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本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論 文 題 目: 加工中心側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué) 院 : 專 業(yè) 、班 級 學(xué) 生 指導(dǎo)教師(職稱)
一、選題依據(jù)
1.論文(設(shè)計)題目
加工中心側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計2.研究領(lǐng)域
機械設(shè)計
3. 論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值
(1) 理論意義
根據(jù)設(shè)計要求,設(shè)計一個重型數(shù)控龍門銑床的側(cè)銑頭,使其能夠在橫向和縱向兩個方向作進給運動。對于一臺重型數(shù)控龍門銑床來說通常加工的工件都是很大很重的,在加工過程中要讓工件移動或是進行多次安裝是很費時費力的,所以設(shè)計一個能夠在橫向和縱向兩個方向作進給運動的側(cè)銑頭,來減少實際工作的移動和安裝次數(shù), 進而減少安裝的時間和由于多次安裝而引起的定位精度誤差。
(2) 應(yīng)用價值
在現(xiàn)實中,帶有側(cè)銑頭的數(shù)控龍門銑床不是一種常見的形式,而帶有能夠在兩個方向上進行進給運動的側(cè)銑頭的龍門銑床更是不常見。這項設(shè)計所設(shè)計的側(cè)銑頭與其他部分相配合,可以應(yīng)用在現(xiàn)實中,實現(xiàn)對工件進行三個方向上的加工,從而實現(xiàn)對工件進行一次性安裝加工,這無疑可以省去很多調(diào)整時間并可以保證良好的安裝精度。而且對于一臺重型銑床來說,加工的工件一般都是很大很重的,要對工件進行多次安裝很困難也很浪費時間,而定位精度不容易保證,而該課題所設(shè)計的側(cè)銑頭正適合這種情況,因此該設(shè)計具有很大的應(yīng)用價值與現(xiàn)實意義。
4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
(1) 研究概況:
①國外:第一臺加工中心是 1958 年由美國卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置,從而實現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。到八十年代初,經(jīng)過了三十年,發(fā)展最快的是加工中心的控制系統(tǒng),經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、小型計算機和微處理機數(shù)控的五代演變。自八十年代以來,數(shù)字控制系統(tǒng)高速發(fā)展,加工中心的精度、效率、功能、可靠性進一步提高。當前加工中心和自動交換工作臺組成的柔性加工單元FMC 以及幾臺加工中心等組成的柔性加工系統(tǒng)FMS 都得到了廣泛的發(fā)展。
②國內(nèi):我國于 1958 年研制出第一臺數(shù)控機床,在上世紀 80 年代末開始研究加工中心,北京機床研究所等聯(lián)合機構(gòu)研發(fā)出第一臺加工中心。近年來,我國的數(shù)控機床無論從產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展,在一些關(guān)鍵技術(shù)方面也取得了重大突破。據(jù)統(tǒng)計,目前我國可供市場的數(shù)控機床有 1500 種,幾乎覆
蓋了整個金屬切削機床的品種類別和主要的鍛壓機械。這標志著國內(nèi)數(shù)控機床已進入快速發(fā)展的時期。但是相對于美國、日本、德國等國家,我國在高檔數(shù)控機床方面還有很大的差距,主要體現(xiàn)在以下幾方面:a、數(shù)控率低。目前我國的數(shù)控機床擁有量最多,但是我國的數(shù)控化率卻比西方國家低得多。b、功能部件差距大。數(shù)控機床的功能部件主要是數(shù)控系統(tǒng)、主軸、刀庫、滾珠絲杠副、滾動直線導(dǎo)軌副等。這些主要的功能部件決定了機床能夠達到的精度級別和水平。目前,我國制造的數(shù)控機床使用的數(shù)控系統(tǒng)還是日本的 FANUC、德國的 SIEMENS 和 DMG 等的系統(tǒng)。
(2) 發(fā)展趨勢
①加工中心向高效、高精、高速化發(fā)展
隨著國民經(jīng)濟飛速發(fā)展和工業(yè)自動化水平的不斷提高,制造業(yè)向著高、精、尖方向發(fā)展,特別是汽車、船舶、紡織、電子技術(shù)、航空航天的迅猛發(fā)展,對加工中心的速度和生產(chǎn)效率要求也越來越高,主軸轉(zhuǎn)速在 12000r/min 以上的高效、高精、高速化加工中心已經(jīng)是數(shù)控機床行業(yè)流行的趨勢。
②加工中心五軸聯(lián)動趨勢
五軸聯(lián)動數(shù)控機床是一種科技含量高、精密度高,專門用于加工復(fù)雜曲面的機床, 這種機床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè),有著舉足輕重的影響力。
③加工中心復(fù)合化,與機器人有效結(jié)合
工業(yè)機器人在機床上的應(yīng)用,也是當今數(shù)控機床發(fā)展的一大趨勢,在歐、美、日等許多 24 小時無人化工廠內(nèi),工業(yè)機器人已起到了主角作用。在 CIMT 2009 上,日本 FANUC、日本 DENSO 等公司詳盡地展示了此項技術(shù),機器人不僅僅起到物流搬運作用,甚至還可進行切削加工。德國 DMG 在展會期間的新聞發(fā)布會上也介紹了其將工業(yè)機器人技術(shù)在機床上的創(chuàng)新應(yīng)用,這種機器人有 6-7 軸運動關(guān)節(jié),可直接在機床上做抓取工件的各種動作。工業(yè)機器人同機床有效地結(jié)合在一起,讓機器人從事簡單而且重復(fù)的勞動,不僅可提高生產(chǎn)效率,最大限度降低生產(chǎn)成本,同時,機器人不會疲勞且不會產(chǎn)生錯誤,因而對生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定起到了很大的作用。
④從近幾年舉行的國際機床展看,數(shù)控機床除了向高速、高精度、多軸聯(lián)動、復(fù)合加工和智能化方向發(fā)展外,也更重視環(huán)?;?,綠色生態(tài)機床開始成為研究熱點并日益受到重視。“綠色生態(tài)機床”是近年來機床行業(yè)的一種發(fā)展趨勢,其強調(diào)了機床、環(huán)境、人三者之間的關(guān)系,目地是大幅度提高機床生產(chǎn)效率的同時降低對環(huán)境的影響和對操作者健康的危害。加工中心作為數(shù)控機床的重要代表性產(chǎn)品,也具有向環(huán)?;较虬l(fā)展的趨勢。
二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容
1. 重點解決的問題
(1) 實現(xiàn)側(cè)銑頭兩個方向上的進給
(2) 如何保證進給精度和定位精度
(3) 結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核
2. 擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路)
本設(shè)計主要是根據(jù)設(shè)計要求,依據(jù)機械設(shè)計和機械制圖的基本原理對一臺重型數(shù)控龍門銑床進行結(jié)構(gòu)設(shè)計,該側(cè)銑頭能夠在 X 方向和 Z 方向兩個方向上進行銑削運動。本設(shè)計主要分四部分:
(1) 根據(jù)設(shè)計要求對側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)進行總體方案的設(shè)計,主要包括伺服進給運動和主運動方式的確定。
(2) 利用機械設(shè)計基本原理對設(shè)計中伺服進給運動和主運動系統(tǒng)的機械部分的設(shè)計計算,主要包括進給電動機、主軸電動機、滾珠絲杠副的選擇、計算和校核以及對同步帶和帶輪進行設(shè)計。
(3) 根據(jù)所選擇涉及的主要零件,先進行大體結(jié)構(gòu)設(shè)計,之后在此基礎(chǔ)之上,利用機械制圖的基本原理,應(yīng)用 CAXA 電子圖版對側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)進行二維設(shè)計,并生成二維裝配圖紙和二維零件圖紙。
(4) 依據(jù)所設(shè)計的二維圖,利用 SOLIDWORKS 軟件對側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)中零件進行三維建模,并將所有建模零件進行裝配,生成三維裝配體。
3. 本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果
設(shè)計出應(yīng)用于重型數(shù)控龍門銑床上的,并能實現(xiàn)兩個方向上進給運動的加工中心側(cè)銑頭。得出相應(yīng)的二維裝配圖紙、二維零件圖紙、一套設(shè)計說明書。
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附:文獻綜述或報告
文獻綜述
如今機械加工行業(yè)繁榮發(fā)展,欣欣向榮現(xiàn)象離不開加工中心的突出貢獻。加工中心經(jīng)歷幾十年的發(fā)展,應(yīng)用越來越純熟,給加工企業(yè)帶來很大的幫助。
(一)國外加工中心發(fā)展概況
加工中心最初是從數(shù)控銑床發(fā)展而來的。第一臺加工中心是 1958 年由美國卡尼- 特雷克公司首先研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置,從而實現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。到八十年代初,經(jīng)過了三十年,發(fā)展最快的是加工中心的控制系統(tǒng),經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、小型計算機和微處理機數(shù)控的五代演變。自八十年代以來, 數(shù)字控制系統(tǒng)高速發(fā)展,加工中心的精度、效率、功能、可靠性進一步提高。當前加工中心和自動交換工作臺組成的柔性加工單元 FMC 以及幾臺加工中心等組成的柔性 加工系統(tǒng) FMS 都得到了廣泛的發(fā)展。
加工中心得到迅速發(fā)展是在二十世紀 70 年代以后。出現(xiàn)了可換主軸箱加工中心, 它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱,能對工件同時進行多孔加工。目前國外的加工中心轉(zhuǎn)速已經(jīng)能夠達到幾萬轉(zhuǎn)每分鐘,進給速度達到上百米每分鐘,定位精度已經(jīng)達到納米級,這些一般是通過智能補償?shù)瓤刂品绞?,加上使用高速電主軸、直線電機、分辨率高的檢測元件等機床部件實現(xiàn)的。其高精度高速度的加工中心有瑞士米克朗 MIKRON 生產(chǎn)的超高速加工中心 XSM400,其主軸轉(zhuǎn)速為 60000rpm,進給速度達到 80m/min。
(二)國內(nèi)加工中心發(fā)展概況
我國對數(shù)控機床的研制起步較晚,于 1958 年研制出第一臺數(shù)控機床。早期由于
發(fā)展條件差,基礎(chǔ)薄,發(fā)展緩慢,嚴重影響了我國制造業(yè)的發(fā)展。于 1979 年我國開
始引進國外先進的數(shù)控技術(shù),經(jīng)過不斷的發(fā)展,我國在上世紀 80 年代末開始研究加工中心,北京機床研究所等聯(lián)合機構(gòu)研發(fā)出第一臺加工中心。隨著科技的進步和市場的需求量上升,促進了我國的數(shù)控技術(shù)發(fā)展,國產(chǎn)加工中心在質(zhì)與量上都取得了很大的進步。目前國內(nèi)有很多生產(chǎn)加工中心的機床廠,國內(nèi)數(shù)控機床已進入快速發(fā)展的時期。但是相對于美國、日本、德國等國家,我國在高檔數(shù)控機床方面還有很大的差距, 主要體現(xiàn)在以下幾方面:a、數(shù)控率低。目前我國的數(shù)控機床擁有量最多,但是我國的數(shù)控化率卻比西方國家低得多。b、功能部件差距大。數(shù)控機床的功能部件主要是數(shù)控系統(tǒng)、主軸、刀庫、滾珠絲杠副、滾動直線導(dǎo)軌副等。這些主要的功能部件決定了機床能夠達到的精度級別和水平。目前,我國制造的數(shù)控機床使用的數(shù)控系統(tǒng)還是日本的 FANUC、德國的 SIEMENS 和 DMG 等的系統(tǒng)
(三)世界加工中心技術(shù)發(fā)展趨勢
近年來,加工中心作為數(shù)控機床的重要代表性產(chǎn)品,頻繁出現(xiàn)在世界四大國際機床展上(歐洲國際機床展覽會 EMO、美國芝加哥國際機床展覽會 IMTS、日本國際機床展覽會 JIMTOF 和中國國際機床展覽會 CIMT 并列被稱為世界四大國際機床名展),世
界各大機床廠商紛紛在展會上展示各公司新研發(fā)的加工中心。加工中心制造技術(shù)已成為各展會的重頭戲??偟膩碚f,加工中心的技術(shù)發(fā)展趨勢同其他數(shù)控機床一樣仍是: 高效、高精、高速,同時也可看到五軸聯(lián)動機床、機床的復(fù)合化、與機器人有效的結(jié)合以及“綠色生態(tài)機床”是當前加工中心發(fā)展的主要方向。
1、加工中心向高效、高精、高速化發(fā)展
加工中心帶有刀庫和自動換刀裝置,在一臺機床上能集中完成多種工序,因而可減少工件裝夾、測量和機床的調(diào)整時間,減少工件半成品的周轉(zhuǎn)、搬運和存放時間, 使機床的切削利用率(切削時間和開動時間之比)高于普通機床 3~4 倍,因而比普通機床更高效。同時,加工中心同其他數(shù)控機床一樣具有加工精度高的特點,而且加工中心由于加工工序集中,避免了長工藝流程,減少了人為干擾,因此加工精度更高, 加工質(zhì)量更加穩(wěn)定。
隨著國民經(jīng)濟飛速發(fā)展和工業(yè)自動化水平的不斷提高,制造業(yè)向著高、精、尖方向發(fā)展,特別是汽車、船舶、紡織、電子技術(shù)、航空航天的迅猛發(fā)展,對加工中心的速度和生產(chǎn)效率要求也越來越高,主軸轉(zhuǎn)速在 12000r/min 以上的高效、高精、高速化加工中心已經(jīng)是數(shù)控機床行業(yè)流行的趨勢。
2、加工中心五軸聯(lián)動趨勢
五軸聯(lián)動數(shù)控機床是一種科技含量高、精密度高,專門用于加工復(fù)雜曲面的機床, 這種機床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè),有著舉足輕重的影響力。
五軸聯(lián)動加工中心的結(jié)構(gòu)形式多種多樣,主要用于葉輪、葉片加工,也是每次國際機床展的重點展品之一。例如,在第十一屆中國國際機床展覽會(CIMT 2009)上, 德國 DMG 公司是展示五軸聯(lián)動加工中心品種最多的供應(yīng)商,其展出的加工中心品種琳瑯滿目,有多軸聯(lián)動加工中心(包括銑頭兩聯(lián)動和工作臺兩聯(lián)動)、立柱移動式及工作臺移動式、立柱與床身分體式及立柱與床身鑄成一體式等,其中,最具代表的是該公司展出的 DMU 210 P 五軸聯(lián)動加工中心,它的造型設(shè)計采用大視窗、大空間,這是一種國際新潮流,日本馬扎克(MAZAK)公司也推崇這種理念,以方便操作工實施觀察。DMU 210 P 五軸聯(lián)動加工中心的可移操作臺用 19 英寸大屏幕顯示,比通常的顯示屏幕要大,這個操作臺的視角可以調(diào)節(jié)而且和一個可調(diào)的柔軟坐椅連接,讓操作者使用更方便舒適,這種宜人化的工業(yè)造型設(shè)計,突出了以人為本的理念。此外,德國Hermle、意大利 C.B.Ferrari 等公司也都展示了加工葉輪、葉片的高效五軸加工中心技術(shù);豐富多彩的龍門五聯(lián)動加工中心展品也各顯其長。我國華中數(shù)控、南京四開等數(shù)控制造企業(yè)也都成功開發(fā)出五聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng),北京機電院、江蘇新瑞等也先后制造出中、高檔的五軸聯(lián)動加工中心。
3、加工中心復(fù)合化,與機器人有效結(jié)合
打破工藝界限,機床的復(fù)合加工也是當今數(shù)控機床發(fā)展的一大趨勢。自 20 世紀90 年代德國 WFL 公司發(fā)明車銑復(fù)合加工中心以來,日本 MAZAK、韓國大宇(斗山)以及德國 DMG 等均不斷有新款推出。我國的北京一機床、青海一機床、秦川發(fā)展等也相繼推出車銑、銑車、銑磨等復(fù)合加工中心機床,在 CIMT2009 上,北一、沈陽機床、大連機床以及陜西三豐、長沙金嶺等都有產(chǎn)品展出。沈陽機床展出的 GTM500200 龍門移動式車銑中心,是一臺龍門框架移動式復(fù)合機床。工作臺有兩部分組成,外端是回
轉(zhuǎn)直徑為φ4500mm 的車削圓工作臺,轉(zhuǎn)速 40r/min;內(nèi)端是 4500 × 7000mm 的銑削工作臺,承重 15t。按不同工件的工藝要求,選擇不同的工作臺面。機床主傳動功率52kW,刀庫容量 60 把。
工業(yè)機器人在機床上的應(yīng)用,也是當今數(shù)控機床發(fā)展的一大趨勢,在歐、美、日等許多 24 小時無人化工廠內(nèi),工業(yè)機器人已起到了主角作用。在 CIMT 2009 上,日本 FANUC、日本 DENSO 等公司詳盡地展示了此項技術(shù),機器人不僅僅起到物流搬運作用,甚至還可進行切削加工。德國 DMG 在展會期間的新聞發(fā)布會上也介紹了其將工業(yè)機器人技術(shù)在機床上的創(chuàng)新應(yīng)用,這種機器人有 6-7 軸運動關(guān)節(jié),可直接在機床上做抓取工件的各種動作。工業(yè)機器人同機床有效地結(jié)合在一起,讓機器人從事簡單而且重復(fù)的勞動,不僅可提高生產(chǎn)效率,最大限度降低生產(chǎn)成本,同時,機器人不會疲勞且不會產(chǎn)生錯誤,因而對生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定起到了很大的作用。
4、綠色生態(tài)機床成為研究熱點
從近幾年舉行的國際機床展看,數(shù)控機床除了向高速、高精度、多軸聯(lián)動、復(fù)合加工和智能化方向發(fā)展外,也更重視環(huán)?;G色生態(tài)機床開始成為研究熱點并日益受到重視。“綠色生態(tài)機床”是近年來機床行業(yè)的一種發(fā)展趨勢,其強調(diào)了機床、環(huán)境、人三者之間的關(guān)系,目地是大幅度提高機床生產(chǎn)效率的同時降低對環(huán)境的影響和對操作者健康的危害。加工中心作為數(shù)控機床的重要代表性產(chǎn)品,也具有向環(huán)?;较虬l(fā)展的趨勢。
指導(dǎo)教師評閱意見(對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱)
審
核
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意
見
教研室主任意見
簽字: 年 月 日
學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見
簽字: 年 月 日公章: