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本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告 論 文 題 目： 加工中心側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué) 院 ： 專 業(yè) 、班 級(jí) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師（職稱） 一、選題依據(jù) 1．論文（設(shè)計(jì)）題目 加工中心側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2．研究領(lǐng)域 機(jī)械設(shè)計(jì) 3. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值 （1） 理論意義 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。對(duì)于一臺(tái)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(dòng)或是進(jìn)行多次安裝是很費(fèi)時(shí)費(fèi)力的，所以設(shè)計(jì)一個(gè)能夠在橫向和縱向兩個(gè)方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的側(cè)銑頭，來減少實(shí)際工作的移動(dòng)和安裝次數(shù)， 進(jìn)而減少安裝的時(shí)間和由于多次安裝而引起的定位精度誤差。 （2） 應(yīng)用價(jià)值 在現(xiàn)實(shí)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(gè)方向上進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的側(cè)銑頭的龍門銑床更是不常見。這項(xiàng)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的側(cè)銑頭與其他部分相配合，可以應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件進(jìn)行三個(gè)方向上的加工，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件進(jìn)行一次性安裝加工，這無疑可以省去很多調(diào)整時(shí)間并可以保證良好的安裝精度。而且對(duì)于一臺(tái)重型銑床來說，加工的工件一般都是很大很重的，要對(duì)工件進(jìn)行多次安裝很困難也很浪費(fèi)時(shí)間，而定位精度不容易保證，而該課題所設(shè)計(jì)的側(cè)銑頭正適合這種情況，因此該設(shè)計(jì)具有很大的應(yīng)用價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。 4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) （1） 研究概況： ①國外：第一臺(tái)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(dòng)換刀裝置，從而實(shí)現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進(jìn)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(jì)算機(jī)和微處理機(jī)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(jìn)一步提高。當(dāng)前加工中心和自動(dòng)交換工作臺(tái)組成的柔性加工單元FMC 以及幾臺(tái)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(tái)數(shù)控機(jī)床，在上世紀(jì) 80 年代末開始研究加工中心，北京機(jī)床研究所等聯(lián)合機(jī)構(gòu)研發(fā)出第一臺(tái)加工中心。近年來，我國的數(shù)控機(jī)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(jì)，目前我國可供市場(chǎng)的數(shù)控機(jī)床有 1500 種，幾乎覆 蓋了整個(gè)金屬切削機(jī)床的品種類別和主要的鍛壓機(jī)械。這標(biāo)志著國內(nèi)數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期。但是相對(duì)于美國、日本、德國等國家，我國在高檔數(shù)控機(jī)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(jī)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(jī)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(dòng)直線導(dǎo)軌副等。這些主要的功能部件決定了機(jī)床能夠達(dá)到的精度級(jí)別和水平。目前，我國制造的數(shù)控機(jī)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(shì) ①加工中心向高效、高精、高速化發(fā)展 隨著國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)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(duì)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(jī)床行業(yè)流行的趨勢(shì)。 ②加工中心五軸聯(lián)動(dòng)趨勢(shì) 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)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(jī)床， 這種機(jī)床系統(tǒng)對(duì)一個(gè)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(jī)器人有效結(jié)合 工業(yè)機(jī)器人在機(jī)床上的應(yīng)用，也是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一大趨勢(shì)，在歐、美、日等許多 24 小時(shí)無人化工廠內(nèi)，工業(yè)機(jī)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(xiàng)技術(shù)，機(jī)器人不僅僅起到物流搬運(yùn)作用，甚至還可進(jìn)行切削加工。德國 DMG 在展會(huì)期間的新聞發(fā)布會(huì)上也介紹了其將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在機(jī)床上的創(chuàng)新應(yīng)用，這種機(jī)器人有 6-7 軸運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，可直接在機(jī)床上做抓取工件的各種動(dòng)作。工業(yè)機(jī)器人同機(jī)床有效地結(jié)合在一起，讓機(jī)器人從事簡單而且重復(fù)的勞動(dòng)，不僅可提高生產(chǎn)效率，最大限度降低生產(chǎn)成本，同時(shí)，機(jī)器人不會(huì)疲勞且不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，因而對(duì)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(jī)床展看，數(shù)控機(jī)床除了向高速、高精度、多軸聯(lián)動(dòng)、復(fù)合加工和智能化方向發(fā)展外，也更重視環(huán)保化，綠色生態(tài)機(jī)床開始成為研究熱點(diǎn)并日益受到重視。“綠色生態(tài)機(jī)床”是近年來機(jī)床行業(yè)的一種發(fā)展趨勢(shì)，其強(qiáng)調(diào)了機(jī)床、環(huán)境、人三者之間的關(guān)系，目地是大幅度提高機(jī)床生產(chǎn)效率的同時(shí)降低對(duì)環(huán)境的影響和對(duì)操作者健康的危害。加工中心作為數(shù)控機(jī)床的重要代表性產(chǎn)品，也具有向環(huán)?；较虬l(fā)展的趨勢(shì)。 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1. 重點(diǎn)解決的問題 （1） 實(shí)現(xiàn)側(cè)銑頭兩個(gè)方向上的進(jìn)給 （2） 如何保證進(jìn)給精度和定位精度 （3） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 2. 擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路） 本設(shè)計(jì)主要是根據(jù)設(shè)計(jì)要求，依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制圖的基本原理對(duì)一臺(tái)重型數(shù)控龍門銑床進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該側(cè)銑頭能夠在 X 方向和 Z 方向兩個(gè)方向上進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)主要分四部分： （1） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)，主要包括伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)方式的確定。 （2） 利用機(jī)械設(shè)計(jì)基本原理對(duì)設(shè)計(jì)中伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要包括進(jìn)給電動(dòng)機(jī)、主軸電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠副的選擇、計(jì)算和校核以及對(duì)同步帶和帶輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （3） 根據(jù)所選擇涉及的主要零件，先進(jìn)行大體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，之后在此基礎(chǔ)之上，利用機(jī)械制圖的基本原理，應(yīng)用 CAXA 電子圖版對(duì)側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維設(shè)計(jì)，并生成二維裝配圖紙和二維零件圖紙。 （4） 依據(jù)所設(shè)計(jì)的二維圖，利用 SOLIDWORKS 軟件對(duì)側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)中零件進(jìn)行三維建模，并將所有建模零件進(jìn)行裝配，生成三維裝配體。 3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果 設(shè)計(jì)出應(yīng)用于重型數(shù)控龍門銑床上的，并能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向上進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(jì)說明書。 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn) [1] 葛陽.立臥復(fù)合鏜銑頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].山東工業(yè)技術(shù),2016(01):18. 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它備有多個(gè)可以自動(dòng)更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對(duì)工件同時(shí)進(jìn)行多孔加工。目前國外的加工中心轉(zhuǎn)速已經(jīng)能夠達(dá)到幾萬轉(zhuǎn)每分鐘，進(jìn)給速度達(dá)到上百米每分鐘，定位精度已經(jīng)達(dá)到納米級(jí)，這些一般是通過智能補(bǔ)償?shù)瓤刂品绞剑由鲜褂酶咚匐娭鬏S、直線電機(jī)、分辨率高的檢測(cè)元件等機(jī)床部件實(shí)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(jìn)給速度達(dá)到 80m/min。 （二）國內(nèi)加工中心發(fā)展概況 我國對(duì)數(shù)控機(jī)床的研制起步較晚，于 1958 年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。早期由于 發(fā)展條件差，基礎(chǔ)薄，發(fā)展緩慢，嚴(yán)重影響了我國制造業(yè)的發(fā)展。于 1979 年我國開 始引進(jìn)國外先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，經(jīng)過不斷的發(fā)展，我國在上世紀(jì) 80 年代末開始研究加工中心，北京機(jī)床研究所等聯(lián)合機(jī)構(gòu)研發(fā)出第一臺(tái)加工中心。隨著科技的進(jìn)步和市場(chǎng)的需求量上升，促進(jìn)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(jìn)步。目前國內(nèi)有很多生產(chǎn)加工中心的機(jī)床廠，國內(nèi)數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期。但是相對(duì)于美國、日本、德國等國家，我國在高檔數(shù)控機(jī)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(jī)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(jī)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(dòng)直線導(dǎo)軌副等。這些主要的功能部件決定了機(jī)床能夠達(dá)到的精度級(jí)別和水平。目前，我國制造的數(shù)控機(jī)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(shì) 近年來，加工中心作為數(shù)控機(jī)床的重要代表性產(chǎn)品，頻繁出現(xiàn)在世界四大國際機(jī)床展上（歐洲國際機(jī)床展覽會(huì) EMO、美國芝加哥國際機(jī)床展覽會(huì) IMTS、日本國際機(jī)床展覽會(huì) JIMTOF 和中國國際機(jī)床展覽會(huì) CIMT 并列被稱為世界四大國際機(jī)床名展），世 界各大機(jī)床廠商紛紛在展會(huì)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(huì)的重頭戲?？偟膩碚f，加工中心的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)同其他數(shù)控機(jī)床一樣仍是： 高效、高精、高速，同時(shí)也可看到五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床、機(jī)床的復(fù)合化、與機(jī)器人有效的結(jié)合以及“綠色生態(tài)機(jī)床”是當(dāng)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(dòng)換刀裝置，在一臺(tái)機(jī)床上能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測(cè)量和機(jī)床的調(diào)整時(shí)間，減少工件半成品的周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間， 使機(jī)床的切削利用率（切削時(shí)間和開動(dòng)時(shí)間之比）高于普通機(jī)床 3～4 倍，因而比普通機(jī)床更高效。同時(shí)，加工中心同其他數(shù)控機(jī)床一樣具有加工精度高的特點(diǎn)，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(jì)飛速發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)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(duì)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(jī)床行業(yè)流行的趨勢(shì)。 2、加工中心五軸聯(lián)動(dòng)趨勢(shì) 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)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(jī)床， 這種機(jī)床系統(tǒng)對(duì)一個(gè)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(dòng)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(jī)床展的重點(diǎn)展品之一。例如，在第十一屆中國國際機(jī)床展覽會(huì)（CIMT 2009）上， 德國 DMG 公司是展示五軸聯(lián)動(dòng)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(dòng)加工中心（包括銑頭兩聯(lián)動(dòng)和工作臺(tái)兩聯(lián)動(dòng)）、立柱移動(dòng)式及工作臺(tái)移動(dòng)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(dòng)加工中心，它的造型設(shè)計(jì)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(shí)施觀察。DMU 210 P 五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的可移操作臺(tái)用 19 英寸大屏幕顯示，比通常的顯示屏幕要大，這個(gè)操作臺(tái)的視角可以調(diào)節(jié)而且和一個(gè)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(jì)，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(dòng)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(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，北京機(jī)電院、江蘇新瑞等也先后制造出中、高檔的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心。 3、加工中心復(fù)合化，與機(jī)器人有效結(jié)合 打破工藝界限，機(jī)床的復(fù)合加工也是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一大趨勢(shì)。自 20 世紀(jì)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(jī)床、青海一機(jī)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(jī)床，在 CIMT2009 上，北一、沈陽機(jī)床、大連機(jī)床以及陜西三豐、長沙金嶺等都有產(chǎn)品展出。沈陽機(jī)床展出的 GTM500200 龍門移動(dòng)式車銑中心，是一臺(tái)龍門框架移動(dòng)式復(fù)合機(jī)床。工作臺(tái)有兩部分組成，外端是回 轉(zhuǎn)直徑為φ4500mm 的車削圓工作臺(tái)，轉(zhuǎn)速 40r/min；內(nèi)端是 4500 × 7000mm 的銑削工作臺(tái)，承重 15t。按不同工件的工藝要求，選擇不同的工作臺(tái)面。機(jī)床主傳動(dòng)功率52kW，刀庫容量 60 把。 工業(yè)機(jī)器人在機(jī)床上的應(yīng)用，也是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一大趨勢(shì)，在歐、美、日等許多 24 小時(shí)無人化工廠內(nèi)，工業(yè)機(jī)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(xiàng)技術(shù)，機(jī)器人不僅僅起到物流搬運(yùn)作用，甚至還可進(jìn)行切削加工。德國 DMG 在展會(huì)期間的新聞發(fā)布會(huì)上也介紹了其將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在機(jī)床上的創(chuàng)新應(yīng)用，這種機(jī)器人有 6-7 軸運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，可直接在機(jī)床上做抓取工件的各種動(dòng)作。工業(yè)機(jī)器人同機(jī)床有效地結(jié)合在一起，讓機(jī)器人從事簡單而且重復(fù)的勞動(dòng)，不僅可提高生產(chǎn)效率，最大限度降低生產(chǎn)成本，同時(shí)，機(jī)器人不會(huì)疲勞且不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，因而對(duì)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(jī)床成為研究熱點(diǎn) 從近幾年舉行的國際機(jī)床展看，數(shù)控機(jī)床除了向高速、高精度、多軸聯(lián)動(dòng)、復(fù)合加工和智能化方向發(fā)展外，也更重視環(huán)保化，綠色生態(tài)機(jī)床開始成為研究熱點(diǎn)并日益受到重視?！熬G色生態(tài)機(jī)床”是近年來機(jī)床行業(yè)的一種發(fā)展趨勢(shì)，其強(qiáng)調(diào)了機(jī)床、環(huán)境、人三者之間的關(guān)系，目地是大幅度提高機(jī)床生產(chǎn)效率的同時(shí)降低對(duì)環(huán)境的影響和對(duì)操作者健康的危害。加工中心作為數(shù)控機(jī)床的重要代表性產(chǎn)品，也具有向環(huán)保化方向發(fā)展的趨勢(shì)。 指導(dǎo)教師評(píng)閱意見（對(duì)選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng)閱） 審 核 簽字： 年 月 日 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(huì)意見 簽字： 年 月 日公章：