數控專業(yè)開題報告

附件二：北京科技大學

201*屆數控技術專業(yè)畢業(yè)設計（論文）開題報告

姓顧天宇系部機電工程系專業(yè)數控技術名題典型銑削零件的加工工藝與程序設計目一、選題背景、目的及意義班級數控5091經過了幾個月的銑床實訓，讓我對數控機床有了更深一步的了解，因為本人是實訓的數控銑，對于操作銑床也掌握了一些技能。隨著機械制造行業(yè)的迅猛發(fā)展，銑削加工已經成為很多產品加工的方式，而此類產品加工的精度和質量要求都比較高。因此產品的加工工藝的設計是保證產品質量的一個重要的環(huán)節(jié)選擇典型銑削零件的數控加工工藝，能基本展示數控銑床的基本功能，也是檢驗這兩年多來學習數控銑床的一個很好的途徑。裝備工業(yè)的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代化程度，數控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術及其產業(yè)、生物技術及其產業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產業(yè)）的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經說過“各種經濟時代的區(qū)別，不在于生產什么，而在于怎樣生產，用什么勞動資料生產”。制造技術和裝備就是人類生產活動的最基本的生產資料，而數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)已進入了以數控技術為核心的機電一體化時代，其中數控機床就是代表產品之一。數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。我們把從數控系統(tǒng)外部輸入的直接用于加工的程序稱為數控加工程序，簡稱為數控程序，它是機床數控系統(tǒng)的應用軟件。數控機床是制造業(yè)的加工母機和國民經濟的重要基礎。它為國民經濟各個部門提供裝備和手段，具有無限放大的經濟與社會效應。隨著世界科技進步和機床工業(yè)的發(fā)展，數控機床作為機床工業(yè)的主流產品，已成為實現裝備制造業(yè)現代化的關鍵設備，是國防軍工裝備發(fā)展的戰(zhàn)略物資。數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)展數控機床產業(yè)也是我國裝備制造業(yè)發(fā)展的現實要求。二、主要內容及提綱（需緊密結合論題，提綱中應包含一級和二級目錄）一．緒論二、正文1、數控銑床加工工藝的基礎知識1.1數控加工工藝的基本特點1.2數控加工工藝的主要內容1.3數控加工工藝分析的步驟與方法1.4數控加工零件工藝分析2、腔體零件的加工工藝2.1零件圖的工藝分析2.2分析零件結構及技術要求2.3加工腔體的工序卡總結致謝參考文獻三、主要方法和措施結合所學習到的知識和平時實習時所積累的經驗，對于所加工的工件進行詳細的介紹。主要方法和措施有：1.上網查找資料2.圖書館查找資料3.指導老師意見四、主要參考文獻1.陳志雄主編.數控機床與數控編程技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，201*.521-322.蔣建強主編.數控加工技術與實訓[M].北京：電子工業(yè)出版社，201*.28-133.李家杰.數控機床編程與操作實用教程[M].南京：東南大學出版社，201*.815-234.西門子公司.SINUMERIK802D操作編程-銑床用戶手冊，201*.956-635.李善術主編.數控機床及其應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，201*.146-566.鄭曉峰主編.數控原理與系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，201*.416-237.王愛玲主編.現代數控原理及控制系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，201*.767-768.王貴明主編.實用數控技術[M].機械工業(yè)出版社，201*.973-799.許兆豐等編譯.數控銑床編程與操作[M].北京：中國勞動出版社，1999.1153-6110.孫偉偉主編.數控銑工實習與考級[M].北京：高等教育出版社，201*.632-3911.袁鋒主編.數控銑床培訓教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，201*.543-四、畢業(yè)設計（論文）推進計劃序號完成內容1確定課題，主要結合自身崗位選題時間安排201*年3月6日至201*年3月12日2構思畢業(yè)設計內容和結構，收集資料201*年3月13日至201*年3月26日3形成并上交畢業(yè)設計/論文初稿201*年3月27日至201*年4月16日4交畢業(yè)設計/論文二稿201*年4月17日至201*年5月7日5修改、完善畢業(yè)設計/論文，形成終稿201*年5月8日至201*年5月27日6畢業(yè)答辯201*年5月28日-201*年5月30日學生簽名：年月日指導教師意見（對選題的有效性、研究方法的正確性、課題的廣度、深度的意見及開題是否通過）：通過（）修改后通過（）未通過（）指導教師簽名：年月日注：開題報告裝訂在畢業(yè)設計（論文）任務書后開題是否通過請指導教師在括號內打“√”

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題目:

指導教師:系部名稱:專業(yè)班級:學號:姓名:日期:

加工中心刀庫的研究及設計

邱壽昆機電工程系數控0812080301131318袁志發(fā)201*/01/12

教務處印制

一、選題的目的、意義和研究現狀

選題目的：加工中心（MachiningCenter,MC）是適應省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數控機床，它是綜合了機械技術、電子技術、計算機軟件技術、拖動技術、現代控制理論、測量及傳感技術以及通信診斷、刀具和編程技術的高科技產品。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和調整時間，減少工件周轉、搬運存放時間，使機床的切削利用率高于通用機床3倍～4倍，所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數控機床中生產率和自動化程度最高的綜合性機床。1958年，美國卡尼，特雷克（Kearney&Trecker）公司首次把銑、鉆、鏜等多種工序集中于一臺數控機床上，通過換刀方式實現連續(xù)加工，成為世界上第一臺加工中心。該產品出現后，銷路驚人，引起了日、德、美、英、法、意等先進工業(yè)國家的高度重視，競相開發(fā)生產，不斷擴大和完善機床的功能，成為數控機床中發(fā)展最快、需求量最大的商品之一。如今，世界上出現了立式、臥式、龍門式、落地式等各種加工中心，據不完全統(tǒng)計，大約有1000多個品種規(guī)格。未來加工中心的發(fā)展動向是高速化、進一步提高精度和愈發(fā)完善的機能。加工中心是數控機床的代表，是高新技術集成度高的典型機電一體化機械加工設備，我國的加工中心從70年代開始，已有很大發(fā)展，但技術、品種和數量上都還遠不能適應我國經濟、技術發(fā)展的需要。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，推動了模具制造業(yè)、機械加工業(yè)的巨大發(fā)展，使得數控機床的使用越來越普遍，而加工中心更是以其高自動化程度得到廣泛應用。然而，目前市場上生產和銷售的都是以大、中型的加工中心為主，小型加工中心幾乎是空白，而機械加工業(yè)、小型模具的制造、工科院校、技工學校等對小型加工中心存在著大量的需求。為加速我國加工中心的發(fā)展，需進一步加強對加工中心的研究、設計、制造和應用。

選題的意義和研究現狀：在加工中心中，刀庫和機械手組成自動換刀裝置（AutomaticToolChanger,簡稱ATC），而自動換刀裝置的好壞，將直接影響加工中心的好壞，從目前情況看，加工中心的主機部分基本定型，變化不大，但自動換刀裝置種類繁多，五花八門，是最難搞好的部分。它是加工中心的象征，又是加工中心成敗的關鍵環(huán)節(jié)。因此各加工中心制造廠家都在下大力研制動作迅速、可靠性高的自動換刀裝置，以求在激烈的競爭中取得好效益，正因為自動換刀裝置是加工中心的核心內容，各廠家都在保密，極少公開有關資料，尤其機械手這部分更是如此。刀庫的形式和容量主要是為滿足機床的工藝范圍，目前常見的刀庫類型如下：（1）盤式刀庫此刀庫結構簡單，應用較多。此換刀裝置的優(yōu)點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好，缺點是換刀時間長，適用于刀庫容量較小的加工中心上采用。（2）鏈式刀庫此刀庫結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環(huán)的形狀可根據機床的布局制成各種形狀，也可將換刀位突出以便于換刀，能充分利用機床的占地空間，通常為軸向取刀，位置精度較低，造價也較高。（3）格子箱式刀庫結構緊湊，刀庫空間利用率高，換刀時間較長。布局不靈活，通常刀庫安裝在工作臺上，應用者較少。（4）直線式刀庫刀庫容量少，一般在十幾把左右，多用于自動換刀數控車床，鉆床上也有采用。目前常見的換刀機械手類型有：①單臂單手式機械手結構較簡單，換刀各動作均需順序進行，時間不能重合，故換刀時間較長。②雙手式機械手向刀庫還回用完的刀具和選取新刀，均可在主軸正在加工時進行，故換刀時間可較短。③回轉式單臂雙手機械手這類機械手可以同時抓住和拔、插位于主軸和刀庫里的刀具。與單臂單手式機械手相比，可以縮短換刀時間。應用最廣泛，形式也較多。④多手式機械手使用者較少。二、研究方案及預期結果

在確立數控機床的設計技術規(guī)范時，應該考慮專業(yè)市場上的供求情況、顧客潛在的選擇，從有關商業(yè)文獻中獲得競爭產品所能達到的技術要求、價格等因素，最后再根據所要求的數控機床性能來確定自動換刀裝置的設計技術要求。所研究的主要內容有：

1、掌握加工中心的基本結構、工作原理；2、刀庫、換刀機械手結構設計；3、刀庫電機的選擇及計算；4、繪制裝配圖、零件圖。

研究所考慮的設計基本原則是：結構簡單、價格低廉、容易制造，拆卸、裝配、維修方便，配件容易得到等。

三、研究步驟、方法及措施

1、查閱有關的立式加工中心自動換刀裝置文獻或資料，掌握立式加工中心的基本結構。

2、刀庫的結構設計

刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸刀具的交換。本課題中刀庫采用盤型刀庫結構，根據刀庫中儲存刀具的數目和最大刀具直徑計算出盤式刀庫的最小直徑，相鄰刀具間應留有一定間隙。3、換刀機械手結構設計

本課題研究采用的是單臂雙手式機械手，亦叫扁擔式機械手。這種機械手的拔刀、插刀動作，大都由油缸動作來完成。根據結構要求，可以采取油缸動，活塞固定；或活塞動，油缸固定的結構形式。而手臂的回轉動作，則通過活塞的運動帶動齒輪齒條來實現。機械手臂的不同回轉角度，是由活塞的可調行程來保證。

圖1單臂雙手式機械手

4、傳動部分設計

（1）利用單頭蝸輪蝸桿實現刀庫的旋轉，此傳動機構在使用中可隨時調整蝸輪蝸桿的傳動間隙，實現準確的轉位分度，保證刀庫工作的可靠性。相比之下，槽輪機構具有沖擊小，工作平穩(wěn)性高，機械效率高，可在較高轉速下工作，結構簡單等優(yōu)點，但定位精度不夠高。

圖2刀庫傳動結構簡圖

（2）利用伺服電機實現蝸輪蝸桿的傳動。5、刀庫電機的選擇

1）按負載轉矩選加在伺服電動機軸上的負載轉矩TL應比電動機額定連續(xù)轉矩

TS小。

圓盤式刀庫負載轉矩計算方法這種刀庫的負載轉矩T1主要來自刀具重量的不平衡。計算方法有兩種：

①用平均重量的刀具插滿圓盤的半個圓，根據工藝要求所需的各種刀具，確定每個刀具的平均重量WCP，而其重心則設定為離刀庫回轉中心2/3半徑處。②將三把最重刀挨在一起，按加工中心規(guī)格規(guī)定的最大刀具重量Wmax計算，而其重心則設定為離刀庫回轉中心半徑處。如下圖所示：

把如上計算的負載轉矩轉換為電動機軸上的轉矩TL的公式為：TL=T1/（i）式中i傳動比傳動效率

考慮到實際情況比計算時所設定條件復雜，電機額定轉矩TS應為負載轉矩的1.2～1.5倍，亦即TS(1.2~1.5)TL

2）按加速時的最大轉矩選加速時的最大轉矩T包括加速轉矩Ta和負載轉矩TL，即T>Ta+TL，加速轉矩Ta按下式計算：Ta2n(JLJm)/(60ta)（Nm）式中n刀庫選刀時電動機轉速（r/min）ta加速時間，通常取150~200ms

Jm電動機轉子慣量，可從樣本中查到（Nms2）JL負載慣量折算到電機

軸上的慣量

加速時的最大轉矩T應小于電機的最大轉矩Tmax，即T圖4換刀過程示意圖[1]

三、研究進度

1.準備階段（搜集有關資料，準備參考資料）（2月10號前）2.完成開題報告（3月5號）3.畢業(yè)設計進行過程（了解刀庫結構，繪制刀庫圖、）（3月-4月）4.完成設計論文（4月15號）5.畢業(yè)設計資料整理、打印上交階段（4月25號）6．準備答辯階段（5月1號）

四、主要參考文獻

[1]機床設計手冊編寫組.機床設計手冊（第三冊）.北京：機械工業(yè)出版社，1986[2]王愛玲主編.現代數控機床.北京：國防工業(yè)出版社，201*[3]林宋，田建君編.現代數控機床.北京：化學工業(yè)出版社，201*[4]沙杰編.加工中心結構、調試與維護.北京：機械工業(yè)出版社，201*[5]廉元國，張永洪編.加工中心設計與應用.北京：機械工業(yè)出版社，1995[6]向金林.TH7130立式加工中心自動換刀系統(tǒng)的設計.裝備制造技術，201*[7]陳芳，李繼中.盤式刀庫加工中心自動換刀系統(tǒng)控制.機械設計與制造，201*[8]黃澤正，劉沖，陳志輝.加工中心自動換刀裝置的設計.機械工程與自動化，201*[9]曹秋霞，馬國亮.小型立式加工中心圓盤式刀庫的設計.機電產品開發(fā)與創(chuàng)新，201*[10]依蘭歐克拉，比京克.數控平面加工中心輪式刀庫自動換刀裝置的設計.成都紡織高等�？茖W校學報，201*[11]M.B.Ko.DesignofautomatictoolchangerforCNCmachines.M.Sc.thesis,MechanicalEngineeringDepartmet,METU,Ankara,Turkey1995[12]H.S.Yan.Amethodologyforcreativemechanismdesign.mechansismandmachine,1992

五、指導教師意見

指導教師簽字：

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