模块化数控机床开题报告

1、燕 山 大 学本科毕业设计开题报告课题名称： 模块化数控机床实验系统设计 学院（系）： 机械工程学院 年级专业： 07级机械设计制造及其自动化 学生姓名： 黄东梅 指导教师： 胡占齐 教授 完成日期： 2011-3-24 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义自从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床技术得到了长足的发展。数控铣床是一种加工能力很强的数控机床，目前迅速发展起来的加工中心、柔性加工单元都是在数控铣床的基础上生产的，所以对数控铣床及铣削加工的研究一直是数控机床行业研究工作的重点。从数控铣床性能角度来看，随着制造业对数控机床的大量需求，汽车、国防、航空、航天等行业的高速发

2、展以及铝合金等新材料的应用，数控铣床的发展总体呈现出高速化、高精度化、多轴化、复合化、网络化、智能化等趋势。从数控铣床的设计角度来看，由于市场已经转向以用户为主导的买方市场，产品需求呈现多样化和个性化，大规模定制成为主要的生产模式。实现大规模定制的关键就是对现代先进设计方法和手段的使用。这些设计方法包括模块化设计、柔性化设计、计算机辅助设计，并行设计等。其中，模块化设计是实现大规模定制的基本设计方法。不同于传统的设计方法，模块化设计是一种“自上而下”的设计方法，有利于并行设计、协同设计，缩短设计周期；产品设计的主要任务也转向选用模块，并进行接口和组装设计，简化了设计，实现了技术和资源共享，使设

3、计人员能将更多的精力和时间投入到产品的创新发展中。所以为了满足用户和市场的需要，数控铣床设计朝着模块化设计的方向发展实属必然，并且模块化的程度将越来越高。模块化设计是一种高度综合、概括、凝练的方法，对其有效的实施离不开必要的技术手段，计算机辅助设计技术就是其中的关键。通过计算机辅助设计技术，可以实现模块的重复利用、技术资源的共享等，极大提高设计的效率。综合目前国内外在模块化设计方面的应用情况，提出了模块化设计过程的3个层次(如上图)，即产品模块化分解、模块系列设计及产品配置与组装。其中，模块系列设计过程，是对模块进行详细设计的过程，是一个机械结构设计过程，但其设计对象是模块，而非独立的机械零部

4、件；产品模块化分解过程、产品配置与组装过程，是模块化设计过程与传统机械设计过程之间最明显的区别之处，其中涉及到的关键技术有模块划分、模块综合等，同时这些关键技术也是当今模块化设计的研究热点。我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，以及“八五、“九五期间数控车床和加工中心(包括数控铣床)产业化基地的形成，数控技术和数控产业取得了相当大的成绩，所生产的中档普及型数控机床的功能、性能和可靠性方面己具有较强的市场竞争力。但在中、高档数控机床方面，与国外一些先进产品相比，仍存在较大差距，具体表现为：产品开发和交货周期长，产品性能差距大

5、，质量不稳定，可靠性低等。造成这种差距的原因除了国外厂商不断地进行科技创新和新产品开发，国内企业始终处于跟随状态外，还有许多存在于国内数控机床制造企业内部的因素：首先研究开发深度不够，其次制造水平和管理手段依然落后，最后服务意识与能力欠缺。基于以上这些基本问题，我们需要进行模块化机床的进一步研究。此外，数控机床的整体结构可以分解为单个部件的有机组合。通过功能分析, 使得功能相同或相似，联接接口相同。 而性能、用途不同的各种功能单元。 经过选择、优化、简化和统一， 形成各种具有独立功能的单元模块。通过对机床单元模块选择，使模块间有机地匹配与连接， 进而组合成各种通用机床、变型机床和专用机床。模块

6、化设计使产品具有很大的适应性和灵活性, 可以满足用户多样化、个性化的要求。将小批量生产转变为中、大批量生产，有利于采用先进技术和成组技术。 是解决复杂产品多样化的一种现代设计方法， 更能促进产品结构调整， 加速产品的更新换代。用户提出定单后， 直接选择适合的模块， 组合成用户需要的机床，节省了设计和试制的时间， 缩短了产品交货期。并且，模块化设计使企业由小批量生产转变为中、大批量生产的时候， 不需要很大的成本投入，却可以产生很好的经济效益。针对日前越来越重要的机床应用，我们需要将其推广，使其普及化，让更多的同行或者有意之人了解，所以，将该机床推广的最简单直接的方法是在学校，学院，培训等机构中普

7、及化，即制造出适合广大学子的学习要求，使他们能够用有限的资金和时间去掌握无限的知识与技能，这样，一个模块化数控机床实验系统的制作就应运而生。而我目前所要做的就是正确处理好实验系统与现实所需要的机床之间的很好的链接。这即是本次设计的意义所在。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 1. 模块化机床的理解在模块化设计中,设计对象的功能表示向模块结构演变过程中存在着映射关系,即以一定的结构实现相应的产品功能。当然,这种映射不是简单的一对一的对应,而是功能模型的信息通过数学、物理及概念层的运算和转化,体现概念设计过程中设计思维的发散、转换和综合等特性。模块化设计使机床具有很大的适应性和灵活性。 可以满足

8、用户多样化、个性化的要求。将小批量生产转变为中、大批量生产。有利于采用先进技术和成组技术, 是解决复杂产品多样化的一种现代设计方法， 更能促进产品结构调整, 加速产品的更新换代，从而加大了对模块化机床的需求。2. 直线运动单元系统中基本采用的是滚珠丝杆来进行进给运动，用其组成进给系统。基于滚珠丝杠的直线运动单元由旋转伺服电机、配比齿轮或联轴节、丝杠支架轴承、止推轴承和螺母托架、丝杠和螺母等元件组成。采用这种传动系统最大的优点是，可以采用技术上比较成熟的旋转伺服电机驱动，直线运动单元和机床整机的设计和安装调试均比较方便，而且成本相对较低。因而本实验系统，要解决直线运动单元的具体设计，参数选择，使

9、进给箱的模块大小与其他零件相匹配。3. 回转运动单元这包括主轴的回转运动，和回转工作台的运动。本课题主要研究回转工作台的运动，它是是镗床、钻床、铣床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工时转动工作台，则可加工圆弧面和圆弧槽等。通用转台按结构不同又分为水平转台、立卧转台和万能转台。本次设计，只选择其中一种工作形式，进行初步的参数确定和绘制。4. 实验系统的组装设计设计好组成该模块化的基本系统零件后，要进行组装，从而组成部同机床。做到查阅资料，了解模块化数控机床，并且 整理基本组成模块，尽量减少模块的种类，满足更多的机床需求。三、研究步骤、方法及措施 1. 查阅相关文献资料，了解

10、模块化数控机床，弄清所要解决的基本问题，重要结构功能原理，确定所需要的模块数量，初步测定如下表。序号名称用途备注数量1导轨支承件，用于固定其他零部件22立柱支承件，用于固定铣头等零部件23中心架支承件，中间支承镗杆或者大头车花盘等零部件14车刀架执行件，可用在立车，卧车和刨床上15尾座支承件，用于机床尾部，起支承工件的作用16变速箱传动件，将电动机的运动转移到机床主轴17进给箱传动件，实现刀具的定向移动18分度箱传动件，可以旋转工件，实现边缘加工19花盘主轴执行件，夹紧工件，实现工件的旋转运动110镗铣头11铣头12转向铣头2. 了解直线运动单元和回转运动单元，并进行进给箱，分度箱，导轨等零件

11、的具体尺寸设计，完成三维零件图的绘制。3. 完成几组零件的装配图4. 完成设计说明书四、研究工作进度第 14 周：收集资料，确定方案，撰写开题报告，文献综述，节点考核的ppt，确定所需模块的基本种类。第 58 周：主要零部件的结构参数，了解设备详细结构，完成进给箱，分度箱，中心架的设计及其三维图的绘制。 第 912 周：继续零件参数的设计，完成减速箱，立柱，尾座，车刀架的设计及其三维图的绘制。第 1316 周：继续零件参数的设计，完成花盘主轴的设计及其三维图的绘制及不同机床的装配图，完成毕业设计论文。第 17 周：准备答辩。 五、主要参考文献1 陆敬严. 中国现代科技史上的一起重要事件-记20

12、世纪60年代关于积木式机床的讨论.哈尔滨工业大学学报j.2004，6（5）:10-14.2 齐尔麦，徐燕申，谢艳.模块化数控机床概念设计的研究.组合机床与自动化加工技术j.2003，15（4）：16-20.3 jin yuye ,zhang shulian ,li yan ,et al. zeeman-birefringence he-ne dual frequency lasersj . chinese physics letters ,2001 ,18（4） :533 - 536.4 sun h. current and future patterns of using advanced

13、manufacturing technologiesj.technovation, 2000,20.（11）:631-641.5 budig. p. k. the application of linear motors, power electronics and motion control conference j . proceedings p iemc. the 3th international, 2000, 3 （15-18） : 1336- 1341.6 李发尧.高速直线运动单元设计及性能评价实验技术研究. 重庆.重庆大学硕士.2006，17 贾殿涛，孙玉华.机床的数控化改造与

14、模块化设计.组合机床与自动化加工技术j.2003，10（3）：38-40.8 孙烈.大跃进时期蚂蚁啃骨头的机械加工方法的兴起.哈尔滨工业大学学报（社会科学版）j.2007,9(6)：11-18.9 邓健.数控机床控制技术基础m.北京：人民邮电出版社，2006，112-115.10 赵俊生. 数控机床控制技术基础m. 北京：化学工业出版社，2006，134-137.11 aoki masahiko,ando haruhiko,modularity.the nature of new industrial architecturej.rieti economic policy review,2002,12(4)：218-221.12 langois,rn.modularity in technology and organizationj.journal of economic behavior & organization,2002,12(49):314-317.13 童时中.模块化原理设计方法及应用m.北京:中国标准出版社，2000，110-115.14 李虎.基于模块化的数控机床产业链研究.企业技术开发j.2010，29（11）：32-33.15