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毕业设计(论文)指导教师意见书姓名设计(论文)题目数控刀架工艺设计评语: 该论文选题新颖，设计合理，属于本学科研究热点，研究工作具有一定的理论意义与实际价值。论文的内容与题目基本相符，结构完整，格式规范，层次清楚，条理分明，语言通顺流畅，内容丰富。文献材料收集丰富详实，基本涵盖了本学科相关的主要文献，并对本学科发展趋势有一定的归纳作用。数据资料充分，论述过程严谨，思路清晰，综合运用了所学知识解决问题，分析方法选用得当，结果可信。论文撰写严肃认真，推理符合逻辑，结论和建议具有现实意义，是一篇有较高学术价值的论文。 指导教师职 称工作单位日期手签字讲师大连技师学校2014年3月10 东 北 大 学毕业设计(论文)答辩成绩评定东北大学高等教育自学考试 数控技术 专业指导委员会毕业设计(论文)答辨委员会于2014 年 月 日审查了学生 的毕业设计(论文)。设计（论文）题目：数控刀架工艺设计设计（论文）专题部分：设计（论文）说明书共 26 页，设计图纸 4 张。指导教师： 评阅人： 毕业设计（论文）答辩委员会意见： 成绩: 东北大学高等教育自学考试 专业指导委员会毕业设计（论文）答辩委员会 主任委员： （签字） 20 年 月 日毕业设计(论文)评阅人意见书姓名助学单位大连电子信息应用教育中心设计(论文)题目数控刀架工艺设计评语: 论文选题符合专业培养目标，能够达到综合训练目标，题目有较高难度，工作量大。选题具有较高的学术研究（参考）价值（较大的实践指导意义）。该生查阅文献资料能力强，能全面收集关于考试系统的资料，写作过程中能综合运用考试系统知识，全面分析考试系统问题毕业论文，综合运用知识能力强。文章篇幅完全符合学院规定，内容完整，层次结构安排科学，主要观点突出，逻辑关系清楚，有一定的个人见解。文题完全相符，论点突出，论述紧扣主题。语言表达流畅，格式完全符合规范要求；参考了丰富的文献资料，其时效性较强；没有抄袭现象。 评阅人姓名职称工作单位日期手签字讲师大连大学2013年1月10日 辽宁省高等教育自学考试 数控技术 专业(本科段)毕 业 设 计 (论 文) 设计题目: 数控刀架工艺设计 助学单位 大连电子信息应用教育中心姓 名 2014 年 3 月 毕业设计（论文）任务书 助学单位: 大连电子应用教育中心 专业: 数控技术 姓名: 毕业设计(论文)题目: 数控刀架工艺设计 毕业设计(论文)内容: 随着CAD/CAM技术的不断发展，数控编程在数控加 工中应用广泛。本文以电动数控刀架主要零件下齿盘为例，应用MasterCAM软件进行其三维建模，对其部分加工工艺进行数控程序的自动生成，主要介绍了MasterCAM Mill的参数设置方法。 毕业设计(论文)专题部分: 指导教师: （签 字） 20 13 年 1 月 10 日助学单位负 责 人: （ 签 字） 20 13 年 1 月 10 日 辽宁省高等教育自学考试 数控技术 专业（本科段）毕业设计（论文）开题报告 设计题目： 数控刀架工艺设计 助学单位 大连电子信息应用教育中心 姓 名 指导教师 单正林 2013 年 12 月 28 日一、课题背景、目的与意义(1) 背景：数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他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，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。(2) 目的：研究高速、高精加工技术及装备的新趋势，五轴联动加工和复合加工机床快速发展，智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展，重视新技术标准、规范的建立。(3) 意义：数控加工是现代制造技术的典型代表，在制造业的各个领域，如航空航天、汽车、摩托车、精密机械、家用电器等有着日益广泛的应用，已成为不可缺少的加工手段。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。伴随着全球制造业向我国转移的发展趋势，对数控加工的需求必将呈现高速、持续的增长。数控加工的基础是数控机床。随着社会的进步，人们对各类产品的生产要求越来越高，类似汽车这样大批量生产的产品，也要求其个性化，因此就不能采用传统的刚性生产线，要考虑到适当的柔性。一些小批量生产的产品，其复杂度要求和精度要求也使普通机床难以胜任。相比之下，数控机床恰恰满足了这些要求。1.1 国内外现状最近五年我国机床行业迅速发展。我国从2002年起已连续3年成为世界第一大机床消费国。2004年我国金属加工机床市场消费额为94.6亿美元。机床工具行业是为制造业提供装备的行业。从十五情况看，机床工具市场和发展速度受制于三大因素：即固定资产投资增长速度、汽车等主要用户行业和机械制造业的发展 速度、外商投资增长速度等。2001年我国固定资产的投资增速为12.1%，2002年是16.1%，2003年达26.7%，受宏观调控影响，2004 年下降到25.8%。机床行业主要用户的汽车行业和机械制造业等十五期间也迅猛发展，再加上外商投资的逐年增长，使我国的机床消费逐年提高，市场需求持续旺盛。“十五”期间，机床工具行业的国有企业基本上实现了公司制改造。民营企业和三资企业在行业中的比重不断扩大。2004年民营企业和三资企业的个数达到行业企业数的52.6%，产品销售收入占行业产品销售收入的38.2%，实现利润为行业利润的52.9%。产业集中度进一步提高。大连机床、沈阳机床一批企业通过兼并重组等方式，积极打造机床航母。2004年金切机床产品销售收入前十名企业的销售收入之和已占全行业产品销售收入的42.1%，比上年提高10.9个百分点。在数控机床的科技攻关中，他们采取了“产、学、研、用”结合的方式，不仅攻克了一些关键技术，而且保证了所研发的产品能满足生产需要。此外，自主开发与引进国外技术相结合，不仅技术起点高，而且开发周期大大缩短。“十五”期间，国产数控机床实现了快速发展，其中金切数控机床年产量由“九五”时期的几千台，迅速增加到2001年的17521台、2002年的 24803台、2003年的36813台。2004年，我国数控金切机床年产量首次突破50000台，达到51861台，同比增长49.8%。年产数控金切机床超千台的企业已达14家。“十五”期间，我国机床工具行业出口快速增长。据海关统计，2004年机床加上工具产品出口22.52亿美元，其中机床出口同比增长33.52%。 “十五”期间，我国机床产品的出口档次不断提高。例如2004年我国金属加工机床出口数量同比增长-0.64%，但金额却增长了42.4%。这说明， 高附加值机床出口增加，低附加值机床出口下降。令人欣喜的是，我国数控机床的出口在2004年首次突破1亿美元，达到了1.2亿美元，占当年金属加工机床 出口额的22.6%。2004年，在机床工具出口交货值前五名的企业中，三资企业就占三名。这说明，三资企业已成为拉动机床工具出口的重要力量。在机床行业迅速发展的同时，也存在相当大的问题。首先，国产数控机床在国内市场占有率低，企业竞争力不足。中档数控机床我们可以生产，但生产出来的东西，从质量、交货期到售后服务都缺少竞争力。以中档数控机床中普通立式加工中心为例，2004年内地大约消耗了一万台，但大陆所有企业共计生产两千台左右，而只有八九个生产加工中心工厂的台湾向大陆出口了三千三百台。这说明我们的竞争力差，产业化水平低。我国机床工具行业存在的另一个大问题是进出口逆差太大。2004年我国机床工具产品进口89.3亿美 元，同比增长45%，其中金属加工机床（金切机床和成形机床）进口59.16亿美元，同比增长43.2%。2004年我国机床工具产品出口22.52亿美 元，同比增长33.5%，其中金属加工机床出口5.4亿美元，同比增长42.4%。也就是说，机床工具产品去年进口总值是出口的4倍，进出口逆差高达 66.8亿美元。有关专家认为，机床企业要千方百计满足用户需要，确保国产机床的交货期和可靠性等以尽量减少进口。此外，还要进一步采取措施扩大出口，以尽量减少逆差。二、设计应用的原理和理论依据本次设计所涉及的电动刀架是NLD100四工位电动刀架，本刀架适用于数控车床，可以装卡各种车削刀具，内孔镗刀等。本刀架工位数为4，刀尖中心高为100 mm，最大主切削力矩为1650NM,重复定位精度为1.5，分度精度为4，电机扭矩为1NM2。此四工位的数控刀架有如下几个特点：1结构简单，蜗轮蜗杆传动比较大，结构紧凑，体积小。2定位精度较高，有利于提高控制精度，从而提高了加工的形位精度。3操作方便，工位变化自动进行，节省了换刀时间，提高了工作效率。三、设计方案论证分析刀架盖保护刀架的控制部分，防止灰尘、铁屑等杂物进入刀架。连接盘连接盘与刀台由8个M820螺钉连接固定，可以带动刀台一起旋转。其上的控制元件可以控制连接套和动齿盘及定位销的上升位置以及刀台的旋转位置。方刀台其上有12个M1680螺钉，可同时固定四把车刀。定位销与初定位盘和定位盘相配合实现刀台始末位置的确定。蜗轮套轴蜗轮安装在上面，与蜗轮一起转动，传递运动和扭距。初定位盘与定位销配合确定刀台的初始位置并确定刀台旋转的末位置，其下部有6个缓冲块，防止电机反转时产生冲击。蜗杆蜗杆与电机相连，是刀架传递动力的主要部件。控制部分由编码器，微动开关等组成，控制动齿盘、连接套及定位销的上升位置和电动机的正反转。还控制方刀台的旋转位置。固定盘传递部分动力，改善蜗轮套轴的受力情况。定位盘与定位销配合确定刀架的初末位置。定位盘的下部开有两个槽和一个凹下去切除出来的平面。动齿盘与上下齿盘啮合限制刀架的位置，其上安装有定位销等元件。上齿盘与刀台相固定，和动齿盘相啮合，实现定位。下齿盘与底座相固定，和动齿盘啮合，实现定位。蜗轮与蜗杆相啮合，传递动力。底座底座是刀架上零件的基础，支撑安装其上的所有零件，蜗轮和蜗杆在这里啮合。其下端与机床体相固定，中间有防震的材料。此电动转塔刀架基本结构如图2-1图 2-1 刀架基本结构1.2 实现功能数控刀架工艺设计1.3 关键技术及难点主要传动部件设计2. 开发环境及系统实现系统开发环境：a. 硬件配置：，处理器：Core-i3；内存：4G；硬盘：500G；b. 操作系统：中文Windows 7；c. 开发工具：AutoCAD；d. 辅助软件：Microsoft Office ； e. 开发地点：；四、预期成果软件：该系统windows环境下的CAD设计图。文档：开题报告，中期报告，需求分析，详细的设计文档，测试文档，毕业论文五、工作进度计划1、第1-2周，实习调研、收集相关的资料完成开始报告2、第3周， 确定目标和制定总体设计方案3、第4-8周，根据设计方案进行机构设计及计算，画出机构装配图4 第9-11周，建立程序原型，调试系统程序5、第12周，撰写毕业设计说明书六、参考文献 1 李善术，数控机床及应用. 北京：机械工业出版社，20042 张新义，等. 经济型数控设计. 北京：机械工业出版社，20043 王爱玲. 现代数控机床. 北京：浙江大学出版社，20044 陈秀宁，施高义编. 机械设计课程设计. 第二版. 杭州：浙江大学出版社，20045 邱宣怀主编. 机械设计. 北京：高等教育出版社，19976 孙训方，方孝淑，关来泰编. 材料力学. 北京：高等教育出版社，20027 成大先主编. 机械设计手册.北京：化学工业出版社，20028 谢进，万朝燕，杜立杰主编. 机械原理. 北京：高等教育出版社，20049 机械设计手册编委会. 机械设计手册单行本带传动和链传动. 北京：机械工业出版社，200710 吴宗泽主编. 机械设计师手册. 北京：机械工业出版社，200211 侯红伟. 大型带式输送机制动与张紧装置的最优设置. 煤矿机电，2007年第6期12 卜炎主编. 机械传动装置设计手册. 北京：机械工业出版社，199913 运输机械设计选用设计手册委员会. 运输机械设计选用设计手册.北京：化学工业出版1999继继续续教教育育学学院院 毕业设计（论文） 题 目 数控刀架工艺设计 学 习 中 心 专 业 层 次 学 生 班 号 学 号 指 导 教 师 答 辩 日 期 哈尔滨工业大学远程教育毕业设计（论文）评语哈尔滨工业大学远程教育毕业设计（论文）评语 姓名： 班号： 学号： 专业： 层次： 学习中心： 毕业设计（论文）题目：毕业设计（论文）题目： 工作起止日期：_ 年_ 月_ 日起 _ 年_ 月_ 日止 指导教师对毕业设计（论文）进行情况、完成质量的评价意见：指导教师对毕业设计（论文）进行情况、完成质量的评价意见： 指导教师签字： 指导教师职称： 评阅人评阅意见：评阅人评阅意见： 评阅教师签字： 评阅教师职称： 答辩委员会评语：答辩委员会评语： 根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评 定： 学生 毕业设计（论文）答辩成绩评定为： 对毕业设计（论文）的特殊评语：对毕业设计（论文）的特殊评语： 答辩委员会主答辩委员会主 任（签字）：任（签字）： 职 称： 答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委答辩委员会委 员（签字）：员（签字）： 年 月 日 哈尔滨工业大学远程教育毕业设计（论文）任务书哈尔滨工业大学远程教育毕业设计（论文）任务书 姓 名： 学习中心： 班 号： 层 次： 学 号： 专 业： 任务起止日期： 年 月 日至 年 月 日 毕业设计（论文）题目： 数控刀架工艺设计 立题的目的和意义：制造业信息化已成为全球化的发展趋势。机床数控 技术已成为现代制造技术的基础。它推动了制造业向信息化、集成化和智能化 方向发展。 电动数控刀架数控车床重要的功能部件之一，结构紧凑、工作稳定、定位 精度高。本设计主要针对在数控车床中广泛应用的四工位电动刀架进行设计。 本文首先介绍了数控机床和电动数控刀架的发展和现状，分析研究了四工位电 动刀架的工作原理和结构特点，分别对主要零件如底座、刀台、上齿盘、下齿 盘、初定位盘、动齿盘进行了分析介绍。从刀架实际工作条件出发，根据涡轮 齿面接触强度对由涡轮传动机构进行了主要结构参数计算。然后对主要零部件 进行了结构设计。 技术要求与主要内容：随着 CAD/CAM 技术的不断发展，数控编程在数控 加工中应用广泛。本文以电动数控刀架主要零件下齿盘为例，应用 MasterCAM 软件进行其三维建模，对其部分加工工艺进行数控程序的自动生成，主要介绍 了 MasterCAM Mill 的参数设置方法。另外刀具的选择和切削用量的确定是数控 加工工艺中的重要内容，通过资料搜集总结，本文中进行了专题介绍。 进度安排： 同组设计者及分工： 指导教师签字：_ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字：_ 年 月 日 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） I 摘摘 要要 制造业信息化已成为全球化的发展趋势。机床数控技术已成为现代制造技 术的基础。它推动了制造业向信息化、集成化和智能化方向发展。 电动数控刀架数控车床重要的功能部件之一，结构紧凑、工作稳定、定位 精度高。本设计主要针对在数控车床中广泛应用的四工位电动刀架进行设计。 本文首先介绍了数控机床和电动数控刀架的发展和现状，分析研究了四工位电 动刀架的工作原理和结构特点，分别对主要零件如底座、刀台、上齿盘、下齿 盘、初定位盘、动齿盘进行了分析介绍。从刀架实际工作条件出发，根据涡轮 齿面接触强度对由涡轮传动机构进行了主要结构参数计算。然后对主要零部件 进行了结构设计。 随着 CAD/CAM 技术的不断发展，数控编程在数控加工中应用广泛。本文 以电动数控刀架主要零件下齿盘为例，应用 MasterCAM 软件进行其三维建模， 对其部分加工工艺进行数控程序的自动生成，主要介绍了 MasterCAM Mill 的 参数设置方法。另外刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内 容，通过资料搜集总结，本文中进行了专题介绍。 关键词关键词 数控技术；电动数控刀架；结构设计；数控编程 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） II 目目 录录 1 绪绪 论论 1 1.1 数控机床简述1 1.2 数控技术的发展趋势3 1.1.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势 .3 1.1.2 五轴联动加工和复合加工机床快速发展 .4 1.1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 .5 1.1.4 重视新技术标准、规范的建立 .6 1.3 数控机床行业发展分析6 2 数控刀架数控刀架 9 2.1 数控刀架介绍9 2.2 几种典型转塔刀架结构分析9 2.2.1 液压式 .9 2.2.2 液压机械式 .10 2.2.3 电动式 .11 2.3 我国数控刀架行业发展现状和趋势14 3 NLD100 电动刀架设计电动刀架设计18 3.1 NLD100 电动刀架介绍 .18 3.2 NLD100 电动刀架结构 .18 3.2.1NLD100 基本结构介绍.18 3.2.2NLD100 主要部件介绍.19 3.3 主要传动部件设计20 4 计算机辅助数控编程计算机辅助数控编程 25 4.1 CAM 软件介绍 25 4.1.1 下面介绍几个在国内外应用较多的软件 .25 4.1.2 本设计使用的 MasterCAM 软件.26 4.2 应用 MASTERCAM 对数控刀架下齿盘建模28 4.2.1 下齿盘结构介绍 .28 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） III 4.2.2 用 Mastercam 建立三维模型29 4.3 应用 MASTERCAM 生成部分下齿盘数控加工程序32 4.3.1 工作设定（Job Set）32 4.3.2 外型铣削加工 .33 4.3.3 钻孔加工 .37 4.3.4 生成数控程序 .39 5 经济环保性分析经济环保性分析 41 参考文献参考文献 43 致致 谢谢 44 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 1 1 绪绪 论论 1.1 数控机床简述数控机床简述 数控加工是现代制造技术的典型代表，在制造业的各个领域，如航空航天、 汽车、摩托车、精密机械、家用电器等有着日益广泛的应用，已成为不可缺少 的加工手段。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平， 提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。伴随着全球制造业向我国转移的 发展趋势，对数控加工的需求必将呈现高速、持续的增长。数控加工的基础是 数控机床。随着社会的进步，人们对各类产品的生产要求越来越高，类似汽车 这样大批量生产的产品，也要求其个性化，因此就不能采用传统的刚性生产线， 要考虑到适当的柔性。一些小批量生产的产品，其复杂度要求和精度要求也使 普通机床难以胜任。相比之下，数控机床恰恰满足了这些要求。 数控机床最早产生于美国，是军备竞赛的产物，是为解决航空与航天技术 方面的大型和复杂零件的单件、小批量生产而发展起来的。1952 年，美国 PARSON 公司与麻省理工学院(MIT)合作，研制出世界上第一台数控机床。从 此机床行业，乃至整个制造业和相关产业进入了一个新的发展阶段。在机床行 业，由于采用了数控技术，许多过去在普通机床上无法完成的工艺内容得以完 成，大量普通机床为数控机床所代替，这就极大地促进了机床行业的技术进步 和行业发展。对于整个制造业，由于大量引用数控机床，使得产品质量大幅度 提高，新产品开发周期明显缩短，满足了广大消费者求新和追求个性化的要求， 从而形成了制造业与市场相互促进的发展趋势。目前数控机床已经遍布军工、 航空航天、汽车、造船、机车车辆、机床、建筑、通用机械、纺织、轻工、电 子等几乎所有制造行业。一段时期内机床行业在技术发展上曾被视为“夕阳工 业” ，如今再度受到全世界的高度重视。在这一历史性转变中，数控机床的产 生与发展功不可没。此外，数控机床的发展，还带动了众多相关产业和技术的 发展。 经过数十年的发展，数控机床的控制部分已经从硬件为主的数控装置，发 展成硬件软件相结合的计算机数控(computer numerical control，CNC)系统，造 就了一批数控系统生产企业。由于数控机床是根据事先编好的程序进行自动加 工的，因此其发展与自动控制技术(包括伺服驱动与控制)密切相关。应该说， 数控机床的发展将自动控制理论与技术的发展推到了更高的水平。数控机床的 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 2 发展，还带动了精密测量技术和精密机械结构设计制造技术的发展，产生了一 大批检测装置、精密机构单元的生产经销企业。 数控机床具有以下特点： （1）适应范围广 数控机床是通过执行已经编制好的数控程序来控制机床执行机构，从而进 行自动加工的。改变加工对象时，只需重新编制一个数控程序，因此可以适应 多种不同零件的加工。 （2）生产准备周期短 在数控机床上加工新的零件，大部分准备工作是针对零件工艺编制数控程 序，而不是去准备靠模、钻镗模、专用夹具等工艺装备，而且编程工作可以离 线进行，这样大大缩短了生产准备时间，因此应用数控机床，十分有利于企业 产品的升级换代和新产品的开发。 （3）工序高度集中 为了体现自动、柔性的特点，数控机床在结构和功能的设计上，充分考虑 了工序的集中，使机床租加工时有足够的刚度，精加工时又有可靠的精度。在 数控机床上加工，特别是在带有自动换刀系统的数控机床上加工，往往是一次 装夹后，完成尽可能多的加工内容。这样就可以减少机床、夹具的数量和因重 复装夹定位造成的误差，同时还能够缩短转序、等待和装夹等辅助时间。 （4）生产效率和加工精度高 由于数控机床在结构设计上采用了有针对性的设计，因此加工时可以采用 较大的切削用量。特别是一些重切数控机床，其切削用量可以是普通金属切削 机床常用量的十几倍。加上自动换刀等辅助动作的自动化使得救控机床的生 产效率非常高。与此同时，数控机床还具有相当高的加工精度和质量稳定性。 这也是由数控机床结构设计采用了必要的措施，以及机电结合的特点决定的。 首先是在结构上引入了滚珠丝杠螺母机构、各种消除间隙结构等，使机械传动 的误差尽可能小，其次是采用了软件精度补偿技术，使机械误差进一步减小； 第三是用程序控制加工，减少了人为因素对加工精度的影响。这些措施不仅保 证了较高的加工精度，同时还保持了较高的质量稳定性。 （5）复杂型面的加工 数控系统不仅可以控制多个铀的运动、而且能够驱动多个轴联动，使刀具 在三维空间中能实现任意轨迹。这就是使得许多采用普通加工方法无法完成的 复杂型面的加工成为可能。 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 3 （6）多种工艺复合 工艺复合化是指工件一次装夹后，通过自动换刀等措施来完成多工序和多 表面的加工。这不仅可以提高工件的形位精度，缩短装夹时间工件的整个制造 周期还可减少加工设备的台数和节省占地面积，以获得良好的经济效益。加工 中心、车削中心和车铣中心是工艺复合化的典型代表。 （7）高度的可靠性、安全性以及完善的监控和自诊断功能 要使机床的加工质量稳定可靠、工作过程安全可靠、须有完善的监控功能 和有效的安全措施。 （8）具有开放的控制系统 由于机床向着灵活、多功能、复杂化发展，控制系统也必须适应这一要求。 未来的控制器应能够重新配置、修改、扩充和改装,有时是重新生成。因此,系 统应是开放式的。每个开发者可以按照事先组建的体系结构开发自己的产品， 各种产品成分都能在这个结构中找到自己合适的位置。 （9）易于集成且有一定的智能 数控机床不仅有良好的单机自动化使用的功能，而且有易于集成为系统的 特点，因而其信息流的接口应采用统一的标准。此外，它还应有一定的智能， 以代替人的部分脑力劳动，从而提高整个生产过程的效率。数控机床是典型的 机电一体化产品，其组成部分大多属于高技术范畴。因此对使用者和维护人员 都有很高的要求。 1.2 数控技术的发展趋势数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工 业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生 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， 因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技 术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面14 。 1.1.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势高速、高精加工技术及装备的新趋势 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。为此日本先 端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将 其确定为 21 世纪的中心研究方向之一。 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 4 在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒/辆，而且多品种加工 是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部 件多为薄壁 和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切 削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯 料“掏空”的方法来制 造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆 钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些 都对加工装备提出了高速、高精 和高柔性的要求。 从 EMO2001 展会情况来看，高速加工中心进给速度可达 80m/min，甚至 更高，空运行速度可达 100m/min 左右。目前世界上许多汽车厂，包括我 国的 上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。 美国 CINCINNATI 公司的 HyperMach 机床进给速度最大达 60m/min，快速为 100m/min，加速度达 2g，主轴转速已达 60 000r/min。加工一薄壁飞机零件， 只用 30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需 3h，在普通铣床加工需 8h；德国 DMG 公司的双主轴车床的主 轴速度及加速度分别达 12*!000r/mm 和 1g。 在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到 5m，精密级加工中心则从 35m，提高到 11.5m，并且超精密加工精度 已开始进入纳米级(0.01m)。 在可靠性方面，国外数控装置的 MTBF 值已达 6 000h 以上，伺服系统的 MTBF 值达到 30000h 以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加 工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进 一步扩大。 1.1.2 五轴联动加工和复合加工机床快速发展五轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削， 不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1 台 5 轴联动机床的效率 可以等于 2 台 3 轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速 铣削淬硬钢零件时，5 轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。但过去 因 5 轴联动数控系统、 主机结构复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床 高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了 5 轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简 化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 5 合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机床（含 5 面加工机床）的发展。 在 EMO2001 展会上，新日本工机的 5 面加工机床采用复合主轴头，可实 现 4 个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 轴加工可在同一 台机床上 实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 DMG 公司展出 DMUVoution 系列加工中心，可在一次装夹下 5 面加工和 5 轴联动加工，可由 CNC 系统控制 或 CAD/CAM 直接或间接控制。 1.1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控 系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的 自适应控 制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化， 如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等； 简化编程、简化 操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界 面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。 目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的 NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的 OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的 OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的 ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化 已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以 在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户， 通过改变、增加或剪裁结 构对象（数控功能） ，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍 集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数 控系统，形成 具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、 配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等 是 当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的 网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实 现新的制造模 式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些 著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如 在 EMO2001 展中， 日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称 CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 6 “IT plaza”（信息技术广场，简称 IT 广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的 Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称 OME）等，反映了数 控机床加工向网络化方向发展的趋势。 1.1.4 重视新技术标准、规范的建立重视新技术标准、规范的建立 （1）关于数控系统设计开发规范 如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美 国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系 统规范 (OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界 3 个最大的经济体在短 期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变 革时 期的来临。我国在 2000 年也开始进行中国的 ONC 数控系统的规范框架 的研究和制定。 （2）关于数控标准 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的 50 年间的信 息交换都是基于 ISO6983 标准，即采用 G，M 代码描述如何（how）加工，其本 质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的 需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的 CNC 系统标准 ISO14649 （STEPNC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产 品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领 域 产品信息的标准化。 STEP-NC 的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至 整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC 提出一种崭新的制造理 念， 传统的制造理念中，NC 加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC 程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次， STEP-NC 数控系统还可大大减少加工图纸（约 75） 、加工程序编制时间（约 35）和加工时间（约 50） 。 目前，欧美国家非常重视 STEP-NC 的研究，欧洲发起了 STEP-NC 的 IMS 计 划(1999.1.12001.12.31)。参加这项计划的有来自 欧洲和日本的 20 个 CAD/CAM/CAPP/CNC 用户、厂商和学术机构。美国的 STEP Tools 公司是全球范 围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换 的超级模型(Super Model)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前 这种新的数据交换格式已经在配备了 SIEMENS、FIDIA 以及欧洲 OSACA-NC 数控 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 7 系 统的原型样机上进行了验证。 1.3 数控机床行业发展分析数控机床行业发展分析 最近五年我国机床行业迅速发展。我国从 2002 年起已连续 3 年成为世界 第一大机床消费国。2004 年我国金属加工机床市场消费额为 94.6 亿美元。机 床工具行业是为制造业提供装备的行业。从“十五“情况看，机床工具市场和发 展速度受制于三大因素：即固定资产投资增长速度、汽车等主要用户行业和机 械制造业的发展 速度、外商投资增长速度等。2001 年我国固定资产的投资增 速为 12.1%，2002 年是 16.1%，2003 年达 26.7%，受宏观调控影响，2004 年 下降到 25.8%。机床行业主要用户的汽车行业和机械制造业等“十五“期间也迅 猛发展，再加上外商投资的逐年增长，使我国的机床消费逐年提高，市场需求 持续旺盛。 “十五”期间，机床工具行业的国有企业基本上实现了公司制改造。 民营企业和三资企业在行业中的比重不断扩大。2004 年民营企业和三资企业的 个数达到行业企业数的 52.6%，产品销售收入占行业产品销售收入的 38.2%， 实现利润为行业利润的 52.9%。 产业集中度进一步提高。大连机床、沈阳机床 一批企业通过兼并重组等方式，积极打造机床航母。2004 年金切机床产品销售 收入前十名企业的销售收入之和已占全行业产品销售收入的 42.1%，比上年提 高 10.9 个百分点。在数控机床的科技攻关中，他们采取了“产、学、研、用” 结合的方式，不仅攻克了一些关键技术，而且保证了所研发的产品能满足生产 需要。此外，自主开发与引进国外技术相结合，不仅技术起点高，而且开发周 期大大缩短。 “十五”期间，国产数控机床实现了快速发展，其中金切数控机床年产量 由“九五”时期的几千台，迅速增加到 2001 年的 17521 台、2002 年的 24803 台、2003 年的 36813 台。2004 年，我国数控金切机床年产量首次突破 50000 台，达到 51861 台，同比增长 49.8%。 年产数控金切机床超千台的企业已达 14 家。 “十五”期间，我国机床工具行业出口快速增长。据海关统计，2004 年 机床加上工具产品出口 22.52 亿美元，其中机床出口同比增长 33.52%。 “十 五”期间，我国机床产品的出口档次不断提高。例如 2004 年我国金属加工机 床出口数量同比增长-0.64%，但金额却增长了 42.4%。这说明， 高附加值机床 出口增加，低附加值机床出口下降。令人欣喜的是，我国数控机床的出口在 2004 年首次突破 1 亿美元，达到了 1.2 亿美元，占当年金属加工机床 出口额 的 22.6%。2004 年，在机床工具出口交货值前五名的企业中，三资企业就占三 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 8 名。这说明，三资企业已成为拉动机床工具出口的重要力量。 在机床行业迅速发展的同时，也存在相当大的问题。 首先，国产数控机床在国内市场占有率低，企业竞争力不足。中档数控机 床我们可以生产，但生产出来的东西，从质量、交货期到售后服务都缺少竞争 力。以中档数控机床中普通立式加工中心为例，2004 年内地大约消耗了一万台， 但大陆所有企业共计生产两千台左右，而只有八九个生产加工中心工厂的台湾 向大陆出口了三千三百台。这说明我们的竞争力差，产业化水平低。 我国机床工具行业存在的另一个大问题是进出口逆差太大。2004 年我国机 床工具产品进口 89.3 亿美 元，同比增长 45%，其中金属加工机床（金切机床 和成形机床）进口 59.16 亿美元，同比增长 43.2%。2004 年我国机床工具产品 出口 22.52 亿美 元，同比增长 33.5%，其中金属加工机床出口 5.4 亿美元，同 比增长 42.4%。也就是说，机床工具产品去年进口总值是出口的 4 倍，进出口 逆差高达 66.8 亿美元。有关专家认为，机床企业要千方百计满足用户需要， 确保国产机床的交货期和可靠性等以尽量减少进口。此外，还要进一步采取措 施扩大出口，以尽量减少逆差。 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 9 2 数控刀架数控刀架 2.1 数控刀架介绍数控刀架介绍 数控刀架是数控车床重要的功能部件。目前数控车床向数控车削中心发展， 其中数控车床与数控车削中心的一个重要组成部分是数控转塔刀架。数控转塔 刀架的工作质量直接影响到数控机床尤其加工中心的质量。数控转塔刀架的工 作质量主要表现在换到时间和故障率。加工中心的故障率有 50%以上一自动换 刀装置有关，自动换刀的投资常常占整台机床的 3050%，为了相应降低整机 的价格，应在满足使用条件的前提下，尽量选择结构简单和可靠性高的自动换 刀装置。数控车床用转塔刀架是国际机床业发展中一项主流产品。现已广泛被 国内外立、卧式车床采用。刀架系统是一个由机械、电气控制、软件程序几个 部分组成，是一个典型的机电一体化装置。 普通车床的刀架机构由人工完成换刀工作，而数控车床的刀架是自动换刀 的刀架。数控车床的刀架系统按换刀形式的不同可分为带刀库的自动换刀装置 和转塔式刀架。前者主要用于加工中心（主要由刀库、机械手和驱动机构等组 成） ，后者可以称为是一种简单的自动换刀装置，根据不同的加工对象它可以 设计成四工位、六工位、八工位等多种形式刀架，经济型数控车床配置的基本 上是四工位卧式自动转位刀架，在全功能数控车床上。大多装有多工位转塔刀 架。这种转塔式刀架定位精度高、结构紧凑、维修方便，是数控车床和数控车 削加工中心的必备附件。 2.2 几种典型转塔刀架结构分析几种典型转塔刀架结构分析 数控转塔刀架是以回转分度实现刀具自动交换及回转动力刀具的传动。因 此技术含量高，已趋向专业开发生产。所以对数控转塔刀架的研究开发及应用 已引起数控机床行业重视。以下是几种转塔刀架的结构： 2.2.1 液压式液压式 这类刀架用液压缸实现刀盘锁紧，低速大扭矩液压马达驱动刀盘转动，典 型结构如图 2-1。液压缸可获得很大的锁紧力，故刀架刚性好。该机构适用于 重负荷切削，且易双向转位就近换刀，大型数控车床应用较多。近年已开发出 将液压马达和滚珠式预分度机构合为一体的液压分度马达。可使刀架结构简化， 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 10 重复定位精度可达0.1，刀盘加速时间仅为 0.1 秒，有较好的应用前景。 2.2.2 液压机械式液压机械式 这类刀架用液压缸锁紧刀盘，转位于预分度则用电机经机械传动装置实现， 如槽轮机构。目前趋向采用动态性能较好的间歇凸轮转位机构（见图 2-2 平行 分度凸轮的应用） 。 图图 2-1 液压机械式平行分度凸轮示意简图液压机械式平行分度凸轮示意简图 1.刀盘主轴；刀盘主轴；2.滚轮架传动齿轮；滚轮架传动齿轮；3.转位传动齿轮；转位传动齿轮；4 平平 行分度凸轮；行分度凸轮；5.电机；电机；6 传动轴传动轴 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 11 2.2.3 电动式电动式 这类刀架以电机为动力源，使用方便，应用最多。主要有以下几种形式： （1）单面凸爪紧锁式 结构如图 2-3 所示，是我国自行开发的小型产 品。刀盘主轴上固联有单向凸爪离合器的右半。电机经蜗轮传动使主动凸爪 （离合器左半）正向旋转时，两半离合器结合，两定位多齿盘脱开啮合，刀盘 转位。到位后反向旋转，刀盘转动被预分度机构的定位销阻止，由于凸爪斜面 作用使离合器左右两半分离，使刀盘右移实现定位紧锁。此形式结构紧凑，但 紧锁力靠构件的弹性变形产生，调整较难，主轴刚度不宜过大，适用于低速低 载，如仪表机床上使用。 图图 2-2 液压数控转塔示意图液压数控转塔示意图 1.多齿盘；多齿盘；2.液压缸；液压缸；3.液压马达；液压马达；4 电磁阀；电磁阀；5.接近开关；接近开关；6 活塞；活塞；7.刀盘刀盘 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 12 （2）双插销反靠式 图 2-4 为其示意图，这类刀架以 T 型丝杠螺母机构 产生紧锁力。电机正转时丝杠移动使两多齿盘分离，再由反靠盘及插销带动刀 盘转动到位，检测装置发讯使电机反转，插销向预分度槽反靠实现预分度。由 于另一端插销斜面作用，反靠盘与之分离，电机继续反转使丝杠连同反向位移 到多齿盘啮合紧锁。该刀架转位周期约 12 秒，不能双向转位。因只用一个 传动链实现全部动作循环，各动作转换协调由一特殊双插销机构实现，故结构 紧凑，紧锁可靠，成为国内中低档数控车床采用的主要机型。 图图 2-3 单面凸爪紧锁式结构简图单面凸爪紧锁式结构简图 1.电机；电机；2.机械传动；机械传动；3.预分度机构；预分度机构；4 刀盘；刀盘；5.多齿盘定位机构；多齿盘定位机构； 6 凸爪紧锁机构；凸爪紧锁机构；7.调整螺母；调整螺母；8.检测装置检测装置 图图 2-4 双插销反靠式数控转塔刀架简图双插销反靠式数控转塔刀架简图 1.电机；电机；2.传动装置；传动装置；3 丝杠螺母机构；丝杠螺母机构；4 双插销机构；双插销机构；5.多齿盘；多齿盘；6 刀盘；刀盘；7. 预分度槽盘；预分度槽盘；8. 反靠盘；反靠盘；9.检测装置检测装置 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 13 （3）双向滚子端面凸轮仅锁式 这类刀架采用正反方向均可实现转位紧锁的滚子端面凸轮结构，能就近换 刀。图 2-5 为原理图，图中滚轮架只能相对主轴转动而不能移动；端面凸轮只 能相对主轴移动，不能转动。滚轮架正向或反向回转时，若滚子位于端面凸轮 凸起部，则凸轮在弹簧的推动下右移使多齿盘退出啮合。定位机构由定齿盘， 转动齿盘和移动齿盘构成所谓三齿盘结构。因啮合动作由移动齿盘在箱体内部 完成，与转动齿盘固联的刀盘相对箱体无轴向抬起，密封性好。 此类刀架有以下两种较好的传动结构：一是紧锁与转位共用一个外啮合行 星齿轮传动，如意大利 BARULFADI 公司的 TOE 系列，其传动原理如图 2-6。 当交替地固定中心轮 1 或 2 时，电机通过转臂驱动另一个中心轮转动，分别实 现刀盘松开、转位、锁紧动作。此形式国际上较流行。另一种是使用定轴轮系， 转位及预分度用外接式平行分度凸轮间隙转位机构，它是由两片平行的共轭平 面凸轮组成，如印度 PRA-GATI 厂的 BTP 系列。图 2 是其传动原理图。此形 式传动平稳，无需另设预分度盘。 图图 2-5 双向凸轮锁紧式数控转塔刀架简图双向凸轮锁紧式数控转塔刀架简图 1.转动齿盘；转动齿盘；2.定齿盘；定齿盘；3 移动齿盘和端面凸轮；移动齿盘和端面凸轮；4 磙子；磙子；5.滚轮架；滚轮架；6 滚轮滚轮 架传动齿轮；架传动齿轮；7.转位传动齿轮；转位传动齿轮；8. 碟形弹簧；碟形弹簧；9.刀盘主轴；刀盘主轴；10.弹簧弹簧 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 14 2.3 我国数控刀架行业发展现状和趋势我国数控刀架行业发展现状和趋势 数控刀架是数控机床主要的功能部件。数控机床技术向高效、复合、智能、 环保的方向发展。主机技术水平的不断提高，要求数控机床功能部件必须与之 相应迅速提高，以保证机床的速度和精度。解决数控机床功能部件的生产、配 套及供应链问题，是解决数控机床发展的瓶颈的关键。 我国数控机床功能部件最初是通过两个途径进行发展的。一是专业化附件 生产厂家向数控附件生产发展，典型的产品有数控转台、动力卡盘、滚珠丝杠 等。二是主机生产厂家自我研发配套功能性部件，典型的产品有数控刀架，国 内大多数车床厂都经历了这个过程。目前，我国的功能部件生产发展缓慢，品 种少，产业化程度低，不能满足市场 要求，不得不依赖进口。由于功能部件 进口价格昂贵，造成数控机床整机价格不断上升，我国生产的数控机床几乎失 去了竞争优势。市场显示，同等水平的数控机 床，韩国的价格几乎与我国的 价格持平，出现这一现象与我们主机生产厂大量从国外采购数控机床所需的功 能部件有很大关系。我国机床工具行业的专家、学者、企业家都已看到了功能 部件产业的巨大发展前景。许多企业也已瞄准了这个市场，通过引进技术、合 作生产或自主开发，初步形成了一批功能部件专业生产厂家。 目前为加工中心配套的刀库和为车削中心配套的高水平的动力刀架还主要 依赖进口。但可喜的是国内已经有厂家能够生产高水平的刀库和动力刀架。北 图图 2-6 行星齿轮传动的应用示意图行星齿轮传动的应用示意图 1.滚轮架传动齿轮；滚轮架传动齿轮；2.转位传动齿轮；转位传动齿轮；3 转臂齿轮；转臂齿轮；4 行星轮；行星轮；5.电机；电机；6. 刀盘主轴刀盘主轴 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 15 一数控机床公司采用日立精机和大隈技术生产的卧式和立式加工中心刀库；烟 台机床附件厂、沈阳第一机床厂引进意大利 Baruffaldi 公司技术生产的动力 刀架。但这些产品都没有形成向社会配套的能力，所以当前应认真研究如何把 这些产品从能够生产转化为批量生产，向市场提供商品。 从技术发展上看，数控机床技术向高速、复合、智能和环保方向发展，对 数控刀架、数控转台、数控分度头提出同样的 要求。在数控附件的高速化方 面，烟台环球机床附件集团公司开发了 AK36 系列伺服电机驱动刀架，主要特 点是采用伺服电动驱动，液压或气压松开夹紧，转位时 间可调，最快换一把 刀时间为 0.15s，达到国外同类产品水平；TK13250M 高速数控转台转速达到 30r/min；复合化 AK33 系列动力刀架，采用 模块化设计，动力刀具由伺服电 机驱动，铣削动力刀具转速最高可达到 3000r/min；TK14 系列数控可倾转台， 由两个伺服电机驱动达到两轴联动，配套 于五轴联动加工中心。综上所述， 高速化、复合化数控附件产品代表了国内最高水平，填补了国内空白，为主机 的发展提供了保障。独立设计开发的 AK3380L8 数控转塔刀架，在保持原有 引进技术的基础上，增加了动力输出功能。该刀架可多刀夹持，双向转位和任 意刀位就近选刀，实现了加工程序的自动化、高效化。 这种刀架采用端齿盘 作为分度定位元件，分度工作由二进制绝对值编码器识别。刀架定位与锁紧由 接近开关发出信号，接近开关与编码器均可直接与可编程控制器联机。该刀架 结构简单、性能可靠，配合主机可完成车、铣、钻、镗等工序，是加工中心、 数控车床必备的机床附件。 从国内市场来看，目前数控机床销售都以中低档产品为主，对数控附件来 说，高端产品市场在没有形成批量销售之前，主要还是以中低档产品为主。目 前主机对数控附件可靠性提出了更高的要求，国内公司在这方面也做了大量工 作。以 AK31 系列全功能数控刀架为例，其故障点 80%来自于气配套件。通过采 取措施，提高配套件质量，以及对主机电气设计提出一些具体要求，从而降低 了故障，提高了刀架可靠性。数控机床功能部件的产品水平与 10 年前相比， 应该说有了很大的提高。以前研发此类产品，主要是参照国外产品，也有部分 产品是靠引进技术生产的。经过近 20 年的发展，数控分度头、数控刀架产品 的品种不断完善，主要性能和可靠性有较大提高。数控刀架、数控转台、数控 分 度头已能满足中低档数控机床的配套需求。但为高档数控机床配套的数控 附件产品，与国外产品比较还有一定差距。主要差距在于整个行业的装备制造 能力和协作配 套能力不足。数控机床的功能部件制约主机技术水平和性能的 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 16 发展，主要表现在以下几个方面： -速度。随着数控机床的高速化发展，对数控机床附件产品也提出了相 应要求。就数控刀架而言，AK36 系列高速伺服刀架，其水平已接近国外同类产 品；数控转台类虽然烟台机床附件厂已研制出 30r/min 的高速转台，但与国外 发达先进公司相比还有较大差距，主要差别在于蜗轮副材料的选用方面。 -可靠性。近几年，数控刀架故障主要集中在电气配套件上，约占刀架 故障率的 80%以上；另外，由于伺服刀架高速、高可靠性等特点，受到主机厂 欢迎。问题是国内无此类伺服电机和驱动单元，只能依靠进口，因而刀架的成 本和价格都接近国外的同类产品，很难形成产业化。 -精度。国内数控产品的精度及稳定性能应该说还是比较好的，基本上 能满足主机配套要求。与日本、德国等工业发达国家的产品还有一定差距，但 不大，与台湾地区的产品相当。 -产业化。在整个数控机床附件发展过程中，产品的交货期是一个尤为 突出的问题，已制约了主机快速响应市场的能力。只有具备了产业化、规模化 配 套能力的企业，方可适应激烈的市场竞争并显现优势。厂商应该建设新的 数控产品车间，并采购关键设备，从硬件设施上保证交货期。 我国的功能部件生产企业一般规模较小，布局分散；有些至今还依附在主 机厂或研究所，还没有推向市场，因此形不成龙头企业。有些品种还没有商品 供应；有些功能部件性能上与国际著名厂家的产品还有一些差距。能够生产功 能部件的企业，如果不把体制理顺，不把市场做大，不把目前的产品水平提高 并尽快追上国际先进水平，将很难长久生存。一种产品从研制成功到少量生产， 如果不尽快形成规模，就降不下成本，就占领不了市场，就创不出品牌。没有 高水平功能部件生产能力的大幅提高，将严重影响我国机床行业的快速发展。 国内专门从事数控刀架生产的企业主要有烟台环球机床附件集团有限公司 、沈阳精诚数控附件厂、温岭航轮数控刀架厂等。烟台环球机床附件厂是全国 机床附件行业和烟台市机械行业历史最久、规模最大的国有企业之一。于 1949 年建厂，1953 年开始专业生产机床附件产品，是一个拥有从铸锻毛坯制 作到机械加工再到装配调试综合生产能力的专业化生产企业，其设计和制造能 力在全国机床附件行业中处于领先地位。现有主要生产设备及关键检测仪器 500 余台（套） 。主要产品为“环球”牌数控刀架、数控分度头、数控转台、 机械分度头、机械转台等 100 余个规格品种的机床附件及多种规格的数控专 用机床，年产量超过 2 万余台，是全国数控分度类机床附件品种规格最齐全， 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 17 生产规模最大的生产企业。数控刀架产品包括：AK21 系列刀架、液压数控系列 刀架、AK27 系列刀架、AK30 系列刀架、 AK31 系列刀架、AK33 系列刀架、 PK14 系列刀架等系列产品，其中引进意大利巴拉法蒂 公司技术生产的全功能 AK31 系列、适用于经济型数控车床的 AK21、AK30 系列。全部刀架采用精密端 齿盘定 位，定位精度高、刹紧刚性强。 沈阳精诚机床附件厂是沈阳机床股份有限公司下属的专业化数控刀架生产 企业。企业技术力量雄厚，应用先进的计算机辅助设计，采用现代化的网络数 字技术配置，拥有现代化的办公设施，生产设计数控刀架能力处于国内领先位 置。自行研发了 NLD 立式数控刀架、SYD 液压数控刀架、 SD 卧式双选数控 电动刀架、WD 卧式单选数控电动刀架等。同时企业引进了意大利巴拉法蒂公 司的生产技术，根据该技术生产的 TS160、TSM160 系列刀架享有该公司的商 标注册权和专利使用权。 哈尔滨工业大学远程教育本科毕业设计（论文） 18 3 NLD100 电动刀架设计电动刀架设计 3.1 NLD100 电动刀架介绍电动刀架介绍 本次设计所涉及的电动刀架是 NLD100 四工位电动刀架，本刀架适用于数 控车床，可以装卡各种车削刀具，内孔镗刀等。本刀架工位数为 4，刀尖中心 高为 100 mm，最大主切削力矩为 1650NM,重复定位精度为1.5“，分度精度为 4“，电机扭矩为 1NM2。 此四工位的数