昆明冶金高等?？茖W(xué)校機電一體化專業(yè)畢業(yè)論文

《昆明冶金高等專科學(xué)校機電一體化專業(yè)畢業(yè)論文》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《昆明冶金高等專科學(xué)校機電一體化專業(yè)畢業(yè)論文（34頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

畢業(yè)論文 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 副教授 專 業(yè) 名 稱 機電一體化技術(shù) 班 級 名 稱 機電 班 論 文 工 作 起 始 日 期 2012 年 12 月 15 日 提 交 日 期 2013 年 01 月 03 日 昆明冶金高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 論文 成績評定表 設(shè)計 論文 題目 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 學(xué)生姓名 學(xué)號 電氣學(xué)院 學(xué)院 機電一體化技術(shù) 專業(yè) 2010 年級 1 指導(dǎo)教師評分 序號 評價內(nèi)容 分?jǐn)?shù) 序號 評價內(nèi)容 分?jǐn)?shù) 1 調(diào)查論證 8 分 4 工作量 工作態(tài)度 10 分 2 方案設(shè)計與技術(shù)路線 15分 5 論文質(zhì)量 15 分 3 分析與解決問題能力 15分 6 創(chuàng)新 7 分 指導(dǎo)教師評分 分 2 指導(dǎo)教師評語 該同學(xué)按照論文任務(wù)書要求認(rèn)真開展了論文研究工作 結(jié)合專 業(yè)重點知識進行選題 查閱資料充分 論文撰寫規(guī)范 論文思路清 晰 內(nèi)容充實 論述充分 結(jié)論明確 按進度安排提交了所有論文 成果 導(dǎo)師 簽字 日 期 2013 年 01 月 08 日 1 昆明冶金高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 學(xué)院 電氣學(xué)院 專業(yè) 機電一體化技術(shù) 班級 學(xué)生姓名 畢業(yè)設(shè)計 論文 題目 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 畢業(yè)設(shè)計 論文 主要內(nèi)容 1 按指導(dǎo)教師所給論文題目查閱相關(guān)文獻資料 根據(jù)本次畢業(yè) 論文所給題目 畢業(yè)論文參考資料主要查閱所需題目研究領(lǐng)域的發(fā) 展歷史 國內(nèi)外研究情況 在各行業(yè)的應(yīng)用情況 發(fā)展趨勢及需要 解決的主要技術(shù)難題 進一步研究的工作重點等 2 確定論文具體研究方向 3 擬定論文撰寫提綱和工作進度 填寫論文開題報告 4 根據(jù)指導(dǎo)教師對開題報告的修改意見撰寫論文 形成初稿后 提交指導(dǎo)教師審閱 根據(jù)修改意見修改論文 形成論文終稿 論文 要求內(nèi)容豐富 條理清楚 格式規(guī)范 富有創(chuàng)新 字?jǐn)?shù)不少于一萬 字 5 按格式要求打印論文相關(guān)材料 并按順序裝訂提交 6 制作論文匯報 PPT 以便教師快速查看論文的撰寫過程及核 心內(nèi)容 2 畢業(yè)設(shè)計 論文 預(yù)期目標(biāo) 1 根據(jù)論文題目完成相關(guān)資料查閱 2 完成論文開題報告 3 完成課題研究和論文撰寫 4 完成論文匯報 PPT 完成時間 2013 年 1 月 4 日前 畢業(yè)設(shè)計 論文 指導(dǎo)教師 系 主 任 教研室主任 學(xué) 院 院 長 2012 年 12 月 13 日 3 4 昆明冶金高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計 論文 開題報告 設(shè)計題目 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 學(xué)生姓名 專 業(yè) 機電一體化技術(shù) 指導(dǎo)教師 副教授 填表 時間 2012 年 12 月 15 日 1 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 1 本課題的研究意義 現(xiàn)代機械產(chǎn)品向著高精度 高自動化和高可靠性發(fā)展 具有機電結(jié)合和多學(xué)科 結(jié)合的特點 純機械產(chǎn)品越來越少 而且更新速度很快 對這些要求數(shù)控技術(shù)將起 到保障作用 而機床是國民經(jīng)濟中具有戰(zhàn)略意義的基礎(chǔ)工業(yè) 所以機床工業(yè)的發(fā)展 和機床技術(shù)水平的提高 必然對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著重大的推動作用 隨著改革開 放和中國加入世貿(mào)組織后 我國機床工業(yè)取得了巨大的發(fā)展 特別是加入世貿(mào)組織 以后 中國正在逐步成為 世界制造中心 機械行業(yè)為增強競爭力已開始廣泛使用 先進的數(shù)控技術(shù) 當(dāng)前 機械產(chǎn)品在國內(nèi)外市場是否具有競爭力 很大程度取決于 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 推廣與應(yīng)用 因此 大力推廣發(fā)展數(shù)控技術(shù) 用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè) 有著深遠(yuǎn)意義 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 文獻綜述 19 世紀(jì)末 以紙制為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明 1938 年香農(nóng) 在美國麻省理工學(xué)院進行了數(shù)據(jù)快速運算和傳輸 奠定了現(xiàn)代計算機控制系統(tǒng)的基 礎(chǔ) 1952 年第一臺數(shù)控機床問世 三坐標(biāo)數(shù)控銑床 1965 年出現(xiàn)第三代集成電路 數(shù)控裝置 1974 年研制成功使用微處理器和和半導(dǎo)體存儲器的微型計算機數(shù)控裝置 可靠性得到極大提高 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 采用數(shù)控系統(tǒng)的機床日益增多 而目前 數(shù)控技術(shù)正在 發(fā)生根本性變革 由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式動態(tài)全閉環(huán)控制模 式發(fā)展 在集成化基礎(chǔ)上 數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型 超小型化 在智能化基礎(chǔ)上 綜合了計算機 多媒體 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高 速 高精 高效控制 加工過程可以自行修正 調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù) 實現(xiàn)了在線 診斷和智能化處理故障 在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上 CAD CAM 與數(shù)控系統(tǒng)集成一體 機床聯(lián) 網(wǎng) 實現(xiàn)中央集中控制的群加工 在我國 數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視 近年來取得了相當(dāng)大的進 步 特別是在通用微機數(shù)控機床領(lǐng)域 以 PLC 為平臺的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng) 已經(jīng)走向世 界的前列 2 3 本課題研究的基本內(nèi)容 1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史及趨勢 1 1 數(shù)控 NC 階段 1 2 計算技術(shù)控 CNC 階段 1 3 數(shù)控技術(shù)及裝備的發(fā)展趨勢 2 數(shù)控機床在工業(yè)制造中的應(yīng)用 2 1 數(shù)控機床的概念和特點及功能 2 2 數(shù)控機床在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀 2 3 數(shù)控機床的應(yīng)用 3 數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀和思考與研究 3 1 我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 3 2 對我國數(shù)控機床的思考 3 3 虛擬數(shù)控機床的研究 4 本課題的重點和難點及預(yù)期目標(biāo) 1 重點 數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀與思考 2 難點 數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)向 PC 全數(shù)字化開放體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 如高速化 高精度化 信息交互網(wǎng)絡(luò)化 加工過程綠色化等 3 預(yù)期目標(biāo) 研制出操作簡單 成本比較低 加工精度更高的數(shù)控機床 5 設(shè)計 論文 進度計劃 2012 12 15 12 19 開題報告 2012 12 20 12 26 論文初稿 2012 12 27 2013 1 4 論文終稿 2013 01 04 01 07 匯報 PPT 3 指導(dǎo)教師意見 所選題目貼合專業(yè)知識 研究內(nèi)容對本行業(yè)發(fā)展及個人專業(yè)能力提 高有現(xiàn)實意義 寫作過程中注意進一步理清思路 突出重點難點 突出 課題的研究對生產(chǎn)實踐的指導(dǎo)意義 并融入自己對改進生產(chǎn)工藝和未來 發(fā)展趨勢的思考 按照科技論文的撰寫規(guī)范按時完成任務(wù) 同意開題 指導(dǎo)教師 所在專業(yè)審查意見 機電一體化技術(shù) 同意開題 專業(yè)負(fù)責(zé)人 院部審查意見 同意開題 院部負(fù)責(zé)人 龍志文 畢業(yè)設(shè)計 論文 輔導(dǎo)情況表 指導(dǎo)教師 代若愚 輔導(dǎo)時間 輔導(dǎo)內(nèi)容 學(xué)生簽字 2012 12 14 開畢業(yè)論文動員大會 下達(dá)任務(wù) 2012 12 17 開題報告修改意見 2012 12 24 論文初稿修改意見 2013 01 01 論文修改意見 2013 01 03 指導(dǎo)裝訂 打印規(guī)范 2013 01 04 PPT 制作的安排 2013 01 05 指導(dǎo)匯報 PPT 制作 目錄 0 前言 1 1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢 1 1 1 數(shù)控 NC 階段 1952 1970 年 2 1 2 計算機數(shù)控 CNC 階段 1970 年 現(xiàn)在 2 1 3 我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 3 2 數(shù)控機床的簡介 4 2 1 數(shù)控機床的概念 4 2 2 數(shù)控機床的特點和組成 4 3 數(shù)控機床的應(yīng)用 5 3 1 數(shù)控機床在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀 5 3 2 數(shù)控機床在汽車行業(yè)的應(yīng)用 6 3 3 數(shù)控機床技術(shù)在軍事的應(yīng)用 8 3 4 數(shù)控機床技術(shù)在其他行業(yè)的應(yīng)用 9 4 數(shù)控機床的思考發(fā)展趨勢及展望 9 4 1 對我國數(shù)控機床的思考 10 4 2 數(shù)控技術(shù)及裝備的發(fā)展趨勢 11 4 2 1 高速化發(fā)展新趨勢 11 4 2 2 精密化加工發(fā)展新趨勢 12 4 2 3 高效能發(fā)展新趨勢 12 4 2 4 開放化發(fā)展新趨勢 12 4 2 5 復(fù)合化發(fā)展新趨勢 13 4 3 虛擬數(shù)控機床的研究 13 4 3 1 虛擬數(shù)控機床的特點及功能 14 4 3 2 虛擬數(shù)控機床的體系結(jié)構(gòu) 15 4 3 3 虛擬數(shù)控機床的的應(yīng)用及展望 16 5 結(jié)束語 17 總結(jié)與體會 17 致謝 17 參考文獻 18 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 昆明冶金高等專科學(xué)校電氣學(xué)院 昆明 650033 摘 要 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù) 本文簡要分 析了數(shù)控機床的發(fā)展簡史及趨勢 并簡要說明數(shù)控機床在在工業(yè)制造中的應(yīng)用 并提 出了我國數(shù)控機床發(fā)展中存在的一些問題 討論了國內(nèi)外數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化 的現(xiàn)狀 并分析了其存在的問題 提出了我國數(shù)控機床發(fā)展的對策 現(xiàn)代制造技術(shù)正 朝著高效率 高速度 高精度 高集成和高智能方向發(fā)展 加工智能化和虛擬制造已 成為現(xiàn)代制造業(yè)中最重要的組成部分和發(fā)展方向 并成為提高產(chǎn)品國際競爭力的關(guān)鍵 技術(shù) 關(guān)鍵詞數(shù)控機床 工業(yè)制造 發(fā)展 應(yīng)用 The Devel Opment and Application of CNC Machine Tools Kunming Metallurgy College School of Electrical Engineering Kunming 650033 China Abstract CNC technology is a mechanical movement and work process control technology with digital information This article briefly analyzes the brief history and trends of CNC machine tools CNC machine tools in industrial manufacturing and some of the problems that exist in the development of China s CNC machine tools and a brief description Domestic and foreign the CNC equipment technology development and industrialization of the status quo and its problems and proposed countermeasures of the development of China s CNC machine tools Modern manufacturing technology is moving in the direction of high efficiency high speed high precision high integration and high intelligence of processing intelligent and virtual manufacturing has become the most important part of the modern manufacturing and development direction and improve product international competition the force of the key technologies Keywords CNC machine tools industrial manufacture Developing Application 昆明冶金高等?？茖W(xué)校機電 1020 班陶興健畢業(yè)論文 1 0 前言 從 20 世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來 數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化 數(shù)控加工具有如下特點 加工柔性好 加工精度高 生產(chǎn)率高 減輕操作者勞動強度 改善勞動條件 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟效益的提高 數(shù)控機床是一種高度 機電一體化的產(chǎn)品 適用于加工多品種小批量零件 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 精度要求較高的零 件 需要頻繁改型的零件 價格昂貴不允許報廢的關(guān)鍵零件 要求精密復(fù)制的零件 需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求 100 檢驗的零件 數(shù)控機床的特點及其應(yīng)用范 圍使其成為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備 進入 21 世紀(jì) 我國經(jīng)濟與國際全面接軌 進入了一個蓬勃發(fā)展的新時期 機床制造 業(yè)既面臨著機械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機 也遭遇到加入世 界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力 加速推進數(shù)控機床的發(fā)展是解決機床制造 業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵 隨著制造業(yè)對數(shù)控機床的大量需求以及計算機技術(shù)和現(xiàn)代設(shè) 計技術(shù)的飛速進步 數(shù)控機床的應(yīng)用范圍還在不斷擴大 并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn) 加工的需要 本文簡要分析了數(shù)控機床的發(fā)展簡史及趨勢 并簡要說明數(shù)控機床在在 工業(yè)制造中的應(yīng)用 并提出了我國數(shù)控機床發(fā)展中存在的一些問題 以及本行業(yè)在近 期的研究目標(biāo)虛擬數(shù)控機床的一些特點 功能 結(jié)構(gòu)及應(yīng)用與展望 1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢 1946 年誕生了世界上第一臺電子計算機 這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦 力勞動的工具 它與人類在農(nóng)業(yè) 工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相 比 起了質(zhì)的飛躍 為人類進入信息社會奠定了基礎(chǔ) 6 年后 即在 1952 年 計算機技術(shù)應(yīng)用到了機床上 在美國誕生了第一臺數(shù)控機 床 從此 傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化 近半個世紀(jì)以來 數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和 六代的發(fā)展 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 2 1 1 數(shù)控 NC 階段 1952 1970 年 早期計算機的運算速度低 對當(dāng)時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大 但不能適 應(yīng)機床實時控制的要求 人們不得不采用數(shù)字邏輯電路 搭 成一臺機床專用計算機 作為數(shù)控系統(tǒng) 被稱為硬件連接數(shù)控 HARD WIRED NC 簡稱為數(shù)控 NC 隨 著元器件的發(fā)展 這個階段歷經(jīng)了三代 即 1952 年的第一代 電子管 1959 年的 第二代 晶體管 1965 年的第三代 小規(guī)模集成電路 1 2 計算機數(shù)控 CNC 階段 1970 年 現(xiàn)在 1970 年 通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn) 于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng) 的核心部件 從此進入了計算機數(shù)控 CNC 階段 到 1971 年 美國 INTEL 公司在 世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件 運算器和控制器 采用大規(guī)模集成電 路技術(shù)集成在一塊芯片上 稱之為微處理器 MICROPROCESSOR 又可稱為中央 處理單元 簡稱 CPU 到 1974 年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng) 這是因為小型計算機功能太強 控制一 臺機床能力有富裕 故當(dāng)時曾用于控制多臺機床 稱之為群控 不如采用微處理器 經(jīng)濟合理 而且當(dāng)時的小型機可靠性也不理想 早期的微處理器速度和功能雖還不夠 高 但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決 由于微處理器是通用計算機的核心部件 故仍 稱為計算機數(shù)控 到了 1990 年 PC 機 個人計算機 國內(nèi)習(xí)慣稱微機 的性能已發(fā)展到很高的階 段 可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求 數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于 PC 的階段 總之 計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代 即 1970 年的第四代 小型計算機 1974 年的第五代 微處理器和 1990 年的第六代 基于 PC 國外稱為 PC BASED 還要指出的是 雖然國外早已改稱為計算機數(shù)控 即 CNC 了 而我國仍習(xí)慣稱數(shù) 控 NC 所以我們?nèi)粘Ｖv的 數(shù)控 實質(zhì)上已是指 計算機數(shù)控 了 昆明冶金高等?？茖W(xué)校機電 1020 班陶興健畢業(yè)論文 3 1 3 我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代 通過 六五 期間引進數(shù)控技術(shù) 七五 期間組織消化吸收 科技攻關(guān) 我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績 特別是最近幾年 我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速 1998 2004 年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消費量 的年平均增長率分別為 39 3 34 9 盡管如此 進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁 從 2002 年開始 中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國 機床進口第一大國 2004 年中國機床主機消費高達(dá) 94 6 億美元 但進出口逆差嚴(yán)重 國產(chǎn)機床市場占有率連年 下降 1999 年是 33 6 2003 年僅占 27 7 1999 年機床進口額為 8 78 億美元 7624 臺 2003 年達(dá) 27 1 億美元 23320 臺 相當(dāng)于同年國內(nèi)數(shù)控機床產(chǎn)值的 2 7 倍 國內(nèi) 數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯 70 以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口 由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床 特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力 究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究 開發(fā)深度不夠 制造水平依然落后 服務(wù)意識與能力欠缺 數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不 力及數(shù)控人才缺乏等 中國發(fā)展數(shù)控機床存在的主要問題 中國于 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(rèn)識 在人員素質(zhì)差 基礎(chǔ)薄弱 配套件不過關(guān)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 于生產(chǎn)而停頓 主要存在的問題是盲目性大 缺乏實事求是的科學(xué)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(shù) 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(shù)和合作 合資生產(chǎn) 解 決了可靠性 穩(wěn)定性問題 數(shù)控機床開始正式生產(chǎn)和使用 并逐步向前發(fā)展 在 20 余年間 數(shù)控機床的設(shè)計和制造技術(shù)有較大提高 主要表現(xiàn)在三大方面 培訓(xùn)一批設(shè)計 制造 使用和維護的人才 通過合作生產(chǎn)先進數(shù)控機床 使設(shè)計 制 造 使用水平大大提高 縮小了與世界先進技術(shù)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(shè)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(yīng)國內(nèi)市場的需求 但對關(guān)鍵技術(shù)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(shù)支撐 不能獨立發(fā)展 基本上 處于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 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 4 括 缺乏象日本 機電法 機信法 那樣的指引 嚴(yán)重缺乏各方面專家人才和熟練 技術(shù)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 2 數(shù)控機床的簡介 隨 著 科 學(xué) 技 巧 和 社 會 消 費 的 敏 捷 開 展 機 械 產(chǎn) 品 日 趨 龐 雜 對 機 械 產(chǎn) 品 德 量 和 消 費 率 的 請 求 越 來 越 高 在 航 空 航 天 軍 工 和 盤 算 機 等 工 業(yè) 中 零 件 精 度 高 外 形 龐 雜 批 量 少 常 常 修 正 加 工 艱 難 消 費 效 力 低 休 息 強 度 大 質(zhì) 量 難 以 保 障 機 械 加 工 工 藝 歷 程 主 動 是 和 智 能 化 適 應(yīng) 上 述 開 展 特 征 的 最 重 要 手 腕 為 處 理 上 述 問 題 一 種 靈 巧 通 用 高 精 度 高 效 的 柔 性 主 動 化 消 費 設(shè) 備 一 數(shù) 控 機 床 在 這 種 狀 況 下 應(yīng) 運 而 生 目 前 數(shù) 控 技 巧 已 逐 漸 遍 及 數(shù) 控 機 床 在 工 業(yè) 消 費 中 得 到 了 普 遍 運 用 已 成 為 機 床 主 動 化 的 一 個 重 要 開 展 方 向 2 1 數(shù)控機床的概念 數(shù)控機床是數(shù)字控制機床 Computer numerical control 的簡稱 是一種裝有程 序控制系統(tǒng)的自動化機床 該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令 規(guī)定的程序 并將其譯碼 從而使機床動作并加工零件 2 2 數(shù)控機床的特點和組成 數(shù)控機床的操作和監(jiān)控全部在這個數(shù)控單元中完成 它是數(shù)控機床的大腦 與普 通機床相比 數(shù)控機床有如下特點 加工精度高 具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量 可進行多 坐標(biāo)的聯(lián)動 能加工形狀復(fù)雜的零件 加工零件改變時 一般只需要更改數(shù)控程序 可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間 機床本身的精度高 剛性大 可選擇有利的加工用量 生產(chǎn)率 高 一般為普通機床的 3 5 倍 機床自動化程度高 可以減輕勞動強度 對操作 昆明冶金高等?？茖W(xué)校機電 1020 班陶興健畢業(yè)論文 5 人員的素質(zhì)要求較高 對維修人員的技術(shù)要求更高 它由以下幾個部分組成 主機 他是數(shù)控機床的主題 包括機床身 立柱 主軸 進給機構(gòu)等機械部件 他是 用于完成各種切削加工的機械部件 數(shù)控裝置 是數(shù)控機床的核心 包括硬件 印 刷電路板 CRT 顯示器 鍵盒 紙帶閱讀機等 以及相應(yīng)的軟件 用于輸入數(shù)字化的 零件程序 并完成輸入信息的存儲 數(shù)據(jù)的變換 插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能 驅(qū)動裝置 他是數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部件 包括主軸驅(qū)動單元 進給單元 主軸 電機及進給電機等 他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給 驅(qū)動 當(dāng)幾個進給聯(lián)動時 可以完成定位 直線 平面曲線和空間曲線的加工 輔 助裝置 指數(shù)控機床的一些必要的配套部件 用以保證數(shù)控機床的運行 如冷卻 排 屑 潤滑 照明 監(jiān)測等 它包括液壓和氣動裝置 排屑裝置 交換工作臺 數(shù)控轉(zhuǎn) 臺和數(shù)控分度頭 還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等 編程及其他附屬設(shè)備 可用來在 機外進行零件的程序編制 存儲等 自從 1952 年美國麻省理工學(xué)院研制出世界上第 一臺數(shù)控機床以來 數(shù)控機床在制造工業(yè) 特別是在汽車 航空航天 以及軍事工業(yè) 中被廣泛地應(yīng)用 數(shù)控技術(shù)無論在硬件和軟件方面 都有飛速發(fā)展 3 數(shù)控機床的應(yīng)用 3 1 數(shù)控機床在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀 在汽車等大批量生產(chǎn)行業(yè) 生產(chǎn)準(zhǔn)備和生產(chǎn)組織管理等工作的效率相對較高 其 數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用效率也相對比較高 但是由于汽車工業(yè)本身多產(chǎn)的特征 必然導(dǎo)致機 床應(yīng)用的資源浪費 因為其效率也會大打折扣 飛機制造業(yè) 因其產(chǎn)品的批量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到大批量生產(chǎn)的規(guī)模 頻繁的技術(shù)和生產(chǎn) 準(zhǔn)備等因素造成數(shù)控設(shè)備的停機和輔助時間延長 在一定程度上導(dǎo)致了設(shè)備利用率相 對較低 同時 對于國內(nèi)的飛機制造企業(yè) 還存在著多品種 小批量和離散程度高等 問題 數(shù)控設(shè)備維護 數(shù)控工藝技術(shù) 數(shù)控程編技術(shù)和刀具技術(shù)等方面與國外存在著 較大的差距 數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用效率明顯低于世界先進的飛機零部件制造企業(yè) 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 6 同樣 其他制造業(yè)中由于本身投入的便不如汽車和飛機制造業(yè)的資金充裕 高素 質(zhì)的人才不能與之配套 機床的養(yǎng)護以及使用不夠規(guī)范 使其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能發(fā)揮 據(jù) 有關(guān)方面統(tǒng)計 目前 國外數(shù)控機床在使用兩班制工作情況下開機率達(dá) 60 70 而國內(nèi)用戶的開機率僅有 20 30 數(shù)控機床的開機率在很大程度上代表了數(shù)控機 床的加工效率 出現(xiàn)過把德國生產(chǎn)的 DMU125P 型 馬豪 五軸四聯(lián)動 機床當(dāng)普通 鏜床使用的情況 另外 也出現(xiàn)了許多企業(yè)十分嚴(yán)重的數(shù)控機床常年閑置不用的現(xiàn)象 一句話 國內(nèi)數(shù)控機床普遍存在加工效率不高的現(xiàn)狀 3 2 數(shù)控機床在汽車行業(yè)的應(yīng)用 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展 數(shù)控機床在汽車發(fā)展中起著越來越重要的作用 數(shù)控機床 的發(fā)展推動了汽車工業(yè)革命的進程 汽車工業(yè)的發(fā)展既依賴于機床工業(yè)的技術(shù)進步 又帶動了機床工業(yè)的發(fā)展 汽車工業(yè)生產(chǎn)的每一個環(huán)節(jié)已經(jīng)離不開數(shù)控機床 數(shù)控機 床也需要汽車工業(yè)的支撐 汽車工業(yè)已成為機床消費的主體 其比例已經(jīng)占到機床消 費總量的40 左右 現(xiàn)今的汽車生產(chǎn) 新產(chǎn)品的開發(fā)周期不斷縮短 成本也不斷降低 有資料顯示 十年前需要四年開發(fā)周期的汽車產(chǎn)品 今天只需要兩年就可以完成 除了汽車制造商 采用了先進的新產(chǎn)品開發(fā)方法 虛擬制造 同步工程等先進開發(fā)技術(shù)外 很重要的一 點是得益于為汽車制造提供制造裝備的設(shè)備供應(yīng)商的努力 尤其是這些設(shè)備供應(yīng)商提 供了各種數(shù)控機床 這些數(shù)控機床允許汽車制造商以最快的速度提供滿足市場需求的 產(chǎn)品 1 汽車工業(yè)生產(chǎn)的特點及數(shù)控機床的優(yōu)點 隨著社會的發(fā)展 人民生活水平的提高 億萬家庭要求擁有自己的汽車 汽車 走進千家萬戶 汽車生產(chǎn)量非常大 而且迫切要求降低生產(chǎn)成本 提高生產(chǎn)效率 更 重要的是提高汽車的品質(zhì)和質(zhì)量 數(shù)控機床 精度高 生產(chǎn)效率高 性能穩(wěn)定 故障率低無故障時間長 設(shè)備 的可開動率高 重復(fù)加工方便等優(yōu)點倍受汽車行業(yè)用戶的青睞 在汽車制造業(yè)中應(yīng)用 廣泛 處于主導(dǎo)地位 數(shù)控車床在汽車制造業(yè)中主要用來加工軸類零件和盤類零件 如曲軸 凸輪軸 飛輪 前輪轂 后輪轂 制動盤 一軸 二軸 齒輪 齒套 差殼 昆明冶金高等?？茖W(xué)校機電 1020 班陶興健畢業(yè)論文 7 等 而軸類零件和盤類零件占汽車零部件的主體 數(shù)控機床在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用 不僅提高了生產(chǎn)效率 保證了加工精度 而且降低了生產(chǎn)成本 2 數(shù)控機床在整車生產(chǎn)中的應(yīng)用 汽車整車生產(chǎn)的四條線 即沖壓 焊接 涂裝和總裝線 無一不用到數(shù)控機床 自動化生產(chǎn)線中應(yīng)用最多的就是機械手和傳輸裝置 使工人裝配更方便快捷 隨著數(shù) 控技術(shù)的發(fā)展 也出現(xiàn)了一些完全不需要人干預(yù)的無人自動化生產(chǎn)線 最典型 應(yīng)用 最廣泛的應(yīng)該是自動化車身前板生產(chǎn)線 完全由機器完成 不需人手持板件沖壓 減 少了對人體的傷害 當(dāng)然 還有自動化焊接機器人 在焊接車身時 焊接質(zhì)量高 而 且焊接速度是人工焊接的百倍以上 最值得一提的是美國通用的無人汽車生產(chǎn)車間 整個生產(chǎn)車間不需工人 完全自動運行 3 數(shù)控機床在汽車零部件生產(chǎn)中的應(yīng)用 一個轎車有一萬多個零部件 沒有幾個零部件的生產(chǎn)和數(shù)控機床毫無關(guān)系 發(fā)動 機作為汽車的心臟 制造加工精度要求相當(dāng)高 而且制造工藝復(fù)雜 氣缸體是發(fā)動機 中的最大零件 也是其他零部件的支撐體 氣缸體先鑄造 再用數(shù)控機床銑 三孔四 面 最后還要用數(shù)控機床精鏜缸筒 活塞也是先鑄造 再數(shù)控加工 最后精磨 連 桿先用滾鍛的工藝鍛造 再數(shù)控加工 曲軸的動平衡要求很高 凸輪軸的凸輪型線精 度要求很高 必須數(shù)控加工 發(fā)動機上最復(fù)雜的氣缸蓋就更要用數(shù)控機床加工了 發(fā) 動機的油底殼采用薄鋼板沖壓而成 看似與數(shù)控機床無關(guān) 但是你可曾想過沖壓用的 模具也是由數(shù)控機床加工出來的呢 變速箱最為汽車中最重要的傳動機構(gòu) 擁有大量的齒輪和軸類零件 現(xiàn)在汽車制 造中 變速箱中所有的齒輪和軸都由數(shù)控機床加工 數(shù)控機床在加工齒輪時有很大的 優(yōu)勢 現(xiàn)在常采用插齒 剃齒 滾齒等工藝加工齒輪 加工精度高 生產(chǎn)效率高 軸 在加工成階梯軸后 還有銑鍵槽 拉花鍵等 這些都大大提高了配合精度 變速箱的 殼體在鑄造完后 必須在數(shù)控加工中心中銑端面和軸孔 以保證各軸間的間距 就連 凸緣的淬火也是在淬火機長完成 驅(qū)動橋也是很重要的傳動機構(gòu) 驅(qū)動橋中的主減速器兩個準(zhǔn)雙曲面齒輪必須由數(shù) 控機床加工 差速器中的錐齒輪也要用數(shù)控機床加工 橋殼在鑄造后還有銑端面及孔 端面上的幾個螺栓孔由專用機床一次加工完成 現(xiàn)代汽車車身的美觀性越來越受到人 們的重視 同時為了獲得更好的空氣動力學(xué)以及碰撞安全 以減少行車阻力和提高安 全性 使得汽車車身形狀越來越復(fù)雜 曲面高次方程越來越多 現(xiàn)代車身雖然全部沖 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 8 壓而成 但是哪個沖壓也離不了數(shù)控加工中心 在汽車中還有許多難加工的零部件 它們用普通機床往往無法加工 只能用數(shù)控機床加工 比如大批量汽車發(fā)動機 變速 箱 底盤主要零部件需要中五軸的加工中心加工 4 數(shù)控機床在汽車工業(yè)中的應(yīng)用前景 隨著汽車工業(yè)和數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展 我深信 數(shù)控機床會更加深入地應(yīng)用到汽 車生產(chǎn)中 加速汽車工業(yè)發(fā)展 為汽車工業(yè)服務(wù) 汽車工業(yè)也會促進數(shù)控機床的發(fā)展 3 3 數(shù)控機床技術(shù)在軍事的應(yīng)用 現(xiàn)代的許多軍事裝備 都大量采用伺服運動控制技術(shù) 如火炮的自動瞄準(zhǔn)控制 雷達(dá)的跟蹤控制和導(dǎo)彈的自動跟蹤控制等 伺 服 控 制 系 統(tǒng) 最 初 用 于 船 舶 的 自 動 駕 駛 火 炮 控 制 和 指 揮 儀 中 后 來 逐 漸 推 廣 到 很 多 領(lǐng) 域 特 別 是 自 動 車 床 天 線 位 置 控 制 導(dǎo) 彈 和 飛 船 的 制 導(dǎo) 等 采 用 伺 服 系 統(tǒng) 主 要 是 為 了 達(dá) 到 下 面 幾 個 目 的 以 小 功 率 指 令 信 號 去 控 制 大 功 率 負(fù) 載 火 炮 控 制 和 船 舵 控 制 就 是 典 型 的 例 子 在 沒 有 機 械 連 接 的 情 況 下 由 輸 入 軸 控 制 位 于 遠(yuǎn) 處 的 輸 出 軸 實 現(xiàn) 遠(yuǎn) 距 同 步 傳 動 使 輸 出 機 械 位 移 精 確 地 跟 蹤 電 信 號 如 記 錄 和 指 示 儀 表 等 衡 量 伺 服 控 制 系 統(tǒng) 性 能 的 主 要 指 標(biāo) 有 頻 帶 寬 度 和 精 度 頻 帶 寬 度 簡 稱 帶 寬 由 系 統(tǒng) 頻 率 響 應(yīng) 特 性 來 規(guī) 定 反 映 伺 服 系 統(tǒng) 的 跟 蹤 的 快 速 性 帶 寬 越 大 快 速 性 越 好 伺 服 系 統(tǒng) 的 帶 寬 主 要 受 控 制 對 象 和 執(zhí) 行 機 構(gòu) 的 慣 性 的 限 制 慣 性 越 大 帶 寬 越 窄 一 般 伺 服 系 統(tǒng) 的 帶 寬 小 于 15 赫 大 型 設(shè) 備 伺 服 系 統(tǒng) 的 帶 寬 則 在 1 2 赫 以 下 自 20 世 紀(jì) 70 年 代 以 來 由 于 發(fā) 展 了 力 矩 電 機 及 高 靈 敏 度 測 速 機 使 伺 服 系 統(tǒng) 實 現(xiàn) 了 直 接 驅(qū) 動 革 除 或 減 小 了 齒 隙 和 彈 性 變 形 等 非 線 性 因 素 使 帶 寬 達(dá) 到 50 赫 并 成 功 應(yīng) 用 在 遠(yuǎn) 程 導(dǎo) 彈 人 造 衛(wèi) 星 精 密 指 揮 儀 等 場 所 伺 服 系 統(tǒng) 的 精 度 主 要 決 定 于 所 用 的 測 量 元 件 的 精 度 因 此 在 伺 服 系 統(tǒng) 中 必 須 采 用 高 精 度 的 測 量 元 件 如 精 密 電 位 器 自 整 角 機 和 旋 轉(zhuǎn) 變 壓 器 等 此 外 也 可 采 取 附 加 措 施 來 提 高 系 統(tǒng) 的 精 度 例 如 將 測 量 元 件 如 自 整 角 機 的 測 量 軸 通 過 減 速 器 與 轉(zhuǎn) 軸 相 連 使 轉(zhuǎn) 軸 的 轉(zhuǎn) 角 得 到 放 大 來 提 高 相 對 測 量 精 度 采 用 這 種 方 案 的 伺 服 系 統(tǒng) 稱 為 精 測 粗 測 系 統(tǒng) 或 雙 通 道 系 統(tǒng) 通 過 減 速 器 與 轉(zhuǎn) 軸 嚙 合 的 測 角 線 路 稱 精 讀 數(shù) 通 道 直 接 取 自 轉(zhuǎn) 軸 的 測 角 線 昆明冶金高等?？茖W(xué)校機電 1020 班陶興健畢業(yè)論文 9 路 稱 粗 讀 數(shù) 通 3 4 數(shù)控機床技術(shù)在其他行業(yè)的應(yīng)用 1 在信息產(chǎn)業(yè)中 從計算機到網(wǎng)絡(luò) 移動通信 遙測 遙控等設(shè)備 都需要采 用基于超精技術(shù) 納米技術(shù)的制造裝備 如芯片制造的引線鍵合機 晶片鍵合機和光 刻機等 這些裝備的控制都需要采用數(shù)控技術(shù) 2 在醫(yī)療行業(yè)中 許多現(xiàn)代化的醫(yī)療診斷 治療設(shè)備都采用了數(shù)控技術(shù) 如 CT 診斷儀 全身刀治療機以及基于視覺引導(dǎo)的微創(chuàng)手術(shù)機器人等 3 在輕工行業(yè) 采用多軸伺服控制 最多可達(dá) 50 個運動軸 的印刷機械 紡織機 械 包裝機械以及木工機械等 在建材行業(yè) 用于石材加工的數(shù)控水刀切割機 用于 玻璃加工的數(shù)控玻璃雕花機 用于席夢思加工的數(shù)控行縫機和用于服裝加工的數(shù)控繡 花機等 4 數(shù)控機床的思考發(fā)展趨勢及展望 隨著微電子技術(shù) 傳感器技術(shù) 精密機械技術(shù) 自動控制技術(shù)以及微型計算機技 術(shù) 人工智能技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展 致使數(shù)控機床不斷升級而逐漸成為評價現(xiàn)代工業(yè) 發(fā)展的重要指標(biāo) 我國在加入 WTO 參與世界市場激烈競爭中 國內(nèi)外市場對數(shù)控機 床的需求逐漸增多 數(shù)控機床的發(fā)展前景非常廣闊 4 1 對我國數(shù)控機床的思考 從我國基本國情的角度出發(fā) 以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導(dǎo)向 以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo) 用系統(tǒng)的方法 選擇能夠 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 10 主導(dǎo) 21 世紀(jì)初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技 術(shù) 配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容 實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展 1 不斷加強技術(shù)創(chuàng)新是提高國產(chǎn)數(shù)控機床水平的關(guān)鍵 國產(chǎn)數(shù)控機床缺乏核心技術(shù) 從高性能數(shù)控系統(tǒng)到關(guān)鍵功能部件基本都依賴進口 即使近幾年有些國內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌 但其產(chǎn)品的功能 性能的可靠 性仍然與國外產(chǎn)品有一定差距 近幾年國產(chǎn)數(shù)控機床制造商通過技術(shù)引進 海內(nèi)外并 購重組以及國外采購等獲得了一些先進數(shù)控技術(shù) 但缺乏對機床結(jié)構(gòu)與精度 可靠性 人性化設(shè)計等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究 忽視了自主開發(fā)能力的培育 國產(chǎn)數(shù)控機床的技術(shù) 水平 性能和質(zhì)量與國外還有較大差距 同樣難以得到大多數(shù)用戶的認(rèn)可 2 制造水平與管理手段依然落后 一些國產(chǎn)數(shù)控機床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高 加工手段基本以 普通機床與低效刀具為主 裝配調(diào)試完全靠手工 加工質(zhì)量在生產(chǎn)進度的緊逼下不能 得到穩(wěn)定與提高 另外很多國產(chǎn)數(shù)控機床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺賬 管理方式 工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模 如國外機床制 造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品 而國內(nèi)的生產(chǎn)周期過長且很難控制 因此我們在引進技 術(shù)的同時應(yīng)注意加強自身工藝技術(shù)改造和管理水平的提升 3 服務(wù)水平與能力欠缺也是影響國產(chǎn)數(shù)控機床占有率的一個重要因素 由于數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速 一部分企業(yè)不顧長遠(yuǎn)利益 對提高自身的綜合服務(wù) 水平不夠重視 甚至對服務(wù)缺乏真正的理解 只注重推銷而不注重售前與售后服務(wù) 有些企業(yè)派出的人員對生產(chǎn)的數(shù)控機床缺乏足夠了解 不會使用或使用不好數(shù)控機床 更不能指導(dǎo)用戶使用好機床 有的對先進高效刀具缺乏基本了解 不能提供較好的工 藝解決方案 用戶自然對制造商缺乏信心 制造商的服務(wù)應(yīng)從研究用戶的加工產(chǎn)品 工藝 生產(chǎn)類型 質(zhì)量要求入手 幫助用戶進行設(shè)備選型 推薦先進工藝與工輔具 配備專業(yè)的培訓(xùn)人員和良好的培訓(xùn)環(huán)境 幫助用戶發(fā)揮機床的最大效益 加工出高質(zhì) 量的最終產(chǎn)品 這樣才能逐步得到用戶的認(rèn)同 提高國產(chǎn)數(shù)控機床的市場占有率 4 加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度 從我國數(shù)控機床的發(fā)展形式來看需要三種層次的數(shù)控技術(shù)人才 第一種是熟悉數(shù) 控機床的操作及加工工藝 懂得簡單的機床維護 能夠進行手工或自動編程的車間技 術(shù)操作人員 第二種是熟悉數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)軟硬件知識的中級人才 要 掌握復(fù)雜模具的設(shè)計和制造知識 能夠熟練應(yīng)用 UG PRO E 等 CAD CAM 軟件 同 昆明冶金高等專科學(xué)校機電 1020 班陶興健畢業(yè)論文 11 時有扎實的專業(yè)理論知識 較高的英語水平并積累了大量的實踐經(jīng)驗 第三種是精通 數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設(shè)計以及數(shù)控系統(tǒng)電氣設(shè)計 能夠進行數(shù)控機床產(chǎn)品開發(fā)及技術(shù)創(chuàng)新的 數(shù)控技術(shù)高級人才 我國應(yīng)根據(jù)需要有目標(biāo)的加大人才培養(yǎng)力度 為我國的數(shù)控機床 產(chǎn)業(yè)提供強大的技術(shù)人才支撐 隨著世界科技進步和機床工業(yè)的發(fā)展 數(shù)控機床作為機床工業(yè)的主流產(chǎn)品 已成 為實現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵設(shè)備 是國防軍工裝備發(fā)展的戰(zhàn)略物資 數(shù)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(biāo)志 加快發(fā)展數(shù)控機 床產(chǎn)業(yè)也是我國裝備制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實要求 4 2 數(shù)控技術(shù)及裝備的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 使制造業(yè)成為工業(yè)化的 象征 而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大 對國計民生的一些重要行業(yè) 國防 汽車等的發(fā)展起著越來越重要的作用 這些行業(yè)裝備數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大 趨勢 如 橋式三 五坐標(biāo)高速數(shù)控龍門銑床 龍門移動式五座標(biāo) AC 擺角數(shù)控龍門 銑床 龍門移動式三座標(biāo)數(shù)控龍門銑床等 4 2 1 高速化發(fā)展新趨勢 目前高速加工中心進給速度最高可達(dá) 80m min 空運行速度可達(dá) 100m min 左右 目前世界上許多汽車廠 包括我國的上海通用汽車公司 已經(jīng)采用以高速加工中心組 成的生產(chǎn)線部分替代組合機床 美國 CINCINNATI 公司的 HyperMach 機床進給速度 最大達(dá) 60m min 快速為 100m min 加速度達(dá) 2g 主軸轉(zhuǎn)速已達(dá) 60000r min 加工 一薄壁飛機零件 只用 30min 而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3 小時 在普通 銑床加工需 8 小時 由于機構(gòu)各組件分工的專業(yè)化 在專業(yè)主軸廠的開發(fā)下 主軸 高速化日益普及 過去只用于汽車工業(yè)高速化的機種 每分鐘 1 5 萬轉(zhuǎn)以上的機種 現(xiàn)在已成為必備的機械產(chǎn)品要件 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 12 4 2 2 精密化加工發(fā)展新趨勢 由于各組件加工的精密化 微米的誤差已不是問題 以電腦輔助生產(chǎn) CAM 系統(tǒng) 的發(fā)展帶動數(shù)控控制器的功能越來越多 在加工精度方面 近 10 年來 普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10 m 提高到 5 m 精密級加工中心則從 3 5 m 提高到 1 1 5 m 并且超精密加工精度已開 始進入納米級 0 01 m 4 2 3 高效能發(fā)展新趨勢 對機床高速及精密化要求的提高導(dǎo)致了對加工工件制造速度的要求提高 同時 由于產(chǎn)品競爭激烈 產(chǎn)品生命周期快速縮短 模具的快速加工已成為縮短產(chǎn)品開發(fā)時 間必須具備的條件 對制造速度的要求致使加工模具的機床朝著高效能專業(yè)化機種發(fā) 展 4 2 4 開放化發(fā)展新趨勢 數(shù)控機床已逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)化產(chǎn)品 現(xiàn)在可以用一臺電腦控制一條生產(chǎn)線的作 業(yè) 不但可縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間 還可以提高產(chǎn)品的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量 如前所述 開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性 柔性 適應(yīng)性 擴展性 美國 歐共體和日本等國 紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃 并進行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范 OMAC OSACA OSEC 的研究和制定 世界 3 個最大的經(jīng)濟體在短期內(nèi)進行了幾 乎相同的科學(xué)計劃和技術(shù)規(guī)范的制定 預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個新的變革時期的來臨 我國在 2000 年也開始進行中國的 ONC 數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定 昆明冶金高等?？茖W(xué)校機電 1020 班陶興健畢業(yè)論文 13 4 2 5 復(fù)合化發(fā)展新趨勢 產(chǎn)品外觀曲線的復(fù)雜化致使模具加工技術(shù)必須不斷升級 機床五軸加工 六軸加 工已日益普及 機床加工的復(fù)合化已是不可避免的發(fā)展趨勢 新日本工機的 5 面加工 機床采用復(fù)合主軸頭 可實現(xiàn) 4 個垂直平面的加工和任意角度的加工 使得 5 面加工 和 5 軸加工可在同一臺機床上實現(xiàn) 還可實現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工 德國 DMG 公 司展出 DMUVoution 系列加工中心 可在一次裝夾下 5 面加工和 5 軸聯(lián)動加工 可由 CNC 系統(tǒng)控制或 CAD CAM 直接或間接控 4 3 虛擬數(shù)控機床的研究 隨著虛擬制造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的深入 仿真技術(shù)已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的評估工 藝計劃和設(shè)備 以及新產(chǎn)品設(shè)計 虛擬數(shù)控機床 VirtualMachineTool VMT 是虛擬 制造的執(zhí)行單元 是虛擬制造的一個底層關(guān)鍵技術(shù)和前提條件 它的最終目的是為虛 擬制造建立一個真實的加工環(huán)境 在計算機屏幕上實現(xiàn)加工過程的仿真 以增強制造 過程的各級決策與控制能力 優(yōu)化制造過程 通過虛擬機床不僅可以全面 逼真地反 映現(xiàn)實的加工環(huán)境和加工過程 還能對加工中出現(xiàn)的碰撞 干涉提供報警信息 對產(chǎn) 品的可加工性 工藝規(guī)程的合理性和加工精度進行評估 預(yù)測 達(dá)到節(jié)省資源 避免 風(fēng)險的目的 4 3 1 虛擬數(shù)控機床的特點及功能 1 虛擬數(shù)控機床應(yīng)具備的特點 a 良好的結(jié)構(gòu) 包括三個方面 1 與真實機床相似的結(jié)構(gòu) 具有與真實機床相似 的結(jié)構(gòu)使虛擬機床能模仿真實機床的任何功能而不致因為采用某種近似代替而導(dǎo)致某 種結(jié)構(gòu)的失真或丟失 2 機床各模塊的顆粒性 虛擬機床各模塊的顆粒性使每個模塊能 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 14 彼此獨立的被開發(fā)和工作 從而增強了虛擬機床的可操作性和可管理性 3 各模塊合適 的顆粒度 虛擬機床各模塊顆粒度的合適與否取決于每個模塊的抽象度是否定義合適 以便使虛擬機床既是一個能概括各種類型數(shù)控機床的抽象框架 又能方便的掛接具體 的模塊來仿真某種特定類型的數(shù)控機床 b 完善的圖形接口 完善的圖形接口使用戶既能像在真實環(huán)境中那樣完全操作數(shù)控機 床 又能完全真實地以圖像的形式觀察機床運行的各種狀態(tài)和各種機床運行參數(shù) 從 而最大限度的提高人機融合度 c 完全的符號數(shù)據(jù)接口 完全的符號數(shù)據(jù)接口能使虛擬機床的各種靜止和運行狀 態(tài)以符號數(shù)據(jù)的形式被外界感知 從而提供了與其他制造軟件的無縫鏈接 外界也能 通過輸人符號數(shù)據(jù)對虛擬機床進行控制 d 強大的網(wǎng)絡(luò)支持功能 強大的網(wǎng)絡(luò)支持功能能使虛擬機床為各種真正的制造資 源服務(wù) 從而在連接意義上提供與外界制造資源的相互操作性 e 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式 虛擬機床由于采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式存儲 傳輸和處理數(shù)據(jù)因而能 夠在語義意義上提高與外界制造資源的相互操作性 2 虛擬數(shù)控機床的功能 虛擬數(shù)控機床應(yīng)該能夠仿真不同的加工方法和不同的加工材料 能夠完成數(shù)控機 床的各項操作 逼真地顯示數(shù)控機床的各種動作 并且能夠顯示和評估加工結(jié)果 因 此系統(tǒng)要求具有如下功能 a 模擬加工過程 顯示和仿真 CNC 控制功能 動畫加工過程 檢查刀具軌跡和 干涉 過切 碰撞等并給予警告 b 評估工件品質(zhì) 顯示工件 3D 實體表面的拓?fù)潢P(guān)系 尺寸 公差和表面品質(zhì) c 估算加工成本 通過仿真加工過程 能進行加工成本的估算 d 加工過程的監(jiān)控 監(jiān)控加工過程的各個方面 昆明冶金高等?？茖W(xué)校機電 1020 班陶興健畢業(yè)論文 15 4 3 2 虛擬數(shù)控機床的體系結(jié)構(gòu) 虛擬機床與實際機床一樣 可以認(rèn)為是一組相互連接的活動部件的集合 它們完 成要求的相對運動 提供工件和工件刀具系統(tǒng)上相關(guān)點的瞬間空間位置關(guān)系 因為機 床的類型各式各樣 品種千變?nèi)f化 要想能夠表達(dá)各種機床 就需要采用模塊化的原 理 定制各種標(biāo)準(zhǔn)的模塊 這樣經(jīng)過少量的修改就可以建立各種機床的模型 各模塊 應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化 通用化 集成化 層次化 靈便化 經(jīng)濟化 并具有互換性 相容性和 相關(guān)性 使系統(tǒng)具有開放性和適應(yīng)性 根據(jù)虛擬數(shù)控機床的特點與功能 可以將虛擬 數(shù)控機床系統(tǒng)的功能模塊作如下劃分 圖 1 a NC 編譯模塊 為了使虛擬數(shù)控機床能夠識別 NC 程序 開發(fā)了 NC 編譯模塊 它的功能是接受數(shù)控代碼并將其翻譯為機床部件 刀具等運動的信息 b 運動控制模塊 運動控制模塊根據(jù) NC 程序決定機床刀具和各個軸的運動狀態(tài) 向各個運動部件發(fā)送運動指令并采集各軸的反饋信息 c 操作面板模塊 操作面板模塊包括真實數(shù)控機床的操作面板按鈕功能和虛擬數(shù) 控機床的菜單 d 切削計算模塊 根據(jù)工件與刀具的相對位置 進行干涉判斷 對發(fā)生干涉的工 件進行切削計算并重新生成工件模型 e 機床場景模塊 建立虛擬機床的工作環(huán)境 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 16 虛擬機床不能脫離實際機床而獨立存在 它是真實機床在計算機內(nèi)的模擬 虛擬 機床與真實機床是密不可分的 虛擬機床的結(jié)論是需要由真實機床來檢驗的 只有與 真實機床相一致的結(jié)論才是正確的結(jié)論 4 3 3 虛擬數(shù)控機床的的應(yīng)用及展望 虛擬數(shù)控機床的應(yīng)用將給制造業(yè)帶來革命性的飛躍 由于虛擬數(shù)控機床是數(shù)字模 型 所以容易實現(xiàn)對數(shù)字模型進行顯示 分析 傳遞和迭代更新 為設(shè)計提供并行作 業(yè)的可能 用經(jīng)濟快捷的方式提高產(chǎn)品設(shè)計品質(zhì) 縮短產(chǎn)品開發(fā)周期 采用虛擬數(shù)控 機床技術(shù) 可以為產(chǎn)品設(shè)計過程中的可制造性分析提供關(guān)鍵數(shù)據(jù) 能夠迅速完成在機 床上不方便操作的各項任務(wù) 如完成數(shù)控程序的調(diào)試 測量產(chǎn)品加工誤差 評定加工 效率和檢驗干涉碰撞情況等 還可以利用虛擬機床優(yōu)化切削參數(shù) 優(yōu)化刀具路徑 提 高機床設(shè)備的生產(chǎn)效率 利用機床加工的全過程與用戶的交互功能 可以為企業(yè) 學(xué) 校的數(shù)控人才培訓(xùn)提供快速 安全且不消耗資源的有效手段 并幫助機床制造商向遠(yuǎn) 程客戶逼真地演示其產(chǎn)品 為制造業(yè)提供最佳的發(fā)展以及為加工過程的優(yōu)化提供決策 依據(jù) 虛擬數(shù)控機床的網(wǎng)絡(luò)功能為真正實現(xiàn)遠(yuǎn)程合作提供保證 虛擬數(shù)控技術(shù)是由許多先進學(xué)科 先進知識形成的綜合技術(shù)系統(tǒng) 是一個極具潛 力的前沿研究領(lǐng)域 由于多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及仿真技術(shù)的迅速發(fā)展 虛擬數(shù)控 技術(shù)將獲得更快的發(fā)展 虛擬機床是虛擬加工技術(shù)的核心 網(wǎng)絡(luò)化 智能化 集成化 是虛擬制造技術(shù)的發(fā)展方向 虛擬機床軟件的發(fā)展目標(biāo)應(yīng)該是根據(jù)國內(nèi)的現(xiàn)實情況和 國外軟件的發(fā)展趨勢 針對具體的機床開發(fā)面向工程的實用化小型軟件 把某一類型 的虛擬機床作為該類型數(shù)控機床的附件 提高數(shù)控機床的市場競爭力 增加機床產(chǎn)品 的附加值 虛擬數(shù)控機床的應(yīng)用 將為制造技術(shù)帶來勃勃生機 并將虛擬數(shù)控機床的 研究開發(fā)推向一個更加嶄新的階段 昆明冶金高等?？茖W(xué)校機電 1020 班陶興健畢業(yè)論文 17 5 結(jié)束語 目前數(shù)控機床技術(shù)已被推廣應(yīng)用于工業(yè)制造 軍用武器航天技術(shù)等多個領(lǐng)域 帶 來了巨大效益 在競爭面前 數(shù)控技術(shù)方面必須強調(diào)創(chuàng)新 強調(diào)研究開發(fā)具有自主知 識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品 為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè) 裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠 定基礎(chǔ) 總結(jié)與體會 本論文主要闡述了數(shù)控機床的發(fā)展 并從數(shù)控機床技術(shù)的應(yīng)用等方面闡述了數(shù)控 機床技術(shù)在工業(yè)制造中的應(yīng)用和重要性 通過本次畢業(yè)論文我收獲很大 在此過程中 我查閱了很多相關(guān)資料豐富了自己在數(shù)控機床技術(shù)方面的知識 也使自己對數(shù)控機床 技術(shù)有了更深的了解 同時也使自己認(rèn)識到自己在現(xiàn)代科學(xué)方面認(rèn)識的不足 所以我 們要時刻加強自己對現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)方面的了解 這樣才不會被這個發(fā)展的社會所淘汰 致謝 本論文的完成是在代若愚老師精心指導(dǎo)下進行的 在每一次論文遇到問題的時候 是代老師不辭辛苦的講解才是我的論文順利的進行 從論文的選題到開題報告及搜集 資料至最后論文修改的整個過程 花費了代老師工作以外的很多寶貴時間和精力 看 到老師白天工作了之后晚上還在線上等待給我們修改論文 幫助我們完成畢業(yè)論文工 作到很晚 我們非常的感動 在此向代老師表示衷心的感謝 代老師辛苦了 代老師 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 開拓進取的精神和高度的責(zé)任心讓我學(xué)到了很多 這將使學(xué)生受益 數(shù)控機床的發(fā)展及應(yīng)用研究 18 終生 參考文獻 1 杜家熙 數(shù)控機床編程與結(jié)構(gòu) M 中國國際商務(wù)出版社 2003 2 孫德茂 數(shù)控機床銑削加工直接編程技術(shù) M 機械工業(yè)出版 2004 7 3 張超英 謝富春 數(shù)控編程技術(shù) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2004 4 張華 數(shù)控設(shè)備與編程 M 電子工業(yè)出版社 2002 5 孫德茂 機床數(shù)控系統(tǒng)編程能力的現(xiàn)狀與展望 CAD CAM 與制造業(yè)信息化 D 2003 4 6 陳志雄 數(shù)控機床與數(shù)控編程技術(shù) M 北京 電子工業(yè)出版社 2003 7 顧京 數(shù)控機床加工程序編制 M 北京 機械工業(yè)出版社 2003 8 楊偉群 數(shù)控工藝培訓(xùn)教程 M 清華大學(xué)出版社 2006 9 張運強 淺談宏程序的應(yīng)用 J 甘肅科技 2006 12 10 申小龍 張來希 龍華 宏程序在數(shù)控加工中的應(yīng)用 J 機械設(shè)計制造 2007 5 11 林紅梅 宏編程技術(shù)探析及其在數(shù)控加工中的應(yīng)用 J 閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院院報 2007