數(shù)控加工中心刀庫設(shè)計開題報告

1、 遼寧省高等教育自學(xué)考試 數(shù)控技術(shù) 專業(yè)（本科段）畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 設(shè)計題目： 數(shù)控加工中心刀庫設(shè)計 助學(xué)單位 大連電子信息應(yīng)用教育中心 姓 名 準(zhǔn)考證號 指導(dǎo)教師 2013 年 12 月 28 日一、課題背景、目的與意義(1) 背景：數(shù)控技術(shù)從20世紀(jì)50年代初，在美國首先應(yīng)用至今，已有五十多年的歷史了，它從機床工業(yè)開始，如今已滲透到航空、造船等其他機械制造部門。從過去的單機控制發(fā)展到現(xiàn)在的成組控制，一條線控制以至整個車間和工廠的自動化控制，涉及的新技術(shù)和配套技術(shù)也越來越多，數(shù)控技術(shù)已成為機電工業(yè)不可忽視的新技術(shù)，而且隨著信息社會的到來，這一技術(shù)還在不斷深入和豐富之中。(2) 目的：

2、數(shù)控加工中心是綜合的高新技術(shù)產(chǎn)品。它柔和了機械、電子電工、計算機技術(shù)、控制工程等技術(shù)于一身。對刀庫系統(tǒng)的設(shè)計是實現(xiàn)對工件表面進(jìn)行連續(xù)加工的必要設(shè)備之一，配備了刀庫之后可以自動進(jìn)行鏜、擴、絞、銑、銷、鉆等多工步的加工工步的加工，使加工中心集中多工序加工成為了可能，而刀庫為加工中心的自動化換刀、多工位的加工提供了刀具的支持。刀庫是換刀系統(tǒng)核心部件之一，其主要作用在于減少加工過程中的非切削時間，以提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而提升機床乃至整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)力。隨著加工中心的發(fā)展，國家企業(yè)對高速，大功率，高效率的要求，以及atc的設(shè)計的去向和系統(tǒng)化的走向，刀庫的設(shè)計顯得尤為關(guān)鍵和重要了。(3) 意義：

3、隨著現(xiàn)在科技水平的提高，我國工業(yè)水平日益增長，綜合國力不斷提升，這樣在機械自動化管理中，數(shù)控技術(shù)就越顯其關(guān)鍵性的作用。在機械設(shè)備生產(chǎn)運營中數(shù)控技術(shù)作為其核心問題已經(jīng)是衡量國家整體技術(shù)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。所以，在我國的制造中數(shù)控技術(shù)成為首要考慮并被廣泛應(yīng)用的技術(shù)，這樣就使我國的工業(yè)制造同時滿足戰(zhàn)略角度和發(fā)展策略的要求，大大提高我國工業(yè)經(jīng)濟水平。目前，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為機械制造中的關(guān)鍵性成分，而且越來越受到國家社會的重視。在日益更新?lián)Q代的科技新產(chǎn)品的壓力下，傳統(tǒng)機械制造水平已經(jīng)很難滿足發(fā)展的需要，加上以計算機為代表的現(xiàn)代科技業(yè)的發(fā)展，另外，在競爭激烈的市場經(jīng)濟壓力下都能使機械制造業(yè)開始加大對技術(shù)的改革創(chuàng)

4、新管理，以滿足多樣化的現(xiàn)代產(chǎn)品的發(fā)展和適應(yīng)其換代的高速度。隨著多品種小批量式產(chǎn)品的大量生產(chǎn)，外加各個企業(yè)單位對成本和交貨的質(zhì)量要求越來越高，使得現(xiàn)代制造技術(shù)必須具備高柔性。為了增強有關(guān)機械制造業(yè)的高程度適應(yīng)外界影響的能力，并滿足市場變化的需要，就必然引進(jìn)現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，充分利用其靈活性，盡可能多地講數(shù)控技術(shù)運用在機械制造業(yè)中，最終，提高機械設(shè)備的整體功能和效率，并促進(jìn)設(shè)備的可靠性，使產(chǎn)品的質(zhì)量上升到新的高度，適應(yīng)激烈競爭的現(xiàn)代市場。國內(nèi)現(xiàn)狀我國數(shù)控技術(shù)起步于20世紀(jì)50年代末期，經(jīng)歷了初期的封閉式開發(fā)階段，“六五”、“七五”期間的消化吸收、引進(jìn)技術(shù)階段，“八五”期間建立國產(chǎn)化體系階段，“九五”期

5、間產(chǎn)業(yè)化階段，現(xiàn)已基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控專業(yè)人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。目前，較具規(guī)模的企業(yè)有廣州數(shù)控、航天數(shù)控、華中數(shù)控等，生產(chǎn)了具有中國特色的經(jīng)濟型、普及型數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)半個世紀(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認(rèn)可，在市場上站穩(wěn)了腳跟。但是由于系統(tǒng)技術(shù)含量低，產(chǎn)生的附加值少，不具備與進(jìn)口系統(tǒng)進(jìn)行全面抗衡的能力，只在低端市場占有一席之地，還不能為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)起到支撐的作用，與國外相比，還有不小的差距。主要問題有以下幾方面：(1)技術(shù)創(chuàng)新成分低、消化吸收能力不足目前我國數(shù)控技術(shù)的研究主要還是依照國外開發(fā)的一些模式按部就班地進(jìn)行。真

6、正創(chuàng)新的成分不多，對國外技術(shù)的依賴度較高，對所引進(jìn)技術(shù)的消化依舊停留在掌握已有技術(shù)和提高國產(chǎn)化率上，沒有完全形成產(chǎn)品自主開發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力。技術(shù)引進(jìn)是加快我國控技術(shù)發(fā)展的一條重要途徑，但引進(jìn)的技術(shù)要實現(xiàn)從根本上提高我國數(shù)控技術(shù)水平，必須進(jìn)行充分的消化吸收。消化吸收的力度不強，不但無法擺脫對國外技術(shù)的依賴，而且還會造成對國外技術(shù)依賴性增強的反作用。 (2)技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境不完善我國尚未形成有利于企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的競爭環(huán)境。企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的動力來源于對經(jīng)濟利益的追求和外部市場的競爭壓力，其技術(shù)創(chuàng)新意識不強。企業(yè)還沒有建立良好的技術(shù)創(chuàng)新機制，絕大部分企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新組織仍處于一種分散狀態(tài)，很難取得高水平的科

7、研成果。 (3)產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性不高可靠性的指標(biāo)一般采用平均無故障時間(mtbf，單位為h)，國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在10 000 h以上，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間僅為3 0006 000 h。這使得可靠性、穩(wěn)定性上就與國外技術(shù)相差很大，必然影響產(chǎn)品的市場占有率 (4)網(wǎng)絡(luò)化程度不夠我國數(shù)控技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化程度不夠，目前主要用于nc程序傳送，采用紙帶閱讀器、串口通訊技術(shù)，其集成化、遠(yuǎn)程故障排除、網(wǎng)絡(luò)化水平有限。 (5)體系結(jié)構(gòu)不夠“開放” 大部分?jǐn)?shù)控產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)不夠開放，用戶接口不完善，少數(shù)具有開放功能的產(chǎn)品又不能形成真正的產(chǎn)品，只是停留在試驗、試制階段。用戶不能根據(jù)自己的需要將積累的技術(shù)

8、經(jīng)驗融入到系統(tǒng)中，無形中流失了很多對數(shù)控技術(shù)改進(jìn)、創(chuàng)新和完善的資源。眾所周知，國外的高檔數(shù)控系統(tǒng)價格非常昂貴，如意大利fidia仿形數(shù)控系統(tǒng)價格為60一70萬元人民幣，英國的雷尼紹仿形測頭價格高達(dá)28萬元人民幣；德國walter的數(shù)控工具磨床，僅一種刀具的編程軟件即需l萬美元。而華中數(shù)控與菲地亞相同檔次的仿形數(shù)控系統(tǒng)價格約僅為其13。此外，若進(jìn)口五軸聯(lián)動以上的數(shù)控系統(tǒng)，還受到西方政府的管制，要對最終用戶和最終用途進(jìn)行調(diào)查，限制其使用，若認(rèn)為與軍事工業(yè)有關(guān)，則不予批準(zhǔn)。即使我國民用工業(yè)能購進(jìn)口這類設(shè)備，其價格也非常昂貴，僅一套cnc單元價格高達(dá)20多萬元人民幣，而華中數(shù)控五軸cnc，價格約為其1

9、4。另外開放式、網(wǎng)絡(luò)化已成為當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢。華中“世紀(jì)星”系列數(shù)控系統(tǒng)包括世紀(jì)星hnc一18i、hnc一19i、hnc一2i和hnc一22四個系列產(chǎn)品，均采用工業(yè)微機(ipc)作為硬件平臺的開放式體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新技術(shù)路線，充分利用pc軟、硬件的豐富資源，通過軟件技術(shù)的創(chuàng)新，實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的突破。通過工業(yè)pc的先進(jìn)技術(shù)和低成本保證數(shù)控系統(tǒng)的高性價比和可靠性。并充分利用通用微機已有軟硬件資源和分享計算機領(lǐng)域的最新成果，如大容量存儲器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、聯(lián)網(wǎng)通訊等技術(shù)，使數(shù)控系統(tǒng)可以伴隨pc技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，從而長期保持技術(shù)上的優(yōu)勢。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它

10、集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅大力發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。因此大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟發(fā)展，提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域

11、：機械制造技術(shù)；信息處理、加工、傳輸技術(shù)；自動控制技術(shù)；伺服驅(qū)動技術(shù)；傳感器技術(shù)；軟件技術(shù)等。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題，目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國的ngc、歐共體的osaca、日本的osec，中國的onc等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象(數(shù)控功能)，形成系列化。并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)

12、范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機，如在em0200l展中，日本山崎馬扎克公司展出的“cyber-production center”(智能生產(chǎn)控制中心，簡稱cpc)；日本大隈機床公司展出的“it plaza”(信息技術(shù)廣場，簡稱it廣場)；德國西門子公司展出的“open m

13、anufactufing environment”(開放式制造環(huán)境，簡稱ome)等，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的加強，對環(huán)保的要求越來越高。不僅要求在機床制造過程中不產(chǎn)生對環(huán)境的污染，也要求在機床的使用過程中不產(chǎn)生二次污染。在這種形勢下，裝備制造領(lǐng)域?qū)C床提出了無冷卻液、無潤滑液、無氣味的環(huán)保要求，機床的排屑、除塵等裝置也發(fā)生了深刻的變化。上述綠色加工工藝愈來愈受到機械制造業(yè)的重視。目前在歐洲的大批量機械加工中，已有10一15的加工實行了干切削或準(zhǔn)干切削。美國harding的quest系列車床、德國hueller的高速加工中心均采用了干切削技術(shù)；日本原洲公司

14、加工中心采用了液氮冷卻技術(shù)；日本富士公司的數(shù)控車床采用了冷風(fēng)冷卻技術(shù)。如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃，并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(omac、osaca、osec)的研究和制定，世界3個最大的經(jīng)濟體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個新的變革時期的來l臨。我國在2000年也開始進(jìn)行中國的onc數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。stepnc的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，stepnc提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，nc加

15、工程序都集中在單個計算機上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，nc程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次，stepnc數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙(約75)、加工程序編制時間(約35)和加工時間(約50)。我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會嚴(yán)重影向我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，首先從

16、社會安全看，因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定。二、設(shè)計應(yīng)用的原理和理論依據(jù)本次設(shè)計所涉及的是xka5032a/c數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀裝置（換刀機械手組成）。它是多工序數(shù)控機床上應(yīng)用最廣泛的換刀裝置，其整個換刀過程比較復(fù)雜。首先把加工過程中需要使用的全部刀具安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄上，在機床外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)后，按一定的方式裝入刀庫。換刀時，現(xiàn)在刀庫中進(jìn)行選刀，由機械手從刀庫和主軸上取出刀具，然后交換位置，把新刀插入主軸，舊到放回刀庫。存放刀具的刀庫具有較大的容量，其容量為六把刀具，采用盤型結(jié)構(gòu)，安裝機床的左側(cè)立柱上。因為x

17、ka5032a/c數(shù)控立式升降臺銑床外形及其他性能參數(shù)等均與thk6363型自動換刀數(shù)控鏜銑床相似，所以本機床的自動換刀裝置的設(shè)計將效仿thk6363型自動換刀數(shù)控鏜銑床換刀裝置，設(shè)計成采用軸向放置的鼓盤式刀庫形式和回轉(zhuǎn)式雙臂機械手組成。刀具按預(yù)定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時按順序轉(zhuǎn)到取刀位置。用過的刀具放在原來的刀座內(nèi)，也可以按順序放入下一個刀座內(nèi)。該法不需要刀具識別裝置，驅(qū)動裝置也比較簡單，工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同工序中不能重復(fù)使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數(shù)量和刀庫的容量，這就降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產(chǎn)

18、生嚴(yán)重的后果。順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，順序不能有差錯。加工時按順序調(diào)刀。適合加工批量較大、工件品種數(shù)量較少的中、小型自動換刀裝置?？芍獢?shù)控銑床用4把刀就可以完成大多數(shù)銑削加工。所以這個容量為六把刀的刀庫，幾乎不存在加工過程需要重復(fù)利用刀具的情況，所以刀具的選擇方式為順序選擇刀具。兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機械手的優(yōu)點是換刀動作可靠，換刀時間短，缺點刀柄精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聯(lián)機調(diào)整的相關(guān)精度要求高，機械手離加工區(qū)較近。一般來說，這種機械手用于刀庫刀座軸線與機床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具形式的自動換刀裝置，因此，xka5032a/c數(shù)控立

19、式升降臺銑床的自動換刀裝置中可采用這種機械手形式。三、設(shè)計方案論證分析xka5032a/c數(shù)控立式升降臺銑床主要由床身、升降臺、工作臺、立銑頭、主傳動、主變速、拉刀機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、自動潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、吊掛、電柜、等部分組成。機床本身并不帶自動換刀裝置。自動換刀裝置作為一套獨立的、完整的機床部件，設(shè)計依據(jù)是該機床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數(shù)量等。1. 1電動機初選（1） 選擇電動機類型（2） 選擇電動機容量（3） 確定電動機轉(zhuǎn)速1.2確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比（1）總傳動比（2）分配減速器的各級傳動比 1.3確定各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率（1）各軸轉(zhuǎn)速（2）各軸輸入功率（3）各軸輸入轉(zhuǎn)

20、矩1.4電動機的校核（1）轉(zhuǎn)矩校核（2）轉(zhuǎn)速校核1.5刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）齒輪傳動的計算（2）軸的校核（3）滾動軸承的校核（4）蝸桿蝸輪的設(shè)計（5）鍵的校核1.6實現(xiàn)功能數(shù)控加工中心刀庫設(shè)計1.7關(guān)鍵技術(shù)及難點主要傳動部件設(shè)計刀庫的設(shè)計換刀裝置的設(shè)計電動機的選擇1.8開發(fā)環(huán)境及系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境：a. 硬件配置：，處理器：core-i3；內(nèi)存：4g；硬盤：500g；b. 操作系統(tǒng)：中文windows 7；c. 開發(fā)工具：autocad；d. 輔助軟件：microsoft office ； e. 開發(fā)地點：；四、預(yù)期成果軟件：該系統(tǒng)windows環(huán)境下的cad設(shè)計圖。文檔：開題報告，中期報告，需求分析，詳細(xì)的設(shè)計文檔，測試文檔