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设计说明书-18618字-36页.doc

支承套零件的加工工艺及夹具设计-支撑套【4张CAD图纸+毕业论文】【答辩通过】

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关键词：: 支承零件加工工艺夹具设计全套 cad 图纸毕业论文答辩通过

资源描述：

支承套零件加工工艺编程及夹具设计

摘要

高效率、高精度加工是数控机床加工最主要特点之一。利用数控机床加工，其产品加工的质量一致性好，加工精度和效率均比普通机床高出很多，尤其在轮廓不规则、复杂的曲线或曲面、多工艺复合化加工和高精度要求的产品加工时，其优点是传统机床所无法比拟的。

本课题对异性体、复杂的曲线、多工艺复合化加工进行探索，设计出三种切实可行的工艺流程及工艺装备。本文通过分析支承套的结构特点和加工要求，制定了一套较合理的夹具设计，从而为保证该零件的加工精度将提供一种经济实用的工艺装备，具有一定的实用价值。通过对各种定位夹紧装置的分析比较，选择并组合了一套既能够满足加工要求的，又比较简洁的装置，并对各工步进行数控编程。

关键词：数控加工工艺流程工艺装备夹具设计

Abstract

High efficiency, high-precision machining is one of the dominant characteristic of CNC machining. Using CNC machining, the quality of their product processing consistency, accuracy and efficiency of processing much higher than general machine tools, especially in the outline of irregular, complex curves or surfaces, multi-technology composite processing and high-precision processing requirements When the advantage of the traditional tools can not match.

The subject of the anisotropic body, a complex curve, multi-composite processing technology to explore the design process, three kinds of practical and technical equipment. This paper analyzes the structural characteristics and supporting sets of processing requirements, developed a more reasonable fixture design, so as to ensure the machining accuracy will provide an economical and practical technique and equipment, have some practical value. Through a variety of positioning analysis and comparison of clamping device, a combination of both selected and processed to meet the requirements, and relatively simple device, and each step for NC programming.

Keywords: CNC machining process process equipment fixture design

1 引言5

2 数控加工技术概述5

2.1 数控加工技术的发展5

2.2 数控加工工艺的特点6

2.3 数控机床与普通机床相比具有的优越性7

3 夹具设计过程8

3.1 设计夹具的目的8

3.2 夹具的分类9

3.3 专用夹具的组成10

3.4 典型的定位元件11

3.5 夹具中的夹紧机构13

3.6 夹具的发展趋势14

4 机械加工工艺规程的制订16

4.1 机械加工工艺规程的作用16

4.2 机械加工工艺规程的制定程序16

4.3 毛坯的选择16

4.4 定位基准的选择18

4.5 零件表面加工方法的选择19

4.6 加工顺序的安排20

4.7 本零件工艺流程及夹具设计21

4.7.1 零件加工工艺分析21

4.7.2 毛坯的选择22

4.7.3 数控加工工艺分析及工序设计24

5 夹具设计27

结论30

致谢31

参考文献32

附录33

1 引言

随着科技的进步，机械制造业也正日新月异地变化着，对机械产品的要求也日趋严格，特别是在加工精度方面。为了保证产品的精度要求，必须协调产品加工中的每一个方面，因为任一方面的误差累积起来，将对产品的精度产生间接的影响。制造业中尤其是机械制造业，在产品生产过程中按照特定工艺，不论其生产规模如何，都需要种类繁多的工艺装备，而制造业产品的质量、生产率、成本无不与工艺装备有关。随着不规则形状零件在现代制造业中的广泛应用，如何保证这类零件的加工精度就显得尤为重要。

高效率、高精度加工是数控机床加工最主要特点之一。数控加工取代传统加工占据生产制造的主导地位已成为一种趋势，但由于历史的原因，传统的加工设备与先进的数控机床并存，是目前乃至今后很长一段时期内大多数制造企业的设备现状。如何从工艺的角度根据各企业的设备现状、产品生产规模、零件结构形式与加工精度要求等方面来合理地进行产品工艺方案设计，充分发挥企业现有数控设备与传统设备的加工效率，使企业设备资源与人力资源得到充分利用，需要从多个方面来探讨。其中数控编程系统正向集成化，网络化和智能化方向发展。

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1-支承套零件图-A3.gif

2-夹具装配图-A3.gif

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内容简介：: 1 毕业设计说明书级类专业课题：支承套零件的专用夹具姓名：指导老师： 2007年 04 月 05日 nts2 毕业设计任务书课题：支承套零件的专用夹具图面工作量：工件零件图 A4 4 张总图部分：铣夹具装配图 A1 1 张夹具零件部分：铣夹具夹具体零件图 A3 1 张原始资料：支承套零件样一张设计、计算说明书 5000 字以上 nts3 摘要本文首先介绍了夹具的研究背景和发展趋势、课题的作用和意义、夹具的组成以及铣床夹具的结构特点，通过对参考文献进详细的分析，阐述了定位方案的选择、夹紧方案的确定、夹具体与定位键、夹具总图上的尺寸、公差和技术要求以及加工精度分析。关键词定位，夹紧，铣夹具 nts4 目录 1 课题介绍 . 4 1.1 课题背景及发展趋势 . 5 1.2 课题的作用与意义 . 7 1.3 夹具的组成 . 9 1.4 铣床夹具的结构特点 . 11 1.5 课题的任务 . 11 2 铣床夹具设计 . 14 2.1 定位方案 . 14 2.2 夹紧方案 . 15 2.3 夹具体与定位键 . 15 2.4 夹具总图上的尺寸、公差和技术要求 . 16 2.5 加工精度分析 . 16 3 小结 . 22 参考文献 . 23 课题介绍在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以便接受施工，检测的装置都可统称为“夹具”。广义地说，夹具是一种保证产品质量并便利和加速工艺过程的一种工艺装备。夹具以其数量和在生产中的地位来说，“机床夹具”最重要。机床夹具为机床nts5 的一种辅助设备，用它来准确地确定工件与刀具的相对位置，即将工件定位及夹紧，以完成加工所需要的相对运动。所以机床夹具是用以使工件定位和夹紧的附加装置。机床夹具设计的基本要求有保证工件的加工精度，提高生产率，工艺性好，使用性好，经济性好。 1.1 课题背景及发展趋势夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备在机械制造业中，为了适应新品种不断发展的要求，夹具设计有朝着下列方向发展的趋势： 1. 发展通用夹具新品种通用夹具是使用最广泛的一种夹具，发展通用夹具以代替某些专用夹具。内容包括以下： 1）发展高精度通用夹具 2）广泛采用高效率通用夹具 3）发展适用于各种类型零件工艺特征的专用夹具 2. 发展调整式夹具 nts6 调整式夹具经过部分零件的更换和重新调整组合，即可适应不同工件的加工。适用程度介于通用和专用之间。主要有两种类型： 1）通用可调式夹具 2）调整式夹具 3. 推广和发展组合夹具及拼拆夹具 1）组合夹具组合夹具式有一套预先制好的各种不同形状、不同规格尺寸、具有互换性和耐磨性的标准元件与合件所组成。 2）拼拆夹具与组合夹具有相同之处，有一系列可多次利用的标准零件与基础零件，但又采用了部分具有一定专用性的部件，其夹紧部件多采用液压传动装置。 4. 加强专用夹具的标准化和规格化加强夹具元件的标准化和规格化，不但能加速生产准备周期，而且也可使夹具的生产由单件转为成批，降低夹具制造成本。因此，可节省劳动力，缩短生产准备周期。 5. 专用夹具中采用高精度、高效率的夹具主要满足高生产率的加工要求，使之有可能采用采用平行或平行先后的加工方法，采用多件的加工方法，以及尽可能缩短或重合辅助时间的方法来压缩单件工时，提高生产率。 6. 大力推广和使用机械化及自动化夹具生产机械化及自动化是技术革命的中心内容，大力推广和使用机nts7 械化及自动化夹具以减少和消除繁重的体力劳动是机械制造中的重要问题。 7. 推广和发展扩大机床性能的夹具具体的有仿形装置、机床改装用的各类夹具 8. 采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具实践证明，采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具，能满足机械加工中的定位要求，并简化制造工艺，缩短了生产周期，并能保证零件的加工精度。 1.2 课题的作用与意义由于专用夹具可以按照工件加工的具体要求进行设计，故可事先采取措施来保证操作的安全。对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对刀具（或机床）有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动，为此，进行机械加工之前，先将工件装夹好。工件的装夹方法有两种：一种使工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种使工件装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法不需专门装备，但效率低，一般用于单件或者小批生产。批量较大时，大都采用夹具装夹工件。用夹具装夹工件有以下优点： nts8 1.2.1 保证加工精度，降低人工等级零件的加工精度，包括尺寸精度，几何形状精度和表面相互位置精度三种。实用夹具的最大功用，是保证零件上加工表面的位置精度。例如，在摇臂钻床上使用钻夹具加工孔系时，可保证达到 0.100.20mm 的中心距精度，而按划线找正加工时，仅能保证 0.4 1.0mm，而且受到操作技术的影响，同批零件的质量也不稳定。当工件的形状复杂及精度要求高时，往往不易或不能依靠通用机床及其附件来达到加工要求，因此需要采用专用夹具 1.2.2 提高劳动生产率和降低加工成本使用夹具后，免除了每件都要找正、对刀等时间，加速工件的装卸，从而大大减少了有关工件安装的辅助时间。特别对那些机动时间较短而辅助时间长的中小件加工意义更大。此外，用夹具安装还容易实现多件加工、多工位加工、可进一步缩短辅助时间，提高劳动生产率。 1.2.3 扩大机床工艺范围工件的结构形状时各式各样的，现在对精度和生产率的要求也越来越高，在某些情况下，原有机床难以适应。为解决这一困难，往往采用专用夹具以扩大机床的适用范围，实现“一机多用”。例如在机床上使用镗夹具，就可以代替镗床来做镗孔工作，解决缺乏设备的困难 nts9 1.2.4 改变原机床的用途，扩大机床适用范围在产品更换时，工厂现有的机床设备，有时往往不能适应新产品的要求。为此，可以采用夹具来改变机床的用途 1.2.5 减轻操作的劳动强度，做到安全生产由于夹具中可以采用扩力机构来减小操作的原始力，而且有时还可以采用各种机动夹紧装置，故可使操作省力，减轻劳动强度。由于专用夹具可以按照工件加工的具体要求进行设计，故可事先采取措施来保证操作的安全。 1.3 夹具的组成根据夹具元件在结构中所起的作用不同，可将各种夹具元件分为下列几种： nts10 1.3.1 分度装置用于改变工件与刀具相对位置以获得多个工位的一种装置，可作为某些夹具的一部分。 1.3.2 夹具本体用来连接夹具上的所有各种元件和装置成为一个夹具整体。 1.3.3 靠模装置它是作为用来加工型面的一种特殊装置。 1.3.4 动力装置在非手动夹具中，作为产生动力的部分，如气缸，油缸，电磁装置等。 1.3.5 其他件包括与机床连接用的零件，各种连接件，特殊元件及其它辅助装置等。 1.3.6 分度装置用于改变工件与刀具相对位置以获得多个工位的一种装置，可作为某些夹具的一部分。 1.3.7 夹具本体用来连接夹具上的所有各种元件和装置成为一个夹具整体。 1.3.8 靠模装置它是作为用来加工型面的一种特殊装置。 1.3.9 动力装置在非手动夹具中，作为产生动力的部分，如气缸，油缸，电磁装置等。但是并非所有夹具都包括上述各类元件，然而其中定位元件，夹紧装置和夹具体本体则是每一夹具都不可缺少的组成部分。 nts11 1.4 铣床夹具的结构特点铣床夹具主要用于加工零件上的平面、凹槽、花键及各种成型面。铣削加工的切削用量和切削力一般较大，切削力的大小和方向也是变化的，而且又是断续切削，因而，加工时的冲击和振动也较严重。所以设计这类夹具时，要特别注意工件定位稳定性和夹紧可靠性；夹紧装置要能产生足够的夹紧力，手动夹紧时要有良好的自锁性能，夹具上个组成元件的强度和刚度要高。为此，要求铣床夹具得结构比较粗壮低矮，以降低夹具重心，增加刚度、强度，铣削得切屑较多，夹具上应有足够得排屑空间，以尽量避免切屑堆积在定位支承面上。因此，定位支承面应高出周围的平面，而且在夹具体内尽可能做出便于清除切屑和排出冷却液的出口。粗铣时振动较大，不宜采用偏心夹紧，因为振动时偏心夹紧容易松开。在侧面夹紧工作（如加工薄而大的平面）时，压板的着力点应低于工件侧面的定位支承点，并使夹紧力有一垂直分力，将工件压向主要定位支承面，以避免工件向上抬起；对于毛坯件，压板与工件接触处应开有尖齿纹，以增大摩擦系数。 1.5 课题的任务课题来源：支承套零件的专用夹具图 1-1 示为支承套零件图，工件的材料为 45 钢，大批量生产。简介： nts12 在支承套长度方向，选择左端面为定位基准，以保证 17mm孔深尺寸 11 +00。 5，设计一专用夹具。图 1-1 支承套零件 1 6 设计工艺 1 6 1 选择加工方法由于毛呸为棒料，因此所有孔都是在实体上加工，为防止钻偏，需先用中心孔钻钻孔正孔，然后再钻孔。孔 35H7 及 2X15H7选择铰削作其最终加工方法。对 60 的孔，根据孔径精度，孔深尺寸和孔底平面要求，用铣削方法同时完成孔壁和孔底平面的加工。各加工表面选择的加工方案如下： 2X15H7 孔钻中心孔钻孔扩孔铰孔 35H7 孔钻中心孔钻孔粗镗半精镗铰孔 60 孔粗铣精铣 2X11 孔钻中心孔钻孔 nts13 2X17 孔忽孔（在 11 底孔上） 2XM6 6H 螺孔钻中心孔钻底孔孔端倒角攻螺纹 1 6 2 确定加工顺序为减少变换工位的辅助时间和工作台分度误差的影响，各个工位上的加工表面在工作台一次分度下按先粗后精的原则加工完毕。具体的加工顺序是：第一工位（ B0 度）：钻 35H7、 2X11 中心孔钻35H7 孔钻 2X11 孔忽 2X17 孔粗镗 35H7 孔粗铣、精铣 60X12 孔半精镗 35H7 孔钻 2XM6 6H 螺纹中心孔钻2XM6 6H 螺纹底孔 2XM6 6H 螺纹孔端角攻 2M6 6H 螺纹铰 35H7 孔；第 2 工位（ B90 度）：钻 2X15H7 中心孔钻 2X15H7孔扩 2X15H7 孔铰 2X15H7 孔。 nts14 2 铣床夹具设计 2.1 定位方案首先按照基准重合原则考虑选择定位基准。由于 35H7 孔、 60孔、 2X11 孔及 2X17 孔的设计基准均为 100f9 外圆中心线，所以选择 100f9外圆中心线为主要定位基准。因孔 100f9外圆不是整圆。故用 V 形块做定位元件。支承套长度方向的定位基准，若选右端面定位，对 17 孔深 11 5.00 不重合误差，精度不能保证（因工序尺寸 80 5.00的公差为 0.5mm），故选左端面定位。在装夹时应使工件上平面在夹具中保持垂直，以消除转动自由度。方案：工件以 98.100 f 外圆在在压板的作用力下以 V型块为定位基准，端面加二个压盖以支承套的左端面定位，如图 2-1 所示。图 2-1 定位方案 nts15 2.2 夹紧方案根据夹紧力的方向应朝向主要限位面和作用点应落在定位元件的支承范围内的原则，如夹紧力的作用线应落在区域内（ N为接触点的法线），夹紧力与垂直方向的夹角应尽量小，以保证夹紧稳定可靠。铰链压板的两个弧形面的曲率半径应大于工件的最大半径。 2.3 夹具体与定位键为保证夹具在工作台上安装稳定，应按照夹具体的高宽比不大于1.25 的原则确定其宽度，并在两端设置耳座，以便固定。如图 2.2 夹具体如图 2.2 夹具体为了保证侧面的二个圆孔平行度的要求，夹具体压板应具有可调节性，压板面应当与 V 形块的侧面平行。为减少夹具的安装误差，宜采用有可调节螺母。 nts16 2.4 夹具总图上的尺寸、公差和技术要求 1. 夹具最大轮廓尺寸为 181mm ,225mm ,150mm。 2. 影响工件定位精度的尺寸和公差为压板是否与 V 型块侧面平行，用可调节螺母来控制其精度。 3. 影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差为定位键与铣床工作台U 形槽的配合尺寸 18 h 8（ T 形槽为 18H8）。 2.5 加工精度分析在支承套零件工序中，侧面对二个 715H 轴线的平行度要求较高，应进行精度分析，其它加工要求未注公差或公差不是在本夹具中进行精度分析。键槽侧面对 715H 轴线的平行度的加工误差 1.定位误差 D 由于 V 形块 2.一般在装配后一起精加工 V 形面，它们的相互位置误差极小，可视为一长 V 形块，所以 D =0。 nts17 2.安装误差 A 定位键的位置所示 038.0)282400054.0(A mmmm。 3.夹具误差 z 影响平行度的制造误差是 I 工位 V 形块设计心轴轴线与定位键侧面 B 的平行度（ 0.03 mm）所以， z=0.03 mm。 nts18 表 5 2 顶尖套铣双槽夹具的加工误差加加工要求代号平行度 0.05mm D A Z 0 0.038 0.03 nts19 2 钻削力计算：所加工的支承套零件的材料为 HT200，并采用硬质合金刀具 .根据 T200 钻削连线表上查得钻削的深度 ap和进给量 f 连线，确定Fc和 Ft。其中， Fc主切削力， Ft垂直于 Fc的， Ff和 Fp的合力。 1/切削深度 ap的确定：由表 3.3 可知，钻孔时， ap=0.50.8，根据表 3.3 说明，切削深度，当工件的加工直径较大及需转位或两次安装时，则取较大值，加工直径较小及要求较高的加工精度和表面光洁度是，则取较小值，所以，由于夹具所要加工的工件的直径较小且是在一次装夹中完成的，取较小值 ap=0.5 表 3.3 钻削深度表工序名称切削深度（直径上） mm 钻孔粗加工精加工 . . 铰孔粗加工 . . 精加工 . . （ 1）进给量 f 的确定：根据精镗、硬质合金刀具及 45 材料的工件，查表 3.4，可得进给量 f=0.060.10，取 f=0.08mm/r。 nts20 表 3.4 钻孔时的进给量 f 工序名称刀具名称材料进给量 fmm/r 钻孔硬质合金铸铁 D1级 =0.08,D级： 0.120.15 钢 0.120.15 铝合金 0.060.10 连接切削深度 ap和进给量 f 连线，交 Fc和 Ft的直线，交点值为Fc=7.5kgf, Ft= 1.6kgf。根据工件材料、刀具材料和几何参数的不同，对 Fc和 Ft分别乘以修正系数 KFc和 KFt3。其中， KFc= KFc1* KFc2* KFc3 ; KFt = KFt1* KFt2 因为工件是 45 材料，其硬度为 50150HB，所以为了保证加工的安全性，取最大值 150HB。 nts21 表 3.5 修正系数与工件材料的关系工件材料硬度 HB 140 160 KFc1 0.78 0.84 刀具主偏角 kr 30 KFc2 1.05 刀尖圆弧半径 re 1 1.5 KFc3 0.95 表 3.6 修正系数与工件材料的关系工件材料硬度 HB 140 160 KFt1 0.61 0.67 刀具主偏角 Kr 30 KFt2 0.63 查表 3.5、表 3.6 知： KFc1=0.84 KFc2=1.05 KFc3=0.95 KFt1=0.67 KFt2=0.63 所以，最终 KFc= KFc1* KFc2* KFc3=0.84 1.05 0.95=0.8379 KFt = KFt1* KFt2=0.67 0.63=0.4221 Fc0 = KFc Fc=0.8379 7.5=6.28425 kN nts22 Ft0= KFt Ft=0.4221 1.6=0.67536 kN 即，最终的切削力为轴向 6.28425 kN，径向 0.67536 kN。夹紧力与钻削力的比较：由计算得知，夹紧力大于钻削力，所以所设计的夹具所使用的螺旋夹紧机构的拧紧螺丝是适用的，达到了夹紧的作用，使工件在加工时不会移位，保证了加工的精度。小结通过做这次小设计，更深刻地了解了夹具方面的知识。而所设计的铣床夹具，在够满足精度要求下，由于一次走刀过程能有两个工步，大大提高了效率。另外，工件的夹紧采用液压弹簧装置，装夹稳定拆卸迅速。不过感觉还有不尽理想的地方，比如工件从第一工位到第二工位时要换向翻转。而且工位二的安装要考虑到定位销与键槽的正确定位，这个过程相对效率不高。从总的看，本铣床夹具能够满足要求，达到了设计要求 nts23 参考文献 1 徐憬 .机械设计手册 .机械工业出版社， 2000.6 2 张普礼 .机械加工工艺装备 .东南大学出版社， 2002.3 3 刘守勇等 .机械制造工艺与机床夹具 .机械工业出版社， 1994.7 4 徐发仁 .机床夹具设计 .重庆大学出版社， 1996.7 5 白成轩 .机床夹具设计新原理 .机械工业出版社， 1997.7 6 韦彦成 .金属切削机床构造与设计 .国防工业出版社， 1991 7 柯明扬 .机械制造工艺学 .北京航天航空大学出版社， 1995 8 武良臣 .敏捷夹具设计理论及应用煤炭工业出版社， 2003 9融亦鸣 .计算机辅助夹具设计机械出版社， 2002 nts翻译金陵科技学院毕业论文附录 1 外文译文数控技术和装备发展趋势及对策机械论文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。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。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在 “ 高精尖 ” 数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域： (1)机械制造技术； (2)信息处理、加工、传输技术； (3)自动控制技术； (4)伺服驱动技术； (5)传感器技术； (6)软件技术等。 1 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 1 4。 1 1 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，nts翻译金陵科技学院毕业论文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。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 3 5m ，提高到 1 1.5m ，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。 1.2 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。 nts翻译金陵科技学院毕业论文在 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。 1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势。 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(未来的工作站 / 机器控制 )、欧共体的 OSACA、日本的 OSEC，中国的 ONC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 “IT plaza” （信息技术广场，简称 IT广场 )；德国西门子 (Siemens)公司展出的开放制造环境，简称 OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 1.4 重视新技术标准、规范的建立 1.4.1 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。 nts翻译金陵科技学院毕业论文 1.4.2 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（ STEP NC)，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(1999.1.1 2001.12.31)。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数控系统的原型样机上进行了验证。 2 对我国数控技术及其产业发展的基本估计我国数控技术起步于 1958 年，近 50 年的发展历程大致可分为 3 个阶段：第一阶段从 1958 年到 1979 年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的 “ 六五 ” 、 “ 七五 ” 期间以及 “ 八五 ” 的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的 “ 八五 ” 的后期和 “ 九五 ” 期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在 “ 九五 ” 末期，国产数控机床的国内市场占有率达 50，配国产数控系统（普及型）也达到了 10。纵观我国数控技术近 50 年的发展历程，特别是经过 4 个 5 年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩。 1.奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术nts翻译金陵科技学院毕业论文已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。 2.初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。 3.建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下。 1.技术水平上，与国外先进水平大约落后 10 15 年，在高精尖技术方面则更大。 2.产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。 3.可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。分析存在上述差距的主要原因有以下几个方面。 1.认识方面。对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够。 2.体系方面。从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。 3.机制方面。不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。 4.技术方面。企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。 3 对我国数控技术和产业化发展的战略思考 nts翻译金陵科技学院毕业论文 3.1 战略考虑我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步 “ 空芯 ” 。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际 “ 加工中心 ” 和 “ 组装中心 ” ，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定；其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制， “ 东芝事件 ” 和 “ 考克斯报告 ” 就是最好的例证。 3.2 发展策略从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导 21 世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品；当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以 “ 做得出、用得上、卖得掉 ” 为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。参考文献： 1 中国机床工具工业协会行业发展部 .CIMT2001 巡礼 J .世界制造技术与装备市场， 2001(3)： 18-20. 2 梁训王宣 ,周延佑 .机床技术发展的新动向 J .世界制造技术与装备市场，2001(3)： 21-28. nts翻译金陵科技学院毕业论文 3 中国机床工具工业协会数控系统分会 .CIMT2001 巡礼 J .世界制造技术与装备市场， 2001(5)： 13-17. 4 杨学桐，李冬茹，何文立，等 ?距世纪数控机床技术发展战略研究 M .北京：国家机械工业局， 2000 附录 2 外文原文 Numerical control technology and equipment trend of development and countermeasure For mechanical paper The equipment industry technical level and the modernized degree were deciding the entire national economy level and the modernized degree, the numerical control technology and the equipment are the development emerging high technology and new technology industry and the state-of-art industry (for example defense industry industries and so on information technology and industry, biological technology and industry, aviation, astronautics) enables the technology and the most basic equipment. Marx had said “each kind of economical time difference, does not lie in produces any, but how lies in produces, with any means of labor production”. The technique of manufacture and the equipment is the humanity produces active the most basic producer goods, but the numerical control technology also is advanced now the technique of manufacture and the equipment most core technology. Now the various countries manufacturing industry widely uses the numerical control technology, sharpens the manufacturing capacity and the level, enhances to the dynamic changeable market adaptiveness and competitive ability. In addition in the world various industries developed country also lists as the national strategic resources the numerical control technology and the numerical control equipment, not only takes the significant measure to develop own numerical control technology and the industry, moreover implements the blockade and the limit policy in “precise and advanced” the numerical control key technologies and the equipment aspect to our country. In brief, develops vigorously take the numerical control technology has become the world each developed country acceleration economy development as the core advanced technique of manufacture, enhances the comprehensive national strength and the national status important way. nts翻译金陵科技学院毕业论文 The numerical control technology is carries on the control with the numerical information to the mechanical movement and the work process the technology, the numerical control equipment is take the numerical control technology as representatives new technology the integration of machinery product which forms to the traditional manufacture industry and the emerging manufacturing industry seepage, namely so-called digitized equipment, its technical scope cover very many domains: (1) machine manufacture technology; (2) information processing, processing, transmission technology; (3) automatic control technology; (4) servo actuates the technology; (5) sensor technology; (6) software technology and so on. 1 numerical control technology trend of development Not only the numerical control technology application has brought the revolutionary change for the traditional manufacturing industry, causes the manufacturing industry to become the industrialization the symbol, moreover along with numerical control technology unceasing development and application domain expansion, he to national economy and the peoples livelihood some important professions (IT, automobile, light industry, medical service and so on) development more and more vital role, because these professions must equip the digitization already was the modern development major tendency. The numerical control technology and the equipment development tendency looked from the present world that, its main research hot spot has following several aspect 14. 1.1 high speed, high precision work technology and equipment new tendency The efficiency, the quality are the advanced technique of manufacture main bodies. High speed, the high precision work technology may enhance the efficiency enormously, enhances the product the quality and the scale, reduces the production cycle and sharpens the market competition ability. Lists as one of 5 great modern techniques of manufacture for this Japan Tip Technology Research board it, the international production project learns (CIRP) its determination is one of 21st century central research directions. In the passenger vehicle industry domain, yearly produces 300,000 production metres was 40/s， moreover the multi-variety processing is one of key questions which the passenger vehicle equipment must solve; In the aviation and the astronavigation industry domain, its processing spare part many for the thin wall and the thin muscle, the rigidity is very bad, material for aluminum or aluminum alloy, only then in the high cutting speed and the cutting force very small situation, can to these muscles, the wall carry on the processing. Recently uses the large-scale overall aluminum alloy semifinished materials “pull out spatially” the method to make the wing, the fuselage and so on the large-scale components substitutes many components through the multitudinous rivets, the bolt and other joint way assembling, causes the component the intensity, the rigidity and the reliability obtains the enhancement. These all to processed the equipment to propose high speed, Gao Jing and the high flexible request. Unfolds from EMO2001 meets the situation to look that, processes the center feed rate to be possible high speed to reach 80m/min, even higher, the aerial transport stroke speed may reach 100m/About min. At present in the world many automotive factories, including our countrys Shanghai General Motors, already used by the high speed processing center composition production line part substitution aggregate machine-tool. American CINCINNATI Corporations HyperMach engine bed feed rate reaches 60m/most greatlymin, fast is 100m/min, the acceleration reaches 2g, the main axle rotational speed has reached 60 000r/min. Processes a thin wall airplane part, only uses 30min, but the same components need nts翻译金陵科技学院毕业论文 3h in the common high speed milling machine processing, needs 8h in the plain milling machine processing; The German DMG Corporations double main axle lathe main axle speed and the acceleration respectively reach 12*! 000r/mm 和 1g。 In the processing precision aspect, in the recent 10 years, the ordinary level numerical control engine bed processing precision from 10m enhanced 5m, the fine level of secrecy processing center from 35 m, enhances to 11.5 m, and the ultra precise processing precision started to enter a nanometer level (0.01m). In the reliable aspect, the overseas numerical control installment value has reached above 6 000h, the servosystem value achieved above 30000h, displays the extremely high reliability. In order to realize, the high precision work high speed, with it necessary function part like electricity main axle, the straight line electrical machinery obtained the fast development, the application domain further expanded. 1.2 5 axis linkage processing and compound processing engine bed fast development Uses 5 axis linkages to the three dimensional curved surface components processing, the available cutting tool best geometry shape carries on the cutting, not only the smooth finish is high, moreover the efficiency also large scale enhances. Believed generally that, 1 5 axis linkage engine bed efficiency may be equal to 2 3 axis linkage engine bed, specially uses when the cubic boron nitride and so on the ultra hard material milling cutter carries on the high speed milling hardened steel components, 5 axis linkage processing may compared to 3 axis linkage processing display a higher benefit. Because but past 5 axis linkage numerical control system, main engine structure complex and so on reasons, its price must outdo the several fold compared to 3 axis linkage numerical control engine bed, added the programming technology difficulty to be big, has restricted 5 axis linkage engine bed development. Current as a result of electricity main axle appearance, causes to realize 5 axis linkage processing compound host axle neck structure is greatly the simplification, its manufacture difficulty and the cost reduce large scale, numerical control system price disparity reduction. Therefore promoted the compound host axle neck type 5 axis linkage engine bed and the compound processing engine bed (including 5 processing engine beds) development. Unfolds at the meeting in EMO2001, the new Japanese labor machine 5 processing engine beds use the compound host axle neck, may realize 4 vertical plane processings and the random angle processing, causes 5 processings and 5 axis processings may realize on the identical Taiwan engine bed, but also may realize the inclined plane and the back taper hole processing. German DMG Corporation displays the DMUVoution series processing center, may clamp the next 5 processings and 5 axis linkage processing in an attire, may by the CNC systems or CAD/CAM which are controled deract or inderact. 1.3 intellectualizations, open style, the network becomes the contemporary numerical control system development the main tendency The 21st century numerical control equipments will be has certain intellectualized system, the intellectualized content including in numerical control system each aspect: In order to pursue the processing efficiency and the processing quality aspect intellectualization, like processing process adaptive control, craft parameter automatic production; In order to enhance the actuation performance and the use connection convenient intellectualization, like nts翻译金陵科技学院毕业论文 feed-forward control, electrical machinery parameter auto-adapted operation, automatic diagnosis load automatic designation model, self regulating grade; Simplification programming, simplification operation aspect intellectualization, like intellectualized automatic programming, intellectualized man-machine contact surface and so on; Also has the intelligence to diagnose, the intelligent monitoring aspect content, the convenience system diagnosis and the service and s

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