数控专业开题报告
附件二：北京科技大学
201*届数控技术专业毕业设计（论文）开题报告
姓顾天宇系部机电工程系专业数控技术名题典型铣削零件的加工工艺与程序设计目一、选题背景、目的及意义班级数控5091经过了几个月的铣床实训，让我对数控机床有了更深一步的了解，因为本人是实训的数控铣，对于操作铣床也掌握了一些技能。随着机械制造行业的迅猛发展，铣削加工已经成为很多产品加工的方式，而此类产品加工的精度和质量要求都比较高。因此产品的加工工艺的设计是保证产品质量的一个重要的环节选择典型铣削零件的数控加工工艺，能基本展示数控铣床的基本功能，也是检验这两年多来学习数控铣床的一个很好的途径。装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数控技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是一种高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，自动的对被加工工件进行加工。我们把从数控系统外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称为数控程序，它是机床数控系统的应用软件。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。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。二、主要内容及提纲（需紧密结合论题，提纲中应包含一级和二级目录）一．绪论二、正文1、数控铣床加工工艺的基础知识1.1数控加工工艺的基本特点1.2数控加工工艺的主要内容1.3数控加工工艺分析的步骤与方法1.4数控加工零件工艺分析2、腔体零件的加工工艺2.1零件图的工艺分析2.2分析零件结构及技术要求2.3加工腔体的工序卡总结致谢参考文献三、主要方法和措施结合所学习到的知识和平时实习时所积累的经验，对于所加工的工件进行详细的介绍。主要方法和措施有：1.上网查找资料2.图书馆查找资料3.指导老师意见四、主要参考文献1.陈志雄主编.数控机床与数控编程技术[M].北京：电子工业出版社，201*.521-322.蒋建强主编.数控加工技术与实训[M].北京：电子工业出版社，201*.28-133.李家杰.数控机床编程与操作实用教程[M].南京：东南大学出版社，201*.815-234.西门子公司.SINUMERIK802D操作编程-铣床用户手册，201*.956-635.李善术主编.数控机床及其应用[M].北京：机械工业出版社，201*.146-566.郑晓峰主编.数控原理与系统[M].北京：机械工业出版社，201*.416-237.王爱玲主编.现代数控原理及控制系统[M].北京：国防工业出版社，201*.767-768.王贵明主编.实用数控技术[M].机械工业出版社，201*.973-799.许兆丰等编译.数控铣床编程与操作[M].北京：中国劳动出版社，1999.1153-6110.孙伟伟主编.数控铣工实习与考级[M].北京：高等教育出版社，201*.632-3911.袁锋主编.数控铣床培训教程[M].北京：机械工业出版社，201*.543-四、毕业设计（论文）推进计划序号完成内容1确定课题，主要结合自身岗位选题时间安排201*年3月6日至201*年3月12日2构思毕业设计内容和结构，收集资料201*年3月13日至201*年3月26日3形成并上交毕业设计/论文初稿201*年3月27日至201*年4月16日4交毕业设计/论文二稿201*年4月17日至201*年5月7日5修改、完善毕业设计/论文，形成终稿201*年5月8日至201*年5月27日6毕业答辩201*年5月28日-201*年5月30日学生签名：年月日指导教师意见（对选题的有效性、研究方法的正确性、课题的广度、深度的意见及开题是否通过）：通过（）修改后通过（）未通过（）指导教师签名：年月日注：开题报告装订在毕业设计（论文）任务书后开题是否通过请指导教师在括号内打“√”
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题目:
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加工中心刀库的研究及设计
邱寿昆机电工程系数控0812080301131318袁志发201*/01/12
教务处印制
一、选题的目的、意义和研究现状
选题目的：加工中心（MachiningCenter,MC）是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀数控机床，它是综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通信诊断、刀具和编程技术的高科技产品。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和调整时间，减少工件周转、搬运存放时间，使机床的切削利用率高于通用机床3倍～4倍，所以说，加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。1958年，美国卡尼，特雷克（Kearney&Trecker）公司首次把铣、钻、镗等多种工序集中于一台数控机床上，通过换刀方式实现连续加工，成为世界上第一台加工中心。该产品出现后，销路惊人，引起了日、德、美、英、法、意等先进工业国家的高度重视，竞相开发生产，不断扩大和完善机床的功能，成为数控机床中发展最快、需求量最大的商品之一。如今，世界上出现了立式、卧式、龙门式、落地式等各种加工中心，据不完全统计，大约有1000多个品种规格。未来加工中心的发展动向是高速化、进一步提高精度和愈发完善的机能。加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，我国的加工中心从70年代开始，已有很大发展，但技术、品种和数量上都还远不能适应我国经济、技术发展的需要。随着我国工业的不断发展，推动了模具制造业、机械加工业的巨大发展，使得数控机床的使用越来越普遍，而加工中心更是以其高自动化程度得到广泛应用。然而，目前市场上生产和销售的都是以大、中型的加工中心为主，小型加工中心几乎是空白，而机械加工业、小型模具的制造、工科院校、技工学校等对小型加工中心存在着大量的需求。为加速我国加工中心的发展，需进一步加强对加工中心的研究、设计、制造和应用。
选题的意义和研究现状：在加工中心中，刀库和机械手组成自动换刀装置（AutomaticToolChanger,简称ATC），而自动换刀装置的好坏，将直接影响加工中心的好坏，从目前情况看，加工中心的主机部分基本定型，变化不大，但自动换刀装置种类繁多，五花八门，是最难搞好的部分。它是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键环节。因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置，以求在激烈的竞争中取得好效益，正因为自动换刀装置是加工中心的核心内容，各厂家都在保密，极少公开有关资料，尤其机械手这部分更是如此。刀库的形式和容量主要是为满足机床的工艺范围，目前常见的刀库类型如下：（1）盘式刀库此刀库结构简单，应用较多。此换刀装置的优点是结构简单，成本较低，换刀可靠性较好，缺点是换刀时间长，适用于刀库容量较小的加工中心上采用。（2）链式刀库此刀库结构紧凑，刀库容量较大，链环的形状可根据机床的布局制成各种形状，也可将换刀位突出以便于换刀，能充分利用机床的占地空间，通常为轴向取刀，位置精度较低，造价也较高。（3）格子箱式刀库结构紧凑，刀库空间利用率高，换刀时间较长。布局不灵活，通常刀库安装在工作台上，应用者较少。（4）直线式刀库刀库容量少，一般在十几把左右，多用于自动换刀数控车床，钻床上也有采用。目前常见的换刀机械手类型有：①单臂单手式机械手结构较简单，换刀各动作均需顺序进行，时间不能重合，故换刀时间较长。②双手式机械手向刀库还回用完的刀具和选取新刀，均可在主轴正在加工时进行，故换刀时间可较短。③回转式单臂双手机械手这类机械手可以同时抓住和拔、插位于主轴和刀库里的刀具。与单臂单手式机械手相比，可以缩短换刀时间。应用最广泛，形式也较多。④多手式机械手使用者较少。二、研究方案及预期结果
在确立数控机床的设计技术规范时，应该考虑专业市场上的供求情况、顾客潜在的选择，从有关商业文献中获得竞争产品所能达到的技术要求、价格等因素，最后再根据所要求的数控机床性能来确定自动换刀装置的设计技术要求。所研究的主要内容有：
1、掌握加工中心的基本结构、工作原理；2、刀库、换刀机械手结构设计；3、刀库电机的选择及计算；4、绘制装配图、零件图。
研究所考虑的设计基本原则是：结构简单、价格低廉、容易制造，拆卸、装配、维修方便，配件容易得到等。
三、研究步骤、方法及措施
1、查阅有关的立式加工中心自动换刀装置文献或资料，掌握立式加工中心的基本结构。
2、刀库的结构设计
刀库的作用是储备一定数量的刀具，通过机械手实现与主轴刀具的交换。本课题中刀库采用盘型刀库结构，根据刀库中储存刀具的数目和最大刀具直径计算出盘式刀库的最小直径，相邻刀具间应留有一定间隙。3、换刀机械手结构设计
本课题研究采用的是单臂双手式机械手，亦叫扁担式机械手。这种机械手的拔刀、插刀动作，大都由油缸动作来完成。根据结构要求，可以采取油缸动，活塞固定；或活塞动，油缸固定的结构形式。而手臂的回转动作，则通过活塞的运动带动齿轮齿条来实现。机械手臂的不同回转角度，是由活塞的可调行程来保证。
图1单臂双手式机械手
4、传动部分设计
（1）利用单头蜗轮蜗杆实现刀库的旋转，此传动机构在使用中可随时调整蜗轮蜗杆的传动间隙，实现准确的转位分度，保证刀库工作的可靠性。相比之下，槽轮机构具有冲击小，工作平稳性高，机械效率高，可在较高转速下工作，结构简单等优点，但定位精度不够高。
图2刀库传动结构简图
（2）利用伺服电机实现蜗轮蜗杆的传动。5、刀库电机的选择
1）按负载转矩选加在伺服电动机轴上的负载转矩TL应比电动机额定连续转矩
TS小。
圆盘式刀库负载转矩计算方法这种刀库的负载转矩T1主要来自刀具重量的不平衡。计算方法有两种：
①用平均重量的刀具插满圆盘的半个圆，根据工艺要求所需的各种刀具，确定每个刀具的平均重量WCP，而其重心则设定为离刀库回转中心2/3半径处。②将三把最重刀挨在一起，按加工中心规格规定的最大刀具重量Wmax计算，而其重心则设定为离刀库回转中心半径处。如下图所示：
把如上计算的负载转矩转换为电动机轴上的转矩TL的公式为：TL=T1/（i）式中i传动比传动效率
考虑到实际情况比计算时所设定条件复杂，电机额定转矩TS应为负载转矩的1.2～1.5倍，亦即TS(1.2~1.5)TL
2）按加速时的最大转矩选加速时的最大转矩T包括加速转矩Ta和负载转矩TL，即T>Ta+TL，加速转矩Ta按下式计算：Ta2n(JLJm)/(60ta)（Nm）式中n刀库选刀时电动机转速（r/min）ta加速时间，通常取150~200ms
Jm电动机转子惯量，可从样本中查到（Nms2）JL负载惯量折算到电机
轴上的惯量
加速时的最大转矩T应小于电机的最大转矩Tmax，即T图4换刀过程示意图[1]
三、研究进度
1.准备阶段（搜集有关资料，准备参考资料）（2月10号前）2.完成开题报告（3月5号）3.毕业设计进行过程（了解刀库结构，绘制刀库图、）（3月-4月）4.完成设计论文（4月15号）5.毕业设计资料整理、打印上交阶段（4月25号）6．准备答辩阶段（5月1号）
四、主要参考文献
[1]机床设计手册编写组.机床设计手册（第三册）.北京：机械工业出版社，1986[2]王爱玲主编.现代数控机床.北京：国防工业出版社，201*[3]林宋，田建君编.现代数控机床.北京：化学工业出版社，201*[4]沙杰编.加工中心结构、调试与维护.北京：机械工业出版社，201*[5]廉元国，张永洪编.加工中心设计与应用.北京：机械工业出版社，1995[6]向金林.TH7130立式加工中心自动换刀系统的设计.装备制造技术，201*[7]陈芳，李继中.盘式刀库加工中心自动换刀系统控制.机械设计与制造，201*[8]黄泽正，刘冲，陈志辉.加工中心自动换刀装置的设计.机械工程与自动化，201*[9]曹秋霞，马国亮.小型立式加工中心圆盘式刀库的设计.机电产品开发与创新，201*[10]依兰欧克拉，比京克.数控平面加工中心轮式刀库自动换刀装置的设计.成都纺织高等专科学校学报，201*[11]M.B.Ko.DesignofautomatictoolchangerforCNCmachines.M.Sc.thesis,MechanicalEngineeringDepartmet,METU,Ankara,Turkey1995[12]H.S.Yan.Amethodologyforcreativemechanismdesign.mechansismandmachine,1992
五、指导教师意见
指导教师签字：
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