数控专业开题报告

数控专业开题报告

数控专业开题报告1

一、目的及意义：

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、高精、高效、高自动化先进机床，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，特别是随着微电子、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，四大国际机床展早已成为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。

随着世界科技进步和机床工业的发展，数控机床作为机床工业的主流产品，已成为实现装备制造业现代化的关键设备，是国防军工装备发展的战略物资。数控机床的拥有量及其性能水平的高低，是衡量一个国家综合实力的重要标志。加快发展数控机床产业也是我国装备制造业发展的现实要求。根据中国机床工具工业协会组织用户调查表明，航天航空、国防军工制造业需要大型、高速、精密、多轴、高效数控机床；汽车、摩托车、家电制造业需求高效、高可靠性、高自动化的数控机床和成套柔性生产线；电站设备、造船、冶金石化设备、轨道交通设备制造业需求高精度、重型为特征的数控机床；IT业、生物工程等高技术产业需求纳米级亚微米级超精密加工数控机床；工程机械、农业机械等传统制造行业的产业升级，特别是民营企业的蓬勃发展，需要大量数控机床进行装备。当今数控机床的发展，除了要求机床重量轻、成本低、使用方便和具有良好工艺可能性外，还着重要求机床具有愈来愈高的加工性能。随着现代数控机床日益向着高速化、高性能、高精度方向发展，传统的设计方法己无法满足数控机床发展的要求[1].

数控机床床属于大型机械设备，在整个机床的各个组成部分中，机床立柱是一个极其重要的大件，它起着支撑工件和连接工作台、床身等关键零部件的作用。数控机床立柱结构的设计尺寸和布局形式，决定了其本身的各个动态特性。往往由于立柱结构设计不合理，导致立柱的刚度不足，产生各种变形、振动，加工时刀具与工件间产生相对变形和振动，也使零件加工精度降低。立式车床用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小，形状复杂的大型和重型工件。如各种盘，轮和套类工件的圆柱面，端面，圆锥面，圆柱孔，圆锥孔等。亦可借助附加装置进行车螺纹，车球面，仿形，铣削和磨削等加工。与卧式车床相比，立式车床主轴轴线为垂直布局，工作台台面处于水平平面内，因此工件的夹装与找正比较方便。这种布局减轻了主轴及轴承的荷载，因此立式车床能够较长期的保持工作精度。大量加工实践证明，将卧式车床立起来使用（变成了立式车床）反倒显示出了更多的优越性，如占地面积小、排屑更加方便、承载能力增加等。同时立式车床还具有很好的主轴旋转精度和较强的切削能力，更加有利于实现生产的自动化，所以对立式车床的使用和需求也越来越多。立柱是数控立式车床重要结构部件之一，其结构特性对立式车床的性能影响很大，主要体现在加工精度、抗振性、切削效率、使用寿命等方面。因此，立柱结构的静、动态性能是决定整机性能的重要因素之一。由于立柱结构形状较复杂，采用一般方法对其进行静、动态特性计算比较困难。如何对立柱等部件进行精确、合理、科学可行的计算，是机床结构设计过程中需要迫切解决的重要课题[2].

因此，在设计数控机床立柱结构时，考虑立柱的动态特性显得尤为重要。针对这些因素，有必要对数控机床的立柱部分进行结构优化，本课题对数控机床的立柱部分进行优化设计有重要的实际意义。

二、研究动态：

1、国外研究动态：

国外的机床结构优化领域的研究比较多，在结构优化、有限元分析、参数化设计方面都有不少研究，美国机械工程师学会“OptimalsynthesisofcompliantmechanismsusingsubdivisionandcommercialFEA”一文中，利用有限元软件分析机械结构，提出全程参数化设计，并对其进行拓扑优化，全面分析了设计变量在优化程序中的变数。

国外机床结构优化设计存在以下特点：

（1）设计与分析平行。从以满足一定性能要求为目标的结构选型、结构设计，到具体设计方案的比较及确定、设计方案的模拟试验等。床身结构设计的各个阶段均有结构分析的参与。床身结构分析贯穿了整个设计过程，这样确定的床身结构设计方案，基本就是定型方案[3].

（2）结构优化的思想被用于设计的各个阶段。

（3）大量的虚拟试验代替实物试验。虚拟试验不仅可以在没有实物的条件下进行，而且实施迅速、信息量大。利用虚拟试验，一方面可以在多个设计方案中选择最优，减少设计的盲目性，另一方面可以及早发现在设计中的问题。从而减少设计成本，缩短设计周期[4].

随着工业的发展，对数控机床的要求越来越高。在机床的设计中，需要对其组成部件进行严密的分析与计算。车床床身等支承件的.重量要占车床总重量的20%到30%,因此对支承件的单位重量刚度提出较高的要求。在重量轻的条件下，需保证支承件具有足够的静刚度，所以对支承件材料的分布、支承件壁厚和开孔位置的合理性提出了要求，有必要进行分析计算。

2、国内研究动态：

目前国内在机床结构优化领域的研究比较活跃，机床结构优化设计的内容十分丰富，涉及内容很多，包括静力学，结构非线性分析，拓扑优化，模态分析，动力学分析等。目前有限元方法在机床结构设计中的应用主要有以下几个方面：

（1）静力学分析。这是对二维或者三维机床零件承载后的应力和应变的分析，是有限元在机床设计中最基本、最常用的分析类型。

（2）模态分析。这是动力学分析的一种，用于研究结构的固有频率和各振型等振动特性，进行这种分析时所施加的载荷只能是位移载荷和预应力载荷[5].

（3）谐响应分析和瞬态动力学分析。这两类分析也属于动力学分析，用于研究机床对周期载荷和非周期载荷的动态响应。

（4）热应力分析。用于研究结构内部温度的分布，以及机床内部的热应力。

（5）接触分析。用于分析两个结构件接触时的接触面状态和法向力。

国内的机床结构优化设计主要是应用在刚度和强度分析方面。广西大学陈文锋、毛汉领“MXBS.1320型高速外圆磨床动态性能的试验研究‘’一文中，对MXBS.1320型高速外圆磨床的动态性能使用脉冲激振法进行了试验研究，得到磨床前几阶模态的频率和振型图，寻找出机床振动的薄弱环节和主要振源，并提出一些机床改造的措施。此外还有对主要零部件进行有限元分析，优化零部件结构的设计[6].东南大学和无锡机床股份有限公司对内圆磨床M2120A床身结构进行有限元分析，得到床身前几阶的固有频率和振型，分析床身的内部筋板布置对结构动态特性的影响。张海伟，利用动态实验分析和理论模型分析两种方法对卧式加工中心的动态性能进行了分系，通过实验测试数据与理论计算结果对比分析，验证了理论模型的合理性，找出了机床的薄弱环节，并进行了结构优化。优化后分析结果证明机床结构的最大变形值都相应降低。陈庆堂，运用工程软件ANSYS的优化设计模块，根据主轴箱的实际工况及机床零件加工精度要求，在参数化建模及结构应力分析基础上，对XK713数控铣床轴箱结构以减轻重量为目标进行优化设计。通过优化设计及分析，主轴箱结构重量减轻了23.2%,三个方向上刚度和应力得到了合理的分布[7].东南大学机械工程系，利用有限元法对机床床身进行静、动态分析，并使用渐进结构优化算法对床身结构进行基于基频约束和刚度约束的拓扑优化，为ESO方法在机床大件结构拓扑优化中的应用做了有益的尝试。王艳辉、伍建国等人，在”精密机床床身结构参数的优化设计‘’一文中，在确定精密机床床身合理结构的基础上，利用ANSYS有限元软件提供的APDL参数化设计语言和优化设计方法，以床身的肋板布置和肋板厚度为设计参数，对床身进行结构设计参数的优化，确定了床身结构的合理参数。不仅大大提高了床身的动态性能：而且节省了材料，降低了生产成本[8].

课题的主要内容：

1、确定数控机床立柱体系结构的设计以及实现方案；

2、确立数控机床立柱系统中关键部分的数学建模（包括相应的G功能代码、几何仿真过程中能实现的M代码等）；

3、加工过程的动态建模；

4、分析并编写零件加工程序；

5、编制相应的仿真软件。

研究方法、设计方案：

1、研究方法：

以WINDOWS为平台，以CAD软件为工作语言设计系统各个零件，在用UG绘制三维立体图，并对其进行装配，再用UG编写零件的加工程序，对其讲过仿真，实现数控代码的实时、动态的切削过程。

2、设计方案：

系统采用模块化设计，其总体结构方案如图1-1所示，各模块的功能如下：

（1）利用CAD软件对整个系统的零件进行设计。

（2）用UG对各个零件进行三维建模。

（3）装配各个零件，形成立柱的整体结构。

（4）检查装配中零件设计的合理性及建模的正确性。

（5）NC程序：利用UG对零件进行三维建模，并用UG编写用于加工仿真的程序。

（6）插补算法：采用逐点比较法对直线、圆弧进行插补运算。

（7）仿真显示：利用UG提供的建模环境建立毛坯和刀具，并显示刀具运动轨迹。

（8）最后对编写的程序进行仿真，分析刀路及加工出的零件是否符合要求。

完成期限和预期进度：

①毕业设计课题调研阶段：（第1~2周）：课题调研及文献检索、完成英文翻译；

②毕业设计开题报告阶段：（第3~4周）：完成开题报告；

③毕业设计主要工作阶段：（第5~12周）；

（1）完成系统的总体规划。（第5~6周）；

（2）各零件的设计。（第7~9周）；

（3）数控仿真。（第10周）；

（4）完成设计说明书的撰写工作。（第11~12周）；

④毕业设计答辩阶段：（第13~15周）。

数控专业开题报告2

学院

毕业设计开题报告

题目：

学生姓名：

学 号：

专 业：

指导教师：

典型轴类零件加工090113054 20xx年 11月08 日

1.结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写600字左右的文献综述：

随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。

本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。

2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径： 研究问题：

本次设计是能够利用数控机床加工出典型的轴类零件。

研究手段：先用cad把零件图画出来，对零件图进行分析，确定零件的加工方法。确定零件的定位基准及装夹方式和刀具的选择。并能利用数控机床手工编程制造出零件。

一、选题的目的和意义：

刀具是机械制造系统中重要的组成部分之一,机械工业的生产过程中涉及大量的金属切削加工。其中要采用各类标准与非标准刀具,其共性是规格多、品种杂、数量大、精度高,在实际加工中刀具的性能和质量直接影响到能否顺利加工出符合要求的产品,影响到加工工艺,影响到产品的精度;而能否按时保质保量地将调度或修磨好的刀具顺利地提供给生产线又将直接影响到生产能否正常持续地进行下去,特别是在实施高精益生产的CAM中,生产的中间环节是整个生产线的核心环节。因此,一把关键的刀具特别是非标准刀具如不能按时提供到位,将会造成整个生产线的停产作业,此时如没有完善的应急措施或迅速反应,可能会造成最后的装配线的停产作业,这将给整个企业带来大的经济损失。由此看来,刀具的管理无疑是影响其效率发挥的重要因素之一,刀具管理是否合理、科学,在很大程度上决定了CAM系统的可靠性和生产效率的高低。刀具管理的目标就是保证及时、准确地为指定的机床提供所需的刀具。一个合理有效的全面刀具管理系统必然会对整个系统生产力水平的提高、投资费用的减少起重要作用。

在开发数据库应用的软件项目中, 建立有效管理生产车间的刀具, 在利用刀具开发的系统中能否实现利用最小的刀具资源来达到企业的生产要求, 尽可能减少对刀具资源的占有, 使刀具的存取更便利, 刀具交换次数少, 准备时间短, 利用率更高, 为提高自动化生产效率奠定基础

二、国内外研究现状及存在问题：

自第一个切削数据库诞生以来，世界各工业发达国家大都开发了各自的金属切削数据库。据不完全统计，迄今已有德国、美国、瑞典、英国、日本、挪威、比利时和匈牙利等12个国家建立了30多个金属切削数据库，提供各种形式的信息服务。对世界各国切削数据库所作的调查情况，目前切削数据库中的数据来源于实验室、生产车间及文献，主要应用于车削、铣削、钻削及磨削。

在已建立的切削数据库中，当属CUTDATA与INFOS最为著名。1964年，美国金属切削联合研究公司和美国空军材料实验所联合建立了美国空军加工性数据中心(AFMDC)。该中心开发的CUTDATA切削数据库，是世界上第一个金属切削数据库，该数据库包含大量的切削试验数据，并且经过多次更新，比较全面、可靠，可以为3750种以上的工件材料，22种加工方式及12种刀具材料提供切削参数。德国1971年建立了切削数据情报中心(INFOS)。该中心存储的材料可加工性信息达二百多万个单数据，成为世界上存储信息最多、软件系统最完整和数据服务能力最强的切削数据库之一。

我国建立的切削数据库是从20世纪80年代开始的。目前，国内有成都工具研究所、南京航空航天大学、北京理工大学、西北工业大学、上海工业大学、山东大学、哈尔滨理工大学和天津大学等单位，在切削数据库方面开展了一些研究工作。

成都工具研究所在1987年建成了我国第一个试验性车削数据库TRN10，又于1988年从当时的联邦德国引进了INFOS车削数据库软件(在国内运行后，被称为ATRN90)，并加以改进，向国内推出其修订版的ATRN90E。随后又继续开发并推出了车削数据库软件CTRN90V1.0。CTRN90与原版INFOS比较，它改进、扩展了系统，增强了功能，增添了中国数据，应用了“可加工性材料组——切削材料副”的概念，实现了软件的汉语化和英语化。它在汉化VAX/CVMS操作系统环境中运行，用户界面为人机对话方式，采用多层菜单驱动。软件本身规模约为8MB，带有11个专用子程序库。采用了国内的机床、刀具和试验数据，同时也包含了部分国外数据。1991年推出了CTRN90V2.0，1992年又推出CTRN90V3.0。在上述基础上，1998年开发了在Windows环境下运行的数据库软件。

南京航空航天大学是研究金属切削数据库比较早的高校，早在1986年，南航的张幼桢教授就对建立金属切削数据库的若干问题进行了探讨，许洪昌等对金属切削数据库又进行了更深一步的研究，近年来，着重研究切削数据的优化和专家系统技术在切削数据库中的应用。1988年，开发了一个专用切削数据库软件系统NAIMDS，1991年进一步开发了KBMDBS切削数据库系统。

北京理工大学建立了一个主要面向硬质合金刀具材料和涂层刀具生产厂家的切削数据库系统。根据切削数据的不同来源和特点，将其分为三大类：即浓缩型切削数据、离散型切削数据和资料型切削数据。北京理工大学对切削试验曲线在切削数据库中的存储与绘制进行了研究，并在此基础上实现了刀具磨损、刀具寿命、断屑和切削力等六种试验曲线的存储和绘制，使金属切削数据库在功能上不仅能够存储数据，而且也能处理曲线。这对于丰富切削数据库的内容，扩大切削数据库的范围，以及工程数据库的建立都有积极的意义。除了各国均建立自己的切削数据库外，国际学术机构也开展了切削数据库的研究开发工作，如于1995年成立的国际生产工程学会(CIRP)切削加工模型研究小组，从事切削加工预报模型的研究，为机械制造业提供切削参数，自1998年开始邀请世界著名研究机构加盟其切削数据库的研究与建立。

建立切削数据库的根本目的是为生产实际服务，但已建立的切削数据库及工艺数据库，付诸实用的还不多，分析其原因是多方面的：①企业对切削数据库的重视不够；②数据的信息量还不够多，且尚未解决与CAPP、CAM等系统的联接问题；③关键的问题是现有切削数据库本身还存在一些问题，首先是切削数据的可靠性，由于数据的来源较多，有来自工厂的数据、实验室的数据，还有来自各种手册上的数据，这些数据应经过严格的分析、处理和评估，否则，其应用效果必然不佳。

三、主要研究内容：

1，了解刀具管理系统的国内外研究现状及其存在的问题。

2，根据系统总体的需求分析，思考系统需采用的一些相关技术，然后分析设计系统数据库，创建数据库。

3，构建刀具管理模型，应用数据库技术设计的原理和方法，建立刀具管理数据库系统。

四、研究方法：

利用网络资源查找相关资料，找到数控加工刀具数据库和切削参数数据库的建立方案，以Microsoft SQL Server 2000为后台，完成数据库的建立，并以VB为开发工具，创建了SQL数据库数据的连接和显示, 实现了多维数据影射技术。通过构建数据关联, 完成程序设计即可实现刀具数据库系统的登录和系统操作的应用，开发一个合理的刀具参数和切削参数查询软件。

五、研究步骤：

1，接触课题，利用学校图书馆资源查找相关文献，了解课题。2，学习课题所需的技术手段，如VB，SQL等。

3，分析有关资料，提出数控加工刀具数据库和切削参数数据库的建立方案。4，设计数据库。5，通过SQL、Excel等，构建刀具数据库，尽量使数据库结构合理，内容全面。6，利用VB软件，构建刀具管理系统，软件的界面友好，操作方便、可靠。7，测试完成的系统，使其能够根据所需刀具类型交互式地查询刀具参数、加工材料、切削参数等内容。

8，文档资料编写，完成课程设计所规定的内容。

六、参考文献: [1] 陈志同 陈五一 林东 《优化型切削参数数据库的数据结构》 2007.11 [2] 刘勇贤 刘红军 《数控加工工艺参数查询系统》 2007年第4期

[3] 宋玉贵 黄小霞 苏炜 《面向工艺设计的数控刀具管理控件开发》 2006年2月 [4] 刘战强 黄传真 万熠等 《切削数据库的研究现状与发展》 2003年11月 [5] 丁娜仁花 《基于开放式数控系统的刀具数据库管理研究与设计》 2007年1月 [6] 田先亮 《数控加工中的刀具选择和切削用量的确定》 科技资讯 2007年NO.24