开题报告-零件数控加工工艺设计与编程.pdf

毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告 课 题 名 称 ：零件数控加工工艺设计与编程 学院 ：机械工程学院 专业 ：机械工程及自动化 姓名 ：金城_ 学号 ：120800128 指 导 教 师 ：吴喜如 2016 年年 3 月月 10 日日 1 零件数控加工工艺设计与编程零件数控加工工艺设计与编程 1、背景介绍、背景介绍 数控加工技术于二十世纪中叶诞生于航空工业， 航空工业中传统的机加工已 经无法满足一些复杂零件的加工要求， 必须寻求一种新的加工技术方可保证零件 的加工。在这样的一个机遇当中，数控加工技术应运而生。 二十世纪五十年代，随着第一台数控机床的诞生，标志着数控加工技术登上 了历史的舞台。半个世纪以来， 数控加工技术已经取得飞速的发展和革命性的突 破。数控加工技术让整个制造业发生了翻天覆地的变化，随着科学技术的发展， 数控加工在制造业中占据着举足轻重的一席之地，在未来，数控加工必然会成为 制造业的中流砥柱。 随着时代的不断发展进步，制造业将会以一种我们意想不到的方式呈现。数 控加工正逐步占据制造业中的市场， 掌握数控加工技术对于一个企业乃至一个国 家而言，这就是一种强大的核心竞争力。时过境迁，社会不断的发展。唯独顺应 时代发展的潮流，改变以往传统的生产模式，寻找新的生产方式，方可在这种前 进的洪流中立于不败之地。 数控加工无疑就是一种新的生产模式。与传统的机加工相比，数控加工不仅 解放劳动力，并且加工的产品质量更是传统机加工无法比拟的。数控加工具有诸 多特点： （1）效率高、精确度高； （2）加工过程难度降低； （3）零件加工工艺适 应性强； （4）数控加工具有一定的局限性1。正因具有某些优越的性能，数控加 工才越来越受到制造业的青睐，数控加工对于制造业的发展可谓是功不可没。 通过该课题的研究，可以了解数控加工技术的起源以及发展历程，对于数控 加工技术有整体的把握。纵观西方发达国家数控加工的发展史，对于寻求我国数 控加工的变革发展具有指导性的意义。回望过去，展眼未来。站在这历史的交接 点上， 通过此课题的研究， 以便对未来我国数控加工技术该何去何从做好良好的 定位。 通过零件数控加工的实际操作加工，从工艺规程设计到数控程序编制，再到 程序的调制，最后到零件的自动加工。这整个过程就是一次次的挑战。当接受这 2 些挑战，克服重重困难之后，方可发现此课题研究的重大作用。 零件的工艺分析、工艺路线的制定、程序编制等等这些过程都会增强个人分 析能力，更为重要的是磨练个人解决实际问题的能力，为在实际工作中接受更大 的挑战奠定扎实的基础。 将理论知识与实际生产进行一次有机的结合， 不仅可以将以往学习到的种种 知识运用到实际当中，在实践当中又可以检验知识的正确性。通过数控加工整个 过程的实践，可以有效的将数控加工的相关理论知识牢记于心，并且对于数控加 工的整个过程有了一定的了解。 2、研究现状、研究现状 数控加工技术最初诞生于美国，美国在数控加工领域可谓是世界的佼佼者。 除此之外，作为工业帝国的德国，在数控加工领域同样扮演着重要的角色，至从 发展自己的的数控技术开始，便始终坚持理论与实践相结合的理念。作为后起之 秀的日本，在这一领域也同样取得了令世人瞩目的骄人成绩。 首先回顾一下国外发达国家在数控加工技术的发展情况。 美国的显著特点是，政府重视机床工业的发展，国防部等部门不断提出数控 机床的发展方向以及下达科研任务，并且财政提供充足的科研经费，网络世界顶 尖的科研人才， 总体注重基础科学研究。 鉴此， 美国在数控技术上一直不断创新。 如 1952 年研制出世界第一台数控机床、1958 年研制出加工中心、70 年代初研制 成 FMS、1987 年首创开放式数控系统等2。德国政府将机床工业纳为国家战略 发展的重要地位，给予大力扶持。坚持“以人为本”的理念，师徒相传，不断提高 人员的技术水平。德国非常重视科学实验，理论与实践相结合，基础科研与应用 技术双管齐下。所以，德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实， 出口遍及世界，尤其是大型、重型、精密数控机床2。日本直接由政府出台相应 的法规引导发展，在科学研究方面学习德国的发展模式，在质量管理上则吸取美 国的先进理念。自 1958 年研制出第一台数控机床后，1978 年产量（7342 台）超 过美国（5688 台） ，至今产量、出口量一直居世界首位（2001 年产量 46604 台， 出口 27409 台，占 59%)2。 经历了五十多年的发展，国外数控技术达到了一种新的高度。日本山崎马扎 克公司开发出了可使用长镗杆切削工件的复合加工机床， 其主要特点是主轴最高 3 转速 1600r/min，快速移动 40m/min，刀库容量 40 把，换刀时间 1.8s。美国法道 VMC4020C 机床最高转速达到 7500r/min，1700kg 的承载能力，711mm 的垂直 行程。德玛吉公司生产的 CTX310ECO，无级调速可到 5000r/min，输出功率达 为 11kW，主轴上的直接测量系统与高端 CNC 控制器相结合，实现最高定位精 度3。在操作方面，都采用了西门子和发那科的高科技三维 CNC 数控系统，彩 色 LED 显示器，标准键盘和电子手轮。除此之外，还拥有整合了西门子数控系 统中的 ShopTurn 图形化编程软件和发那科数控系统中的 Manual Guide i 图形化 编程软件的操控软件。 相对于国外的数控加工技术而言，国内的研究存在一定的差距。 首先回望我国数控技术的发展历程。 我国数控技术起步于 20 世纪 50 年代末 期，经历了初期的封闭式开放阶段，“六五”、“七五”期间的消化吸收、引进技术 阶段，“八五”期间建立国产化体系阶段，“九五”期间产业化阶段，现已基本掌握 了数控技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控专业人才，初步形成 了自己的数控产业8。 作为数控技术的载体， 数控机床的发展大致分为两个阶段。 中国于 1958 年研制出第一台数控机床，1958 年-1979 年间为第一阶段，此期间 由于盲目性大， 缺乏实事求是的科学精神， 终因表现欠佳， 无法用于生产而停顿； 1979 年至今为第二阶段，在此期间先后从欧美等发达国家引进先进数控机床技 术，解决了可靠性和稳定性问题，数控机床才开始生产和使用，并且逐步向前发 展2。 经过半个世纪的不断摸索和发展， 现今我国数控加工技术已经取得了显著的 成绩。华中“世纪星”数控系统在功能和配置方面远优于国外普及型数控系统；广 州数控生产的 GSK983M 系统是中高档数控系统产品，该系统最多可实现 5 轴 4 联动，可实现高速高精闭环加工，最高移动速度达 24m/min,精度达 1um；由齐 齐哈尔二机床集团、 清华大学和哈尔滨电机厂有限公司“产学研用”密切合作开发 的 XNZD2415 大型龙门式五轴联动混连机床，是我国在并联机床研究方面的一 个突破；武汉重型机床厂研制的 CKX53160 型数控单柱移动立式铣车床，加工 直径 16m，加工高度 6.3m，工作台承重 550t 并可精确分度，要求工件一次装夹 完成车、铣、镗、钻、攻丝、磨削全部加工工序，制造难度大3。 虽然取得举世瞩目的骄人成果，但是不乏存在一些问题。由于我国机械加工 4 数控技术起步晚，抵挡技术不断膨胀，因此一直处于高档技术依赖进口的局面。 国内重点工程的关键设备中的数控加工技术主要靠进口， 从而导致我国数控加工 技术受制于人。数控加工领域的培训工作尚处于低级阶段，仅限于培养基本操作 人员，严重缺乏高级数控编程、应用、设计人才4。 纵观数控加工的发展历史，不难发现，不论是数控技术的诞生或是数控技术 的阶段性发展和革命性的突破，这些都是国外发达国家取得的。虽然我国一直从 事这方面的研究，在一定程度上取得了较好的成绩，但是由于起步较晚，技术创 新能力不足，所以在数控加工这一领域并不能达到世界先进的水平，与发达国家 的差距还是很大。 为了能够实现有朝一日能够赶上世界先进水平， 所以很有必要对此进行基础 性研究，结合实际零件的数控加工，方可真正的掌握数控加工技术冰山一角的知 识，明白数控加工工艺设计与编程的内容与步骤。为数控加工技术的创新，推动 数控加工技术向前发展奠定扎实的基础。 3、课题目标课题目标 零件数控加工，这是一个值得研究的课题。数控加工在不久的将来一定会成 为制造业的主流，这是时代发展的趋势，也是社会前进的必然选择。对此课题展 开实际的研究，利用数控机床对零件进行加工，可以掌握相关的理论知识以及实 际操作。通过此课题的实践研究可以实现以下种种目标。 （一）培养学生综合运用所学基础课、基础技术和专业课的知识，分析和解 决工程技术问题的工作能力，学会如何运用所学知识解决实际工程问题的方法。 （二）通过该课题的研究和实际运用， 巩固、 深化和扩大学生所学基本理论、 基本知识和基本技能，达到温故而知新的目的。 （三）使学生受到机械设计能力的综合训练。例如，调查研究、查阅文献和 收集资料的能力；理论分析的能力；制定设计或试验方案的能力；设计、计算和 绘图的能力； 实验、 研究能力； 设计软件及工程绘图软件的应用能力； 总结提高、 撰写论文和设计说明书的能力等。 （四）参与社会生产和学校科研和实验室建设工作，为现代化建设做贡献。 （五）培养学生创新和实践动手能力，树立良好的学术思想和工作作风。 （六）通过该毕业设计， 学生掌握复杂零件的数控加工工艺分析与数控加工 5 程序编制，对数控加工的整个过程有一个全局的掌控。 （七）学习如何分析、解决实际问题，接受实际的设计及工程训练，是本毕 业设计的主要目的。 4、课题内容课题内容 本课题题名为零件数控加工工艺设计与编程，显而易见，该课题主要内容就 是两大部分：零件的加工工艺设计和数控加工程序的编制。针对两大主题内容做 如下详细的介绍。 一、查阅相关文献，掌握零件的工艺分析方法，并对该零件进行工艺分析， 包括零件加工内容、零件结构工艺性、零件的轮廓几何要素、零件的技术要求以 及加工精度要求等等。 二、根据零件的轮廓特征以及表面的要求选择合适的加工方法。 包括零件表 面加工方法的确定、凹槽加工方法的选择以及通孔加工方法的综合评定等。 三、零件定位基准的分析选择，涵盖粗基准的选择以及精基准的选择。 四、进行零件加工阶段的划分，拟定合理的加工工艺路线，确定加工工序内 容，选择计算合适的切削用量。 五、根据零件各特征的加工方法，选择理想的加工刀具。 六、根据加工工艺路线对零件进行数控加工刀具路径规划， 选择最佳的对刀 点、下刀点以及抬刀点。 七、对零件图进行数学处理，运用所学的数学知识计算出所有基点坐标值， 编制数控加工程序代码。 八、结合实际数控机床， 完成数控程序的调试以及修改， 保证程序准确无误， 最终利用该程序完成零件的数控加工。 九、撰写毕业设计说明书以及毕业论文。 5、课题基础条件课题基础条件 该课题最终的目标是利用数控机床加工出符合图纸要求的合格零件， 因此必 须具备一定的课题研究条件。只有具备了课题研究的相关条件，方可满足该课题 研究的需求，其次才能保证课题顺利的进行，最终才能完成该课题的全部工作。 首先介绍该课题研究的有关条件。 针对零件加工工艺设计这一环节无需怎样的基础条件，只要查阅相关文献， 6 掌握工艺设计的方法，然后按照所学的方法一步一步进行设计即可。数控程序的 编制具有一定的挑战性。数控程序的编写可分为手工编程以及自动编程，手工编 程工作量大，任务繁琐，编制程序容易出错，然而自动编程则克服了手工编程的 诸多缺点，编程快速便捷，大大降低了劳动强度，程序精度高，但是必须具备相 应的编程软件作支持，同时也要具备能够识别自动编程程序的高档数控设备，由 于这些条件无法满足， 所以本课题中零件数控程序编制只能按照手工编程的方法 进行编写。 采取手工编程的方法， 就必须利用数学知识计算出所有的基点坐标值， 特别是圆弧基点坐标值的计算容易出现误差， 可以通过三维软件建立相应的零件 模型，然后利用测量工具测出相应的坐标值，然后再计算出基点坐标值。 其次该课题最为关键的条件设施就是数控加工设备。 实验室中有一台数控雕 刻机，主要技术参数如下：重复定位精度0.02mm，刀柄最大直径8mm，主轴 最高转速 24000r/min。该数控机床完全可以满足该课题零件加工的要求，但是由 于该数控机床对刀方式的特殊性，所以导致最终的零件只能加工在一块板材上。 除此之外， 零件加工完成之后还要进行测量， 检验是否达到图纸精度要求。 所以， 必须具备各种检测设备，例如卡尺、千分尺等。这些检测工具都是实验室可以满 足的。总之，该课题所需的基础条件还是能够满足，可以进行课题的相关研究工 作。 最后，要想进行该课题研究，完成课题的相关工作，就必须具备一定的基础 知识条件。数控程序的编写是该课题的重要内容，数控程序直接关系到零件的加 工质量。不过，由于之前参加过相关知识的学习，数控实验的实际操作以及相关 课程设计的综合训练，已经具备满足该零件数控程序编制的相关基础知识。 7 6、进度安排进度安排 序序 号号设计（论文）各阶段名称设计（论文）各阶段名称日日期期备备注注 1 1背景知识调研，明确毕业设计任务 2015 年 12 月 15 日 2015 年 12 月 22 日 1 周 2 2 完成外文翻译，开题报告及文献综述 2015 年 12 月 23 日 2016 年 1 月 6 日 2 周 3 3 完成零件加工工艺分析、装夹方案、刀 具选择，刀具路径的拟定 2016 年 1 月 7 日 2016 年 1 月 28 日 3 周 4 4 完成工艺参数的选择和工艺路线的制定 2016 年 1 月 29 日 2016 年 2 月 19 日 3 周 5 5 完成数控程序的编写、调试及验证 2016 年 2 月 20 日 2016 年 3 月 19 日 4 周 6 6 完成零件的加工 2016 年 3 月 20 日 2016 年 4 月 10 日 3 周 7 7 完成设计资料的整理，撰写毕业论文 2016 年 4 月 11 日 2016 年 5 月 9 日 4 周 7、参考文献参考文献 1 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