09-13班梁文昱 数控机床结构设计

1、黑龙江工程学院大学生科技创新基金项目申 请 书项 目 名 称：数控车床的研究设计 项 目 负 责 人： 班级 09-13班 梁文昱 指 导 教 师： 刘财勇 所在院（系）：机电工程学院起 止 日 期： 2011.10.12012.10.15 电 话： 黑龙江工程学院 2011年10月10日项目申请项目名称数控车床的研究设计类 别 * 科技发明制作 社会调查报告 开发性研究 创新基础、应用研究起止时间201111.1-2012.12.1申请经费项目负责人姓名梁文昱性别女出生年月88年2月所学专业机械设计制造及其自动化所在班级09-13特长制图指导教师姓名刘才勇性别男技术职称博士所学专业机械设计制

2、造及其自动化研究方向所在部门课题组成员姓名性别年龄所学专业所在班级项目分工一,立论依据1、项目的研究意义 从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。

3、进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势，并提出了我国数控机床发展中存在的一些问题。2、国内外研究现状分析从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来

4、了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机2 我国数控机床发展现状及思考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”，我国数控技术和数了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004年国产控产业取得数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达

5、94.6亿美元，但进出口逆差严重，国产机床市场占有率连年下降，1999年是33.6%，2003年仅占27.7%。1999年机床进口额为8.78亿美元(7624台)，2003年达27.1亿美元(23320台)，相当于同年国内数控机床产值的2.7倍。国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。 我们应看清形势，充分认识国产数

6、控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之间的差距。 2.1不断加强技术创新是提高国产数控机床水平的关键 国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对机床结构与精度、可靠性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用户的认可。2.2制造水平与管理手

7、段依然落后 一些国产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高，加工手段基本以普通机床与低效刀具为主，装配调试完全靠手工，加工质量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。另外很多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原始的手工台账管理方式，工艺水平和管理效率低下使得企业无法形成足够生产规模。如国外机床制造商能做到每周装调出产品，而国内的生产周期过长且很难控制。因此我们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升。2.3服务水平与能力欠缺也是影响国产数控机床占有率的一个重要因素 由于数控机床产业发展迅速，一部分企业不顾长远利益，对提高自身的综合服务水平不够重视，甚至对服务缺乏真正的

8、理解，只注重推销而不注重售前与售后服务。有些企业派出的人员对生产的数控机床缺乏足够了解，不会使用或使用不好数控机床，更不能指导用户使用好机床；有的对先进高效刀具缺乏基本了解，不能提供较好的工艺解决方案，用户自然对制造商缺乏信心。制造商的服务应从研究用户的加工产品、工艺、生产类型、质量要求入手，帮助用户进行设备选型，推荐先进工艺与工辅具，配备专业的培训人员和良好的培训环境，帮助用户发挥机床的最大效益、加工出高质量的最终产品，这样才能逐步得到用户的认同，提高国产数控机床的市场占有率。2.4加大数控专业人才的培养力度 从我国数控机床的发展形式来看需要三种层次的数控技术人才：第一种是熟悉数控机床的操作

9、及加工工艺、懂得简单的机床维护、能够进行手工或自动编程的车间技术操作人员；第二种是熟悉数控机床机械结构及数控系统软硬件知识的中级人才，要掌握复杂模具的设计和制造知识，能够熟练应用UG、PRO/E等CAD/CAM软件，同时有扎实的专业理论知识、较高的英语水平并积累了大量的实践经验；第三种是精通数控机床结构设计以及数控系统电气设计、能够进行数控机床产品开发及技术创新的数控技术高级人才。我国应根据需要有目标的加大人才培养力度，为我国的数控机床产业提供强大的技术人才支撑。二、研究内容1、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题研究目标： 设计并制作一台简单的数控机床，它能够能够逻辑地处理具有控制编码或其他

10、符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。研究内容：（1）主机部分设计：数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。（2）数控装置设计：是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信、 数控机床息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。（3）驱动装置设计：他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位

11、、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 (4)辅助装置设计: 指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。拟解决关键问题：（1）机床精度问题 数控机床的精度决定了它的整体性能，为了保证机床加工的零件能够有合格的精度，组成数控机床的零件需要有制造精度，组装时的装配精度，CNC控制刀具走位时的精度，等一系列精度。（2）微处理器的数控系统的实现数控机床区别于其他普通机床的地方在于它的自动化控制部分的实现，工件的测量通过传感器来实现，电机则通过变频器控制，这些信息全都

12、要由微处理器来综合处理并且对执行元件部分进行精准的控制，以获得合格飞零件2、本项目研究的技术路线（1）尽量保留铣床的手动功能，以便操作人员对刀及调整机床。（2）改造前先测出丝杆传动间隙，并在编程时予以补偿，改造后应测出有关参数，如最大实载切削速度、最大背刀吃刀量等，作为编程时参考依据。（3）尽量消除齿轮副和丝杆副的间隙，齿轮全部采用双片薄齿轮错齿法消除啮合间隙。也可采用软件补偿进给量的方法消除。（4）铣床工作台重，而且铣削力也较大，垂直丝杆要配备较大功率的驱动电动机，要在工作台上加配重或平衡液压缸来平衡。（5）滚动丝杆没有自锁能力，垂直坐标不能锁住，工作台会自动下降，可采用超越离合器和摩擦离合器产生制动达到自锁。3、本项目的特色和创新之处（1）本次设计的数控机床是虽然在功能上无法和真正数控机床相比较，但是在产品加工精度以及质量上都尽肯能的做的最好，以期待达到普通机床的水准，而在制作成本上会尽量减低，得到一台价廉物美的简易数控机床（2）在设计上我们着重在安全角度考虑数控机床的实用性，对废料的清理上做出研究，以期制作出这两大功能上的典型结构，方便推广。4、预期的研究进展及经费预算预期研究进展 （1）2011年10月1日2011年12月