支承套零件的加工工艺及夹具设计-支撑套加工2-11沉头孔【含CAD图纸、说明书】【GJ系列】
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含CAD图纸、说明书
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1毕毕业业设设计计说说明明书书 级 类 专业课 题： 支承套零件的支承套零件的专专用用夹夹具具 姓 名： 指导老师： 2007 年 04 月 05 日2毕毕业业设设计计任任务务书书课题：支承套零件的支承套零件的专专用用夹夹具具图面工作量 ： 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3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4目目 录录1课题介绍.11.1课题背景及发展趋势.11.2课题的作用与意义.21.3夹具的组成.31.4铣床夹具的结构特点.41.5课题的任务.52铣床夹具设计.62.1定位方案.62.2夹紧方案.72.3夹具体与定位键.72.4夹具总图上的尺寸、公差和技术要求.82.5加工精度分析.93小结.12参考文献.13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5床的一种辅助设备，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62. 发展调整式夹具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7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：81.2.1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0.41.0mm，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91.2.4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：101.3.1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。111.4 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：12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16 设计工艺161 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13 2X17 孔 忽孔（在 11 底孔上） 2XM66H 螺孔 钻中心孔钻底孔孔端倒角攻螺纹162 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 2XM66H 螺纹中心孔钻 2XM66H 螺纹底孔2XM66H 螺纹孔端角攻 2M66H 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。142 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不重合误差，精度不能保证（因5 . 00工序尺寸 80的公差为 0.5mm） ，故选左端面定位。在装夹时应使5 . 00工件上平面在夹具中保持垂直，以消除转动自由度。方案：工件以外圆在在压板的作用力下以 V 型块为定位基98 .100f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152.2 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。162.4 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 18h 8（T 形槽为 18H8） 。2.5 加工精度分析在支承套零件工序中，侧面对二个轴线的平行度要求较715H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。键槽侧面对轴线的平行度的加工误差715H1.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。172.安装误差A 定位键的位置所示mm。038. 0)282400054. 0(Amm3.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。18表 52 顶尖套铣双槽夹具的加工误差加加工要求代 号平行度 0.05mmDAZ00.0380.03192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粗加工钻孔精加工.粗加工.铰孔精加工.（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。20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铸铁D1 级=0.08,D级：0.120.15钢0.120.15钻孔硬质合金铝合金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。21表 3.5 修正系数与工件材料的关系HB140160工件材料硬度KFc10.780.84kr30刀具主偏角KFc21.05re11.5刀尖圆弧半径KFc30.95表 3.6 修正系数与工件材料的关系HB140160工件材料硬度KFt10.610.67Kr30刀具主偏角KFt20.63 查表 3.5、表 3.6 知：KFc1=0.84KFc2=1.05KFc3=0.95KFt1=0.67KFt2=0.63所以，最终 KFc= KFc1* KFc2* KFc3=0.841.050.95=0.837922KFt = KFt1* KFt2=0.670.63=0.4221Fc0 = KFcFc=0.83797.5=6.28425 kNFt0= KFtFt=0.42211.6=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23参考文献1 徐憬.机械设计手册.机械工业出版社，2000.62 张普礼.机械加工工艺装备.东南大学出版社，2002.33 刘守勇等.机械制造工艺与机床夹具.机械工业出版社，1994.74 徐发仁.机床夹具设计.重庆大学出版社，1996.75 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，19917 柯明扬.机械制造工艺学.北京航天航空大学出版社，19958 武良臣.敏捷夹具设计理论及应用 煤炭工业出版社，20039融亦鸣.计算机辅助夹具设计 机械出版社，200224夹具夹紧力的优化及对工件定位精度的影响B.Li 和 S.N.Mellkote布什伍德拉夫机械工程学院，佐治亚理工学院，格鲁吉亚，美国研究所由于夹紧和加工，在工件和夹具的接触部位会产生局部弹性变形，使工件尺寸发生变化，进而影响工件的最终加工质量。这种效应可通过最小化夹具设计优化，夹紧力是一个重要的设计变量，可以得到优化，以减少工件的位移。本文提出了一种确定多夹紧夹具受到准静态加工部位的最佳夹紧力的新方法。该方法采用弹性接触力学模型代表夹具与工件接触，并涉及制定和解决方案的多目标优化模型的约束。夹紧力的最优化对工件定位精度的影响通过3-2-1式铣夹具的例子进行了分析。关键词：弹性 接触 模型 夹具 夹紧力 优化 前言 定位和夹紧的工件加工中的两个关键因素。要实现夹具的这些功能，需将工件定位到一个合适的基准上并夹紧，采用的夹紧力必须足够大，以抑制工件在加工过程中产生的移动。然而，过度的夹紧力可诱导工件产生更大的弹性变形 ，这会影响它的位置精度，并反过来影响零件质量。所以有必要确定最佳夹紧力，来减小由于弹性变形对工件的定位误差，同时满足加工的要求。在夹具分析和综合领域上的研究人员使用了有限元模型的方法或刚体模型的方法。大量的工作都以有限元方法为基础被报道参考文献1-8。随着得墨忒耳8，这种方法的限制是需要较大的模型和计算成本。同时，多数的有限元基础研究人员一直重点关注的夹具布局优化和夹紧力的优化还没有得到充分讨论，也有少数的研究人员通过对刚性模型9-11对夹紧力进行了优化，刚型模型几乎被近似为一个规则完整的形状。得墨忒耳12，13用螺钉理论解决的最低夹紧力，总的问题是制定一个线性规划，其目的是尽量减少在每个定位点调整夹紧力强度的法线接触力。接触摩擦力的影响被忽视，因为它较法线接触力相对较小，由于这种方法是基于刚体假设，独特的三维夹具可以处理超过6个自由度的装夹，复和倪14也提出迭代搜索方法，通过假设已知摩擦力的方向来推导计算最小夹紧力，该刚体分析的主要限制因素是当出现六个以上的接触力是使其静力不确定，因此，这种方法无法确定工件移位的唯一性。 这种限制可以通过计算夹具工件系统15的弹性来克服，对于一个相对严格的工件，该夹具在机械加工工件的位置会受夹具点的局部弹性变形的强烈影响。Hockenberger和得墨忒耳16使用经验的接触力变形的关系（称为元功能），解决由于夹紧和准静态加工力工件刚体位移。同一作者还考察了加工工件夹具位移对设计参数的影响17。桂 18 等 通过工件的夹紧力的优化定位精度弹性接触模型对报告做了改善，然而，他们没有处理计算夹具与工件的接触刚度的方法，此外，其算法的应用没有讨论机械加工刀具路径负载有限序列。李和Melkote 19和乌尔塔多和Melkote 20用接触力学解决由于在加载夹具夹紧点弹性变形产生的接触力和工件的位移，他们还使用此方法制定了优化方法夹具布局21和夹紧力22。但是，关于multiclamp系统及其对工件精度影响的夹紧力的优化并没有在这些文件中提到 。本文提出了一种新的算法，确定了multiclamp夹具工件系统受到准静态加载的最佳夹紧力为基础的弹性方法。该法旨在尽量减少影响由于工件夹紧位移和加工荷载通过系统优化夹紧力的一部分定位精度。接触力学模型，用于确定接触力和位移，然后再用做夹紧力优化，这个问题被作为多目标约束优化问题提出和解决。通过两个例子分析工件夹紧力的优化对定位精度的影响，例子涉及的铣削夹具3-2-1布局。1 夹具工件联系模型 11 模型假设该加工夹具由L定位器和带有球形端的c形夹组成。工件和夹具接触的地方是线性的弹性接触，其他地方完全刚性。工件夹具系统由于夹紧和加工受到准静态负载。夹紧力可假定为在加工过程中保持不变，这个假设是有效的，在对液压或气动夹具使用。在实际中，夹具工件接触区域是弹性分布，然而，这种模式的发展，假设总触刚度（见图1）第i夹具接触力局部变形如下： (1) 其中（j=x，y，z）表示，在当地子坐标系切线和法线方向的接触刚度第 19 页 共 15 页图1 弹簧夹具工件接触模型。 表示在第i个接触处的坐标系（j=x，y，z）是对应沿着xyz方向的弹性变形，分别 （j= x，y，z）的代表和切向力接触 ，法线力接触。12 工件夹具的接触刚度模型集中遵守一个球形尖端定位，夹具和工件的接触并不是线性的，因为接触半径与随法线力呈非线性变化 23。由于法线力接触变形作用于半径和平面工件表面之间，这可从封闭赫兹的办法解决缩进一个球体弹性半空间的问题。对于这个问题， 是法线的变形，在文献23 第93页中给出如下： （2）其中式中 和是工件和夹具的弹性模量，、分别是工件和材料的泊松比。切向变形沿着和切线方向）硅业切力距有以下形式文献23第217页 （3）其中、 分别是工件和夹具剪切模量一个合理的接触刚度的线性可以近似从最小二乘获得适合式 （2），这就产生了以下线性化接触刚度值：在计算上述的线性近似， （4） (5)正常的力被假定为从0到1000N，且最小二乘拟合相应的R2值认定是0.94。2夹紧力优化 我们的目标是确定最优夹紧力，将尽量减少由于工件刚体运动过程中，局部的夹紧和加工负荷引起的弹性变形，同时保持在准静态加工过程中夹具工件系统平衡，工件的位移减少，从而减少定位误差。实现这个目标是通过制定一个多目标约束优化问题的问题，如下描述。2.1 目标函数配方工件旋转，由于部队轮换往往是相当小17的工件定位误差假设为确定其刚体翻译基本上，其中 、和 是 沿，和三个正交组件（见图2）。图2 工件刚体平移和旋转工件的定位误差归于装夹力，然后可以在该刚体位移的范数计算如下： （6）其中表示一个向量二级标准。 但是作用在工件的夹紧力会影响定位误差。当多个夹紧力作用于工件，由此产生的夹紧力为,有如下形式： （7）其中夹紧力是矢量，夹紧力的方向矩阵，是夹紧力是矢量的方向余弦，、和 是第i个夹紧点夹紧力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3.,C）。在这个文件中，由于接触区变形造成的工件的定位误差，被假定为受的作用力是法线的，接触的摩擦力相对较小，并在进行分析时忽略了加紧力对工件的定位误差的影响。意指正常接触刚度比，是通过（i=1，2L）和最小的所有定位器正常刚度相乘，并假设工件、取决于、的方向，各自的等效接触刚度可有下式计算得出（见图3），工件刚体运动，归于夹紧行动现在可以写成： (8)工件有位移，因此，定位误差的减小可以通过尽量减少产生的夹紧力向量 范数。因此，第一个目标函数可以写为：最小化 （9）要注意，加权因素是与等效接触刚度成正比的在、和 方向上。通过使用最低总能量互补参考文献15，23的原则求解弹性力学接触问题得出A的组成部分是唯一确定的，这保证了夹紧力和相应的定位反应是“真正的”解决方案，对接触问题和产生的“真正”刚体位移，而且工件保持在静态平衡，通过夹紧力的随时调整。因此，总能量最小化的形式为补充的夹紧力优化的第二个目标函数，并给出：最小化 （10）其中代表机构的弹性变形应变能互补，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守对角矩阵的， 和是所有接触力的载体。如图3 加权系数计算确定的基础内蒙古科技大学本科生毕业设计（外文翻译）2.2 摩擦和静态平衡约束在（10）式优化的目标受到一定的限制和约束，他们中最重要的是在每个接触处的静摩擦力约束。库仑摩擦力的法律规定（是静态摩擦系数）,这方面的一个非线性约束和线性化版本可以使用，并且19有： （11）假设准静态载荷，工件的静力平衡由下列力和力矩平衡方程确保（向量形式）： (12)其中包括在法线和切线方向的力和力矩的机械加工力和工件重量。2.3界接触力由于夹具工件接触是单侧面的，法线的接触力只能被压缩。这通过以下的的约束表（i=1，2,L+C） （13）它假设在工件上的法线力是确定的，此外，在一个法线的接触压力不能超过压工件材料的屈服强度（）。这个约束可写为： （i=1，2，,L+C） (14) 如果是在第i个工件夹具的接触处的接触面积，完整的夹紧力优化模型，可以写成：最小化 (15)3模型算法求解式（15）多目标优化问题可以通过求解约束24。这种方法将确定的目标作为首要职能之一，并将其转换成一个约束对。该补充（）的主要目的是处理功能，并由此得到夹紧力（）作为约束的加权范数最小化。对为主要目标的选择，确保选中一套独特可行的夹紧力，因此，工件夹具系统驱动到一个稳定的状态（即最低能量状态），此状态也表示有最小的夹紧力下的加权范数。 的约束转换涉及到一个指定的加权范数小于或等于，其中是 的约束，假设最初所有夹紧力不明确，要确定一个合适的。在定位和夹紧点的接触力的计算只考虑第一个目标函数（即）。虽然有这样的接触力，并不一定产生最低的夹紧力，这是一个“真正的”可行的解决弹性力学问题办法，可完全抑制工件在夹具中的位置。这些夹紧力的加权系数，通过计算并作为初始值与比较，因此，夹紧力式（15）的优化问题可改写为: 最小化 （16）由： (11)(14) 得。类似的算法寻找一个方程根的二分法来确定最低的上的约束, 通过尽可能降低上限，由此产生的最小夹紧力的加权范数。 迭代次数K，终止搜索取决于所需的预测精度和，有参考文献15： （17）其中表示上限的功能，完整的算法在如图4中给出。 图4 夹紧力的优化算法（在示例1中使用）。图5 该算法在示例2使用4 加工过程中的夹紧力的优化及测定上一节介绍的算法可用于确定单负载作用于工件的载体的最佳夹紧力，然而，刀具路径随磨削量和切割点的不断变化而变化。因此，相应的夹紧力和最佳的加工负荷获得将由图4算法获得，这大大增加了计算负担，并要求为选择的夹紧力提供标准， 将获得满意和适宜的整个刀具轨迹 ，用保守的办法来解决下面将被讨论的问题，考虑一个有限的数目（例如m）沿相应的刀具路径设置的产生m个最佳夹紧力，选择记为， ， ,在每个采样点，考虑以下四个最坏加工负荷向量： (18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的数字1，2，3分别代替对应的和另外两个正交切削分力，而且有：虽然4个最坏情况加工负荷向量不会在工件加工的同一时刻出现，但在每次常规的进给速度中，刀具旋转一次出现一次，负载向量引入的误差可忽略。因此，在这项工作中，四个载体负载适用于同一位置，（但不是同时）对工件进行的采样 ，夹紧力的优化算法图4，对应于每个采样点计算最佳的夹紧力。夹紧力的最佳形式有： (i=1,2,m) (j=x,y z,r) (19)其中是最佳夹紧力的四个情况下的加工负荷载体，(C=1，2，C)是每个相应的夹具在第i个样本点和第j负荷情况下力的大小。是计算每个负载点之后的结果，一套简单的“最佳”夹紧力必须从所有的样本点和装载条件里发现，并在所有的最佳夹紧力中选择。这是通过在所有负载情况和采样点排序，并选择夹紧点的最高值的最佳的夹紧力，见于式 （20）： （k=1，2，C） （20）只要这些具备，就得到一套优化的夹紧力，验证这些力，以确保工件夹具系统的静态平衡。否则，会出现更多采样点和重复上述程序。在这种方式中，可为整个刀具路径确定“最佳”夹紧力 ，图5总结了刚才所描述的算法。请注意，虽然这种方法是保守的，它提供了一个确定的夹紧力，最大限度地减少工件的定位误差的一套系统方法。5影响工件的定位精度它的兴趣在于最早提出了评价夹紧力的算法对工件的定位精度的影响。工件首先放在与夹具接触的基板上，然后夹紧力使工件接触到夹具，因此，局部变形发生在每个工件夹具接触处，使工件在夹具上移位和旋转。随后，准静态加工负荷应用造成工件在夹具的移位。工件刚体运动的定义是由它在、和方向上的移位和自转（见图2），如前所述，工件刚体位移产生于在每个夹紧处的局部变形，假设为相对于工件的质量中心的第i个位置矢量定位点，坐标变换定理可以用来表达在工件的位移，以及工件自转如下: (21)其中表示旋转矩阵,描述当地在第i帧相联系的全球坐标系和是一个旋转矩阵确定工件相对于全球的坐标系的定位坐标系。假设夹具夹紧工件旋转，由于旋转很小，故也可近似为： （22） 方程（21）现在可以改写为： （23）其中是经方程（21）重新编排后变换得到的矩阵式，是夹紧和加工导致的工件刚体运动矢量。工件与夹具单方面接触性质意味着工件与夹具接触处没有拉力的可能。因此，在第i装夹点接触力可能与的关系如下： （24）其中是在第i个接触点由于夹紧和加工负荷造成的变形，意味着净压缩变形，而负数则代表拉伸变形; 是表示在本地坐标系第i个接触刚度矩阵，是单位向量. 在这项研究中假定液压/气动夹具，根据对外加工负荷，故在法线方向的夹紧力的强度保持不变，因此，必须对方程（24）的夹紧点进行修改为： （25）其中是在第i个夹紧点的夹紧力，让表示一个对外加工力量和载体的61矢量。并结合方程（23）（25）与静态平衡方程，得到下面的方程组： （26）其中，其中表示相乘。由于夹紧和加工工件刚体移动，q可通过求解式（26）得到。工件的定位误差向量， （见图6），现在可以计算如下： （27） 其中是考虑工件中心加工点的位置向量，且 6模拟工作 较早前提出的算法是用来确定最佳夹紧力及其对两例工件精度的影响例如：1适用于工件单点力。2应用于工件负载准静态铣削序列 如左图7 工件夹具配置中使用的模拟研究 工件夹具定位联系; 、和全球坐标系。 3-2-1夹具图7所示，是用来定位并控制7075 - T6铝合金（127毫米127毫米38.1毫米）的柱状块。假定为球形布局倾斜硬钢定位器/夹具在表1中给出。工件夹具材料的摩擦静电对系数为0.25。使用伊利诺伊大学开发EMSIM程序参考文献26 对加工瞬时铣削力条件进行了计算，如表2给出例（1），应用工件在点（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬时加工力，图4中表3和表4列出了初级夹紧力和最佳夹紧力的算法 。该算法如图5所示 ，一个25.4毫米铣槽使用EMSIM进行了数值模拟，以减少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和结束时（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四种情况下加工负荷载体，（见图8）。模拟计算铣削力数据在表5中给出。图8最终铣削过程模拟例如2。表6中5个坐标列出了为模拟抽样调查点。最佳夹紧力是用前面讨论过的排序算法计算每个采样点和负载载体最后的夹紧力和负载。7结果与讨论例如算法1的绘制最佳夹紧力收敛图9，图9对于固定夹紧装置在图示例假设（见图7），由此得到的夹紧力加权范数有如下形式：.结果表明，最佳夹紧力所述加工条件下有比初步夹紧力强度低得多的加权范数，最初的夹紧力是通过减少工件的夹具系统补充能量算法获得。由于夹紧力和负载造成的工件的定位误差，如表7。结果表明工件旋转小，加工点减少错误从13.1到14.6不等。在这种情况下，所有加工条件改善不是很大，因为从最初通过互补势能确定的最小化的夹紧力值已接近最佳夹紧力。图5算法是用第二例在一个序列应用于铣削负载到工件，他应用于工件铣削负载一个序列。最佳的夹紧力，对应列表6每个样本点，随着最后的最佳夹紧力，在每个采样点的加权范数和最优的初始夹紧力绘图10，在每个采样点的加权范数的，和绘制。结果表明，由于每个组成部分是各相应的最大夹紧力，它具有最高的加权范数。如图10所示，如果在每个夹紧点最大组成部分是用于确定初步夹紧力，则夹紧力需相应设置，有比相当大的加权范数。故是一个完整的刀具路径改进方案。上述模拟结果表明，该方法可用于优化夹紧力相对于初始夹紧力的强度，这种做法将减少所造成的夹紧力的加权范数，因此将提高工件的定位精度。图108结论该文件提出了关于确定多钳夹具，工件受准静态加载系统的优化加工夹紧力的新方法。夹紧力的优化算法是基于接触力学的夹具与工件系统模型，并寻求尽量减少应用到所造成的工件夹紧力的加权范数，得出工件的定位误差。该整体模型，制定一个双目标约束优化问题，使用-约束的方法解决。该算法通过两个模拟表明，涉及3-2-1型，二夹铣夹具的例子。今后的工作将解决在动态负载存在夹具与工件在系统的优化，其中惯性，刚度和阻尼效应在确定工件夹具系统的响应特性具有重要作用。9参考资料：1、J. D. Lee 和L. S. Haynes .柔性夹具系统的有限元分析交易美国ASME，工程杂志工业 ：134-139页。2、W. Cai, S. J. Hu 和J. X. Yuan .“柔性钣金夹具：原理，算法和模拟”，交易美国ASME，制造科学与工程杂志 ：1996 318-324页。3、P. Chandra, S. M. Athavale, R. E. DeVor 和S. G. Kapoor.“负载对表面平整度的影响”工件夹具制造科学研讨会论文集1996，第一卷：146-152页。4、R. J. Menassa 和V. R. DeVries.“适用于选拔夹具设计与优化方法，美国ASME工业工程杂志：113 、 412-414，1991。5、A. J. C. Trappey, C. Su 和J. Hou.计算机辅助夹具分析中的应用有限元分析和数学优化模型， 1995 ASME程序，MED： 777-787页。6、 S. N. Melkote, S. M. Athavale, R. E. DeVor, S. G. Kapoor 和J. Burkey .“基于加工过程仿真的加工装置作用力系统研究”， NAMRI/SME：207214页, 19957、“考虑工件夹具，夹具接触相互作用布局优化模拟的结果” 341-346，1998。 8、E. C. DeMeter. 快速支持布局优化，国际机床制造， 硕士论文 1998。9、Y.-C. Chou, V. Chandru, M. M. Barash .加工夹具机械构造的数学算法：分析和合成，美国ASME，工程学报工业“：1989 299-306页。10、S. H. Lee 和 M. R. Cutkosky. 具有摩擦性的夹具规划 美国ASME，工业工程学报：1991，320327页。11、S. Jeng, L. Chen 和W. Chieng.“最小夹紧力分析”，国际机床制造，硕士论文 1995年。12、E. C. DeMeter.加工夹具的性能的最小最大负荷标准 美国ASME，工业工程杂志 ：199413、E. C. 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DeMeter. 对工件准静态分析功能位移在加工夹具的应用程序，制造科学杂志与工程： 325331页, 1996。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14。11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。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60000r/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6000h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。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“CyberProductionCenter”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“ITplaza”（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。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（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STEPTools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(SuperModel)，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1015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)：21-28.3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 paperThe 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.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 developmentNot 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 tendencyThe 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 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 tendencyThe 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 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 so on.In order to solve the traditional numerical control system closeness and the numerical control application software industrial production production existence question. At present many countries conduct the research to the open style numerical control system, like US NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、European Economic Community OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、Japanese OSEC(Open System Environment for Controller)，Chinese ONC(Open Numerical Control System) and so on。The numerical control system will open already becomes the numerical control system road of the future. The so-called open style numerical control system is the numerical control system development may in the unified movement platform, face the engine bed factory and the end-user, through the change, the increase or the tailor structure object (numerical control function), forms the seriation, and may conveniently integrates users special application and the technical knack in the control system, the fast realization different variety, the different scale open style numerical control system, forms has the bright individuality famous brand goods. At present the open style numerical control system architecture standard, the correspondence standard, the disposition standard, the movement platform, the numerical control system function storehouse as well as the numerical control system function software development kit and so on is the current research core.The network numerical control equipment is a near two year international famous engine bed exposition new luminescent spot. The numerical control equipment network enormously will satisfy the production line, the manufacture system, the manufacture enterprise to the information integration demand, also will be realizes new manufacture pattern like agile manufacture, hypothesized enterprise, the global manufacture foundation unit. The domestic and foreign some famous numerical control engine bed and the numerical control system manufacture company all has promoted the related new concept and the prototype in the nearly two years. 1.4 takes the new technical standard, the standard establishment1.4.1 about numerical control system design development standardAs mentioned above, the open style numerical control system has a better versatility, the flexibility, the compatibility, the extension, countries and so on US, European Economic Community and Japan implements the strategy development plan in abundance, and carries on the open style architecture numerical control system specification (OMAC, OSACA, OSEC) the research and the formulation, the world 3 biggest economies have carried on the nearly same science plan and the standard formulation in the short-term, has indicated a numerical control technology new transformation time oncoming. Our country also started in 2000 to conduct Chinas ONC numerical control system standard frame research and the formulation. 1.4.2 about numerical control standard The numerical control standard is the manufacturing industry informationization development one tendency. The numerical control technology is born after 50 year exchanges of information all is based on the ISO6983 standard, how namely uses the G, M code to describe the (how) processing, its substantive characteristics faces the processing process, obviously, he has more and more not been able to satisfy modern numerical control technology high speed the need to develop. Therefore, on international is studying and formulates one kind of new CNC system standard ISO14649(STEP-NC), its goal is provides one kind not to rely on the concrete system neutral mechanism, can describe in the product entire life cycle unified data model, thus realizes the entire manufacture process, and even each industry domain product information standardization.The STEP-NC appearance is possibly a numerical control area of technology revolution, regarding the numerical control technology development and even the entire manufacturing industry, will have the profound influence. First, STEP-NC proposed one kind of brand-new manufacture idea, in the traditional manufacture idea, the NC processing procedure all concentrates on the single computer. But under the new standard, the NC procedure may disperse on the Internet, this is precisely the numerical control technology open style, the network development direction. Next, the STEP-NC numerical control system also may reduce the processing blueprint greatly (approximately 75%), the processing programming time (approximately 35%) and the process period (approximately 50%).At present, the European and American countries extremely took STEP-NC the research, Europe initiate STEP-NC IMS to plan (1999.1.12001.12.31). Participates in this plan to have comes from European and Japans 20 CAD/CAM/CAPP/CNC user, manufacturer and academic organization. USs STEP Tools Corporation is in the global scope the manufacturing industry data exchange software exploiter, he already developed has served as the numerical control engine bed processing exchange of information the super model (Super Model), its goal was with the unification standard description all processing process. At present this kind of recent data exchange form already in has provided SIEMENS, FIDIA as well as on the European OSACA-NC numerical control system prototype prototype has carried on the confirmation.2 pair of our country numerical control technology and industrial development basic estimateOur country numerical control technology start in 1958, the near 50 year development course might divide into 3 stages approximately: First stage from 1958 to 1979, namely enclosed type development phase. In this stage, as a result of the overseas technical blockade with our countrys foundation condition limit, the numerical control technology development is slow. The second stage is in the country “65”, “75” the period as well as “85” the earlier period, namely the introduction technology, the digestion absorption, establishes the manufacture domestically system stage initially. In this stage, as a result of reform and open policy and the national value, as well as the research development environment and the international environment improvement, our country numerical control technology research, the development as well as has all made the considerable progress in the product manufacture domestically aspect. The third stage is in the country “85” later period and “95” period, namely the implementation industrial production research, enters the market competition stage. In this stage, our country domestic product numerical control equipment industrial production has made the substantive progress. In “95” the last stage, the domestically produced numerical control engine bed domestic market percentage of reaches 50%, matched the domestically produced numerical control system (popular sedan) also to achieve 10%.Looks over our country numerical control technology near 50 year development course, specially passes through 4 5 year plan attacks, the overall looked has obtained following result.a.Has laid the numerical control technological development foundation, has grasped the modern numerical control technology basically. Our country basically has grasped now from the numerical control system, the servo actuated, the numerical control main engine, the special plane and the necessary foundation technology, in which majority of technologies has had carries on the commercialized development the foundation, the partial technologies commercialized, the industrial production.b.Has formed the numerical control industry base initially. In the attack achievement and in the partial technical commercialization foundation, established such as the Central China numerical control, astronautics numerical control and so on had the volume production ability numerical control system plant. Lanzhou electrical machinery plant, Central China numerical control and so on one batch of servosystem and servo electrical machinery plant as well as Beijing first machine tool factory, Jinan first machine tool factory and so on certain numerical control main engine plant. These plants have basically formed our countrys numerical control industry basec. Has established a numerical control research, the development, managerial talents basic troop. Although has made the considerable progress in the numerical control technology research development as well as the industrial production aspect, but we also must realize soberly, our country high end numerical control technology research development, in particular also has the big disparity in the industrial production aspect technical level present situation and our countrys realistic demand. Although from longitudinal looked our countrys development speed is very quick, not only but crosswise compared to (with overseas contrast) the technical level has the disparity, also has the disparity in certain aspect development speed, namely some precise and advanced numerical control equipment technical level disparity has the expanded tendency. From international looked that, is approximately as follows to our country numerical control technical level and the industrial production level estimate. a. In the technical level, probably falls behind with the overseas advanced level for 1015 years, in precise and advanced technical aspect then bigger. b. In the industrial production level, the market share is low, the variety coverage fraction is small, but also has not formed the scale production; The function part specialization production level and complete set ability are low; Outward appearance quality relative error; The reliability is not high, the commercialized degree is insufficient; The domestically produced numerical control system not yet establishes own brand effect, the user confidence is insufficient. c.In sustainable development ability, to the competition before the numerical control technology research development, project ability is weak; Numerical control technology application domain development dynamics is not strong; Correlation standard standard research, formulation lag. The analysis existence above disparity primary cause has following several aspects. a. Knows the aspect. To domestically produced numerical control industry advancement difficulty, complexity and long-term characteristic understanding insufficiency; To the market not standard, overseas blocks Canada to strangle, the system and so on the difficult underestimate; Is insufficient to our country numerical control technology application level and ability analysis. b. System aspect. From technical angle attention numerical control industrial production question time are many, from system, industrial chain angle overall evaluation numerical control industrial production question time are few; Has not established the integrity high grade necessary support systems and so on system, consummation training, service network. c. Machine-made aspect. The good opportunity does not make the adult only then to drain, also has restricted technical and the technical route innovation, the product innovation, also has restricted the plan effective implementation, often plans the ideal, the implementation difficultd. technology aspect. The enterprise innovates in the technical aspect ability not to be strong independently, core technologies project ability is not strong. The engine bed standard is backward, the level is low, the numerical control
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