一種階梯軸零件的數(shù)控加工開題報告及文獻綜述

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一、選題依據(jù) 1、研究領(lǐng)域 數(shù)控加工技術(shù) 2、論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值 數(shù)控車床（NUMERICAL CONTROL SYSTEM）是指采用數(shù)字控制技術(shù)對機床的加工過程進行自動控制的一類機床。數(shù)控機床一般由輸入輸出設(shè)備、ＣＮＣ裝置、伺服單元、驅(qū)動裝置及電氣控制裝置 輔助裝置、機床本體測量反饋裝置等組成。它以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)展的先河，成為先進制造技術(shù)中的一項核心技術(shù)。 零件的數(shù)控加工工藝流程通常為：零件圖→分析圖樣確定加工工藝過程→編寫工藝規(guī)程→確定 NC 加工工序→數(shù)值計算→編寫程序單→機械 CAD→機械 CAM→程序校驗→制備控制介質(zhì)→首件試切→調(diào)整程序及機床→成批加工→成品。 劃分工序與加工路線的確定直接關(guān)系到數(shù)控機床的使用效率、加工精度、刀具數(shù)量和經(jīng)濟性等問題，應(yīng)盡量作到工序相對集中，工藝路線最短，機床的停頓時間和輔助時間最少。安排工藝路線時除通常的工藝要求外，還要考慮以下因素： （1）保證加工質(zhì)量，劃分加工階段 （2）合理安排熱處理及表面處理工序 （3）數(shù)控加工工藝與普通工序的銜接 銑刀類型應(yīng)與工件的表面形狀和尺寸相適應(yīng)。根據(jù)被加工工件材料的熱處理狀態(tài)、切削性能及加工余量，選擇剛性好、耐用度高的銑刀，是充分發(fā)揮數(shù)控銑床的生產(chǎn)效率并獲得滿意加工質(zhì)量的前提條件。加工路線的選擇主要應(yīng)考慮： （1）盡量縮短走刀路線，減少空走刀行程，提高生產(chǎn)率； （2）保證加工零件的精度和表面粗糙度的要求； （3）有利于簡化數(shù)值計算，減少程序段的數(shù)目和編程工作量； （4）切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)數(shù)控機床使用說明書的規(guī)定，被加工工件材料、加工工序以及其它工藝要求，并結(jié)合實際經(jīng)驗來確定。 數(shù)控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序，如銜接得不好就容易產(chǎn)生矛盾。因此在熟悉整個加工工藝內(nèi)容的同時，要清楚數(shù)控加工工序與普通加工工序各自的技術(shù)要求、加工目的、加工特點，如要不要留加工余量，留多少；定位面與孔的精度要求及形位公差；對校形工序的技術(shù)要求；對毛坯的熱處理狀態(tài)等，這樣才能使各工序達到相互滿足加工需要，且質(zhì)量目標(biāo)及技術(shù)要求明確，交接驗收有依據(jù)。 階梯軸零件的加工在機械制造業(yè)中占有很重要的地位，為提高零件加工精度和 生產(chǎn)效率，應(yīng)采用先進的加工方法。對于數(shù)控加工技術(shù)來說，工藝處理是其應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到所加工出來零件的正確性與合理性，探討數(shù)控加工的工藝規(guī)程 12 設(shè)計 問題，選擇合理高效的加工方法和加工路線，對保證零件的加工質(zhì)量，提高數(shù)控機床的使用效益和使用質(zhì)量都有重要意義。 3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 進入 20 世紀(jì) 90 年代以來，隨著國際上計算機技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正不斷采用計算機、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著高速化、高精化、 復(fù)合化、智能化、 高柔性化及信息網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。整體數(shù)控加工技術(shù)向 CIMS（ 計算機集成制造系統(tǒng)）方向發(fā)展。 1.高速切削 受高生產(chǎn)率的驅(qū)使，高速化已是現(xiàn)代機床技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。機床高速化既表現(xiàn)在主軸轉(zhuǎn)速上，也表現(xiàn)在工作臺快速移動和進給速度的提高，以及刀具交換、托盤交換時間的縮短上，并且具有高加（減）速率。 高速切削機床主軸的高轉(zhuǎn)速減少了切削力，也減小了切削深度，有利于克服機床振動，排屑率大大提高，熱量被切屑帶走，傳人零件中的熱量減低，熱變形大大減小，提高了加工精度，也改善了加工面粗糙度。因此，經(jīng)過高速加工的工件一般不需要精加工。 2. 高精度加工 高精度加工實際上是高速加工技術(shù)和數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用的必然結(jié)果。以前汽車零件的加工精度要求在 0.01mm 數(shù)量級上，但隨著計算機硬盤、高精度液壓軸承等精密零件的增多，精整加工所需精度已提高到 0.1μm，加工精度進入了亞微米世界。提高數(shù)控設(shè)備的加工精度，除通過提高機械設(shè)備的制造精度和裝配精度外，還可通過 減小數(shù)控系統(tǒng)的控制誤差和采用補償技術(shù)來達到。在減小 CNC 系統(tǒng)控制誤差方面，通常采用提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率、以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給、使 CNC 控制單位精細化、提高位置檢測精度以及位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法。在采用補償技術(shù)方面，除采用齒隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù)外，近年來設(shè)備的熱變形誤差補償和空間誤差綜合補償技術(shù)的研究已成為世界范圍的研究熱點。 3. 復(fù)合化加工 機床高速化主要是從提高機床的運行速度來提高機床的加工生產(chǎn)率，而機床的復(fù)合化加工則是通過增加機床的功能，減少工件加工過程中的多次裝夾、重新定 位、對刀等輔 助工藝時間，來提高機床利用率的，因此復(fù)合化加工是現(xiàn)代機床技術(shù)發(fā)展的另一重要方面。 4. 控制智能化 隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，并為滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求，數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，具體體現(xiàn)在以下幾個方面： （1）加工過程自適應(yīng)控制技術(shù) （2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇 （3）故障自診斷功能 （4）智能化交流伺服驅(qū)動裝置 5. 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)化 隨著信息技術(shù)和數(shù)字計算機技術(shù)的發(fā)展，尤其是計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，世界正在經(jīng)歷著一場深刻的“革命”。在以網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化為基本特征的時代，網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化以及新的制造哲理深刻地影響新世紀(jì)的制造模式和制造觀念。 6. 計算機集成制造系統(tǒng) 計算機集成制造反映了制造系統(tǒng)的這一新發(fā)展。計算機集成制造系統(tǒng)則是技術(shù)上的具體實現(xiàn)，它能為現(xiàn)代制造企業(yè)追求在激烈變化中、動態(tài)市場條件下，具有快速、靈活響應(yīng)的競爭優(yōu)勢提供所要求的戰(zhàn)略性系統(tǒng)技術(shù)。 計算機集成制造系統(tǒng)的發(fā)展可以實現(xiàn)整個機械制造廠的全盤自動化，成為自動化工 廠或無人化工廠，是自動化制造技術(shù)的發(fā)展方向。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 （1）階梯軸工藝規(guī)程的設(shè)計、優(yōu)化 （2）數(shù)控加工工序及編程 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） 通過查閱資料，首先介紹說明數(shù)控加工的意義，以及國內(nèi)外數(shù)控加工現(xiàn)狀和以后的發(fā)展趨勢。重點突出分析數(shù)控加工工藝及編程等。 論文寫作大綱： 1. 緒 論 1.1 數(shù)控加工在機械制造業(yè)中的地位和作用 1.2 數(shù)控加工技術(shù)的特點 1.3 數(shù)控加工的內(nèi)容 1.4 數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展趨勢 2. 數(shù)控加工工藝的特點和內(nèi)容 2.1 數(shù)控加工工藝的基本特點 2.2 數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容 3. 零件圖的分析 3.1 零件圖的繪制 3.2 尺寸的分析 3.3 圖樣工藝分析 4. 數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計 4.1 毛坯材料的選擇 4.2 選擇機床 4.3 定位基準(zhǔn)的選擇 4.4 工藝路線的擬定 4.5 刀具的選擇和切削參數(shù) 4.6 夾具的選擇與類型 5. 零件的加工工序及編程 5.1 數(shù)控加工工序 5.2 數(shù)控加工程序的編寫 6. 仿真模擬運行 7. 總結(jié) 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果 （1）數(shù)控加工工藝方案 （2）數(shù)控加工工序編程 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 對數(shù)控加工方法進行研究，編寫合適的數(shù)控加工程序，從而實現(xiàn)對零件的數(shù)控加工工作。 2.論文（設(shè)計）進度計劃 第 1 ～ 2 周：查閱相關(guān)文獻資料，了解設(shè)計內(nèi)容，初步方案設(shè)計； 第 3 ～ 4 周：總體方案設(shè)計，撰寫開題報告； 第 5 ～ 7 周：完成數(shù)控加工分析設(shè)計方案； 第 8 ～10 周：確定參數(shù)及編寫數(shù)控加工程序； 第 11～14 周：仿真模擬運行，撰寫設(shè)計說明書； 第 15 周：完善畢業(yè)設(shè)計各項內(nèi)容，準(zhǔn)備答辯； 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 姬生峰.帶錐面階梯軸類零件加工工藝分析，【J】《機械工程師》2014/06 [2] 高壽命階梯軸的最新設(shè)計,【J】《中國高校技術(shù)市場》1995/02 [3]簡建幫.基于 MBD 和特征的飛機結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工方法【J】《機械科學(xué)與技術(shù)》2011/05 [4] 陳曉梅.數(shù)控加工尺寸在線檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用【J】《電子機械工程》 2006/03 [5]孔馬斌.基于等距曲面的弧面凸輪單側(cè)面數(shù)控加工刀位優(yōu)化算法【N】《機械工程學(xué)報》2008/11 [6] 郭旺.飛機結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工技術(shù)研究，【J】《機械制造與自動化》2005/01 [7] 李蘇淵.數(shù)控加工刀具變形誤差補償技術(shù)研究【J】《計算機仿真》、2011/01 [8] Alberto Boschetto, Luana Bottini, Francesco Veniali.Finishing of Fused Deposition 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效、精密為核心的數(shù)控機床“μm”級工程，加強發(fā)展高性能、高可靠性數(shù)控功能部件，積極開展復(fù)合加工機床、超精密機床和可重構(gòu)造系統(tǒng)工程化研究等相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。 數(shù)控加工柔性好，自動化程度高，特別適宜加工輪廓形狀復(fù)雜的曲線，曲面零 件，以及具有大量孔、槽加工的復(fù)雜箱體，棱體零件，在多品種、小批量生產(chǎn)情況下，使用數(shù)控機床加工能獲得較高的經(jīng)濟效益。其具體特點如下： （1）自動化程度高，具有很高的生產(chǎn)效率。 （2）對加工對象的適應(yīng)性強。 （3）加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。 （4）易于建立與計算機間的通信聯(lián)絡(luò)，容易實現(xiàn)群控。 對于一個零件來說，并非全部加工工藝過程都適合在數(shù)控機床上完成,而往往只是其中的一部分工藝內(nèi)容適合數(shù)控加工。這就需要對零件圖樣進行仔細的工藝分 析，選擇那些最適合、最需要進行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。在考慮選擇內(nèi)容時，應(yīng)結(jié)合本企業(yè)設(shè)備的實際，立足于解決難題、攻克關(guān)鍵問題和提高生產(chǎn)效率，充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢。 1、適于數(shù)控加工的內(nèi)容 在選擇時，一般可按下列順序考慮： （1）通用機床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容； （2）通用機床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點選擇內(nèi)容； （3）通用機床加工效率低、工人手工操作勞動強度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機床尚存在富裕加工能力時選擇。 2、不適于數(shù)控加工的內(nèi)容 一般來說，上述這些加工內(nèi)容采用數(shù)控加工后，在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率與綜合效益等方面都會得到明顯提高。相比之下，下列一些內(nèi)容不宜選擇采用數(shù)控加工： （1）占機調(diào)整時間長。如以毛坯的粗基準(zhǔn)定位加工第一個精基準(zhǔn)，需用專用工裝協(xié)調(diào)的內(nèi)容； （2）加工部位分散，需要多次安裝、設(shè)置原點。這時，采用數(shù)控加工很麻煩， 效果不明顯，可安排通用機床補加工； （3）按某些特定的制造依據(jù)（如樣板等）加工的型面輪廓。主要原因是獲取數(shù)據(jù)困難，易于與檢驗依據(jù)發(fā)生矛盾，增加了程序編制的難度。 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機床中，除少量機床以 FMS 模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。 2001 年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值已進入世界第 5 名，機床消費額在世界排名上升到第 3 位，達 47.39 億美元，僅次于美國的 53.67 億美元，消費額比上一年增長 25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001 年進口機床躍升至世界第 2 位，達 24.06 億美元，比上年增長 27.3%。 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數(shù)控機床品種以中低檔為主。 制造業(yè)是國民經(jīng)濟的命脈，機械制造業(yè)又是制造業(yè)中的支柱與核心。在現(xiàn)代社會生產(chǎn)領(lǐng)域中，計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造、計算機輔助管理以及將它們有機地集成起來的計算機集成制造(CIM)已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)科技進步和實現(xiàn)現(xiàn)代化的標(biāo)志。用計算機輔助制造工程技術(shù)對我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造，是我國制造業(yè)走向世 界、走向現(xiàn)代化的必由之路。在國際競爭日益激烈的今天，作為計算機輔助制造工程技術(shù)基礎(chǔ)的數(shù)控加工技術(shù)在機械制造業(yè)中的地位顯得愈來愈重要?，F(xiàn)在很多工業(yè)發(fā)達國家的數(shù)控化率可達 30%以上，數(shù)控機床已成為機械制造業(yè)的主要設(shè)備。我國從 1958 年開始研制和使用數(shù)控機床，至今在數(shù)控機床的品種、數(shù)量和質(zhì)量等方面得到了長足的發(fā)展。特別是在改革開放以來，我國數(shù)控機床的總擁有量有了顯著的增 加。數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用和普通機床的數(shù)控化改造已成為傳統(tǒng)機械制造企業(yè)提高競爭力、擺脫困境的有效途徑。 進入 20 世紀(jì) 90 年代后，國家科委、各工業(yè)部門都十分重視先進制造技術(shù)的應(yīng)用，積極鼓勵和扶持制造企業(yè)采用數(shù)控加工技術(shù)進行技 術(shù)改造，提高企業(yè)工藝技術(shù)水平。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，自 2000 年 9 月 1 日起執(zhí)行的《當(dāng)前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》是國家引導(dǎo)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整， 改善投資結(jié)構(gòu)以及審批投資項目的主要依據(jù)之一，其中確定 CAD、CAT、CAM、CAE 系統(tǒng)，高速、精密數(shù)控機床等為國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)品和技術(shù)。 可以預(yù)見，在今后幾年，適合我國國情的數(shù)控加工技術(shù)將形成一個新興的高科技產(chǎn)業(yè)，成為新的經(jīng)濟增長點。