占有重大的比例，因此研究《数控铣床及加工中心产品设计》具有重大意义。3国内外研究现状当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高质量、高精、高效、自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。数控机床出现至今的50年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。例如：在19世纪初时是1mm级，到20世纪初时提高到了0.01mm级．而近30年来，普通机械加工的精度已从0.01mm提高到0.005mm级，精密加工的精度已从1um级提高到0.02um级，超精密加工的精度已从0.～0.01um级进入纳米级．在表面粗糙度方面，日本用萤光碳素泡沫抛光剂和细微SiO2粉末抛光工作，成功获得了小于0.0005um的表面粗糙度．过去们只注意表面粗糙度、波度和纹理等表面特征，忽视了表面之下0.38mm范围内的内部效应，即次表面效应对零件可靠性的影响．这方面尚需深入研究，采取相应措施，方能提高产品的质量和使用寿命及可靠性．

中国於1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在1958～1979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠佳，无法用於生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处於从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。存在的主要问题包括：缺乏象日本“机电法”、“机信法”那样的指引；严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。4研究内容：

1.按图纸要求制定真确的工艺方案2.选择合理的刀具和切削工艺参数3.编写数控加工程序5研究方法：

首先阅读大量相关文献资料,教材及新闻背景资料,包括机械制造的原理及方法，质量管理应用,数控机床现有技术水准,国际水平探讨方面的书籍,报刊.以了解可靠性的内容,质量管理的概况和数控机床领域的基本知识体系.然后通过调研,进一步了解企业现状及需求.接下来进行分析与设计.确定数据来源的真实准确.再进行系统设计

由于现有设备所采用的是分析设计方法,因此可以首先对原有设备进行适当的测试与调试,然后使用快速原型方法来提高加工质量,等得到企业有效的反馈信息后再可以考虑用统计分析法和棕合法进行接下去的再分析,再设计6进展按排：

1准备阶段（12月15日～12月30日）．搜集有关资料，准备参考资料2完成开题报告及论文大纲交老师批阅（1月1日～1月15日）3依据论文大纲完成论文一稿交老师批阅（1月16日～3月10日）4完成论文二稿交老师批阅（3月11日～4月10日）5完成三稿（4月11日～4月30日）

6完成相关论文简介、答辩提纲，准备答辩阶段（5月1日～5月10日）7毕业设计答辩阶段（5月中旬）7主要参考资料：

1周昌治，杨忠鉴，赵之渊，陈广凌，机械制造工艺学，，重庆大学出版社出版，201*年12月第6次印刷，

2张丽华，马立克，数控编程与加工技术，大连理工大学出版社，201*年7月第2版4.杨建明，数控加工工艺与编程，北京理工大学出版社，201*年4月第3次印刷

5.吕天玉，宫波，公差配合与测量技术，大连理工大学出版社，201*年7月第3次印刷6.高波，机械制造基础，大连理工大学出版社，201*年8月第1次印刷7.黄鹤汀，王芙蓉，金属切削机床（上册），机械工业出版社，201*年7月第1版?第10次印刷

8成果形式:

以论文的形式完成

扩展阅读：毕业设计开题报告 JCS-018型立式数控铣削加工中心 X-Y向工作台装配

毕业设计开题报告

题目：

JCS018型立式数控铣削加工中心外型，X-Y向工作台装配

姓名：能宗英

班级：090101班

学号：201*3043

联系方式：15143093553

指导老师：田彦加工中心是综合了数控铣床、数控镗床、数控钻床等机床的功能并集中在一台设备上，且增设了自动换刀装置和刀库的数控机床，是高效、高速、自动化技术和数控技术的最佳组合,是高性能与经济性的完美统一。加工中心是高度机电一体化的产品，它可在一次安装工件后，由数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能，依次完成平面、孔系等多面和多工序的加工，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80%左右(普通机床仅为15～20%)，同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。其中JCS-018型立式加工中心的特点是：

（1）可进行强力切削。机床主轴电机变速范围中恒功率范围宽，低

转速扭矩大，机床主要构件刚度高，可进行强力切削。（2）高速定位。工作台由直流伺服电机通过联轴节、滚珠丝杠带动，

X、Y方向移动速度可达14m/min，主轴箱Z向移动可达10m/min，定位精度可达0.006~0.015mm/300mm。

（3）采用随机换刀。随机换刀由数控系统管理，刀具和刀座上不设

固定编号，换刀由机械手执行，结构简单、可靠。

加工中心通常以主轴与工作台相对位置分类，分为卧式、立式和

万能加工中心。

(1)卧式加工中心：是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。

(2)立式加工中心：是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。(3)万能加工中心(又称多轴联动型加工中心)：是指通过加工主轴轴线与工作台回转轴线的角度可控制联动变化，完成复杂空间曲面加工的加工中心。适用于具有复杂空间曲面的叶轮转子、模具、刃具等工件的加工。

加工原理大致为：加工之前，根据零件图纸制定出工艺方案，采用手工或计算机自动编制零件加工程序，把零件所需要的机床的各种动作及全部工艺参数变成数控装置能接受的信息代码，并把这些代码存储到信息载体上，如穿孔带、磁盘等。然后将信息载体送到输入装置，由输入装置读出信息并送入数控装置。信息载体为穿带孔时，输入装置为光电阅读机；磁带输入装置可用磁带录音机。信息载体是磁盘时，可用驱动器输入。以上是最常用的程序输入方法。另一种方法是利用计算机和加工中心直接通信，实现零件程序的输入和输出。进入数控装置的信息，经过一系列处理和运算转变为脉冲信号。有的信号送到机床的伺服系统，通过伺服机构进行置换和放大，再经过传动机构、驱动机床执行机构，使刀具和工件严格执行零件程序所规定的相应运动。其他信号被送到可编程控制器，用以顺序控制机床的其他辅助动作，实现刀具的自动更换。

在数控机床的基础上，再配以刀具库和自动换刀系统，就构成了加工中心，而构成车削中心，一般只需要在数控车床的刀架上增加驱动刀具旋转的装置即可。

车削中心除了能加工各种回转表面外，还可以钻径向孔、攻螺纹、铣键槽、铣油槽和铣扁等。在车削中心增设的自驱动力刀具传动装置中，传动原理一般如下：传动箱装在转塔刀架体的上方。变速电机经锥齿轮副和同步齿形带，将动力传至位于转塔回转中心的空心轴。轴左端的中央锥齿轮再经自驱刀具附件传动刀具。其中，自驱刀具铣削附件分为两部分，其一为中间传动装置轴套的A部装入转塔刀具孔中，齿轮与传动装置的中央锥齿轮啮合。齿轮将运动经轴和轴上的锥齿轮副、横轴和两个圆柱齿轮将运动传至铣主轴。铣主轴前端装有铣刀。铣主轴除了传动铣刀运动之外，还可以与传动装置一起旋转，以适应不同方位加工表面的加工。

尽管加工中心有各种不同的总体布局形式，外型结构各异，但从总体上来看，大体上由以下几部分构成。

（1）基础部件。它由床身、立柱和工作台等大件组成，是加工中心的基础部件。他们可以是铸铁，也可以是焊接钢结构件，均要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负荷，故必须是刚度很高的部件，亦是加工中心质量和体积最大的部件。

（2）主轴组件。它由主轴箱、主轴电机、主轴和主轴轴承等零件组成。其启动、停止和转动等均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具完成切削运动，是切削加工的功率输出部件。主轴是加工中心的关键部件，其结构优劣对加工中心的性能有很大影响。

（3）数控系统。单台加工中心的数控部分是由CNC装置、可编程控制器、伺服驱动装置以及电机等部分组成。它们是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程中的控制中心。CNC系统一般由中央处理器、存储器和输入、输出接口组成；中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。CNC装置由硬件和软件两大部分组成，软件在硬件支持下运行，离开软件，硬件便无法工作，两者缺一不可。（4）伺服系统。伺服系统的作用是把来自数控装置的信号转换为机床运动部件的运动，其性能的好坏是决定机床的加工精度、表面质量和生产效率的主要因素之一。加工中心的伺服系统有半闭环、闭环和混合环三种。

（5）自动换刀装置。它由刀库、机械手和驱动机构等部件组成。刀库是存放加工过程中所使用的全部刀具的装置。刀库有盘式、鼓式和链式等多种形式，容量从几把到几百把。当需要换刀时，根据数控系统指令，由机械手将刀具从刀库取出装入主轴中，机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置及结构的不同也有多种形式，如单臂式、双臂式、回转式和轨道式等。有的加工中心不用机械手而利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。尽管换刀过程、选刀方式、刀库结构、机械手类型等各不相同，但都是在数控装置及可编程控制器控制下，由电机和液压或气动机构驱动刀库和机械手实现刀具的选择与交换。当换刀装置中装入接触式传感器，还可以实现对刀具和工件误差的测量。（6）辅助系统。包括润滑、冷却、排屑、防护、液压和随机检测系统等部分。辅助系统虽然不直接参加切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用，因此，也是加工中心不可缺少的部分。

（7）自动托盘更换系统。有的加工中心为进一步缩短非切削时间，配有两个自动交换工件托盘，一个安装在工作台上进行加工，另一个则位于工作台外装卸工件，当完成一个托盘上的工件加工后，便自动交换托盘，进行下一个零件加工。这样可减少辅助时间，提高生产率。加工中心采用的标准是机床工具行业内控标准。主要有JB/GQ1140-89《加工中心精度》，JB/GQ1140-89《加工中心精度附则》，JB/GQ1141-89《加工中心技术条件》。标准规定了加工中心的几何精度和工作精度的要求及检验方法。加工中心检验时还须参照JB2670-82《金属切削机床精度检验通则》和GB9061-88《金属切削机床通用技术条件》等标准进行。

加工中心按其精度等级可分为普通级和精密级。检验项目一般在30项以上，其细目及检验条件、方法在标准中均有明确规定。一台加工中心全项验收工作是比较复杂的一般需要使用如激光干涉仪、三座标测量机等大型高精度仪器，对机床的机械、电器、液压、气动、微机控制等各部分及整机运行性能检测试验，最后得出对该机的综合技术评价。主要包括以下几项：

(1)几何精度：包括综合反映主轴和工作台的相关和相互位置精度、主轴径跳、端面跳动(窜动)、工作台平面度、回转精度等。(2)机床定位、重复定位精度：即工作台或主轴运动位置，回转角度的设定值与实际值(实测值)之差或多次测量差值的均值，它是反映机床数控系统的控制、差补精度和机床自身设定的综合指标。(3)工作精度：是指对代表性工件精加工尺寸进行检验，尺寸精度是对机床几何精度，定位精度在一定切削和加工条件下的综合考核。主要有镗孔精度、平行孔孔距精度、调头镗孔同轴度、铣削四周面精度、圆弧插补铣削精度等。

(4)外观：可参照通用机械相关标准检验，但加工中心由于其单台价格昂贵，外观要求也高于一般机床。

加工中心多采用木箱包装，各木箱生产厂家在制造木箱时，依据GB7284-98《框架木箱》，GB/T13384-92《机电产品包装通用技术条件》及相关标准。上述标准对包装箱的材质、结构、含水率等项目做了具体规定。包装箱检验抽样判定时还须参照SN/T0275-93《出口商品运输包装木箱检验规程》。箱内的加工中心应进行有效的固定和衬垫，其电器及加工未涂漆表面应做防锈防潮处理，其防锈有效期为两年。在存放及滞港期间加工中心应库内保管，暂时露天存放时应垫高并加苫盖防止雨淋、水浸。箱面重心、防雨、勿倒置、轻放等标识应齐全，以保证运输时产品完好、安全运抵目的地。目前生产加工中心的国内厂家主要有：青海第一机床厂、大河机床厂、北京第一机床厂、常州机床厂、南通机床厂、天津第一机床总厂、北京机床研究所等。主要输往美国、拉美、东南亚、香港等国家和地区。外贸经营部门和生产单位必须按照商检法及颁发的有关规定严格掌握。加工中心属金属切削机床分支已实施出口产品质量许可制度，未取得许可证的产品不准出口。订货时除通用技术条件外，对设备参数公、英制，动力，控制电压和周波以及随机附件、刀具类型和机床颜色均应有明确规定。

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