畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)教師意見書姓名設(shè)計(jì)(論文)題目 數(shù)控刀架工藝設(shè)計(jì)評(píng)語:該論文選題新穎，設(shè)計(jì)合理，屬于本學(xué)科研究熱點(diǎn)，研究工作具有一定的理論意義與實(shí)際價(jià)值。論文的內(nèi)容與題目基本相符，結(jié)構(gòu)完整，格式規(guī)范，層次清楚，條理分明，語言通順流暢，內(nèi)容豐富。文獻(xiàn)材料收集豐富詳實(shí)，基本涵蓋了本學(xué)科相關(guān)的主要文獻(xiàn)，并對本學(xué)科發(fā)展趨勢有一定的歸納作用。數(shù)據(jù)資料充分，論述過程嚴(yán)謹(jǐn)，思路清晰，綜合運(yùn)用了所學(xué)知識(shí)解決問題，分析方法選用得當(dāng)，結(jié)果可信。論文撰寫嚴(yán)肅認(rèn)真，推理符合邏輯，結(jié)論和建議具有現(xiàn)實(shí)意義，是一篇有較高學(xué)術(shù)價(jià)值的論文。指導(dǎo)教師 職 稱 工作單位 日期手簽字 講師 大連技師學(xué)校 2014 年 3 月 10 東 北 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯成績評(píng)定東北大學(xué)高等教育自學(xué)考試 數(shù)控技術(shù) 專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辨委員會(huì)于 2014 年 月 日審查了學(xué)生 的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)。設(shè)計(jì)（論文）題目：數(shù)控刀架工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（論文）專題部分：設(shè)計(jì)（論文）說明書共 26 頁，設(shè)計(jì)圖紙 4 張。指導(dǎo)教師： 評(píng)閱人： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)意見：成績: 東北大學(xué)高等教育自學(xué)考試 專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)主任委員： （簽字）20 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評(píng)閱人意見書姓名 助學(xué)單位 大連電子信息應(yīng)用教育中心設(shè)計(jì)(論文)題目 數(shù)控刀架工藝設(shè)計(jì)評(píng)語:論文選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，能夠達(dá)到綜合訓(xùn)練目標(biāo)，題目有較高難度，工作量大。選題具有較高的學(xué)術(shù)研究（參考）價(jià)值（較大的實(shí)踐指導(dǎo)意義） 。該生查閱文獻(xiàn)資料能力強(qiáng)，能全面收集關(guān)于考試系統(tǒng)的資料，寫作過程中能綜合運(yùn)用考試系統(tǒng)知識(shí)，全面分析考試系統(tǒng)問題畢業(yè)論文，綜合運(yùn)用知識(shí)能力強(qiáng)。文章篇幅完全符合學(xué)院規(guī)定，內(nèi)容完整，層次結(jié)構(gòu)安排科學(xué)，主要觀點(diǎn)突出，邏輯關(guān)系清楚，有一定的個(gè)人見解。文題完全相符，論點(diǎn)突出，論述緊扣主題。語言表達(dá)流暢，格式完全符合規(guī)范要求；參考了豐富的文獻(xiàn)資料，其時(shí)效性較強(qiáng)；沒有抄襲現(xiàn)象。評(píng)閱人姓名 職稱 工作單位 日期手簽字 講師 大連大學(xué) 2013 年 1 月 10日 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(jì) (論 文)設(shè)計(jì)題目: 數(shù)控刀架工藝設(shè)計(jì)助學(xué)單位 大連電子信息應(yīng)用教育中心姓 名 2014 年 3 月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 助學(xué)單位: 大連電子應(yīng)用教育中心 專業(yè): 數(shù)控技術(shù) 姓名: 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 題目:數(shù)控刀架工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 內(nèi)容: 隨著 CAD/CAM 技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控編程在數(shù)控加 工中應(yīng)用廣泛。本文以電動(dòng)數(shù)控刀架主要零件下齒盤為例，應(yīng)用 MasterCAM 軟件進(jìn)行其三維建模，對其部分加工工藝進(jìn)行數(shù)控程序的自動(dòng)生成，主要介紹了MasterCAM Mill 的參數(shù)設(shè)置方法。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 專題部分:指導(dǎo)教師: （簽 字） 20 13 年 1 月 10 日助學(xué)單位負(fù) 責(zé) 人: （ 簽 字） 20 13 年 1 月 10 日 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(jì)（論文）開題報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 數(shù)控刀架工藝設(shè)計(jì)助學(xué)單位 大連電子信息應(yīng)用教育中心 姓 名 指導(dǎo)教師 單正林 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)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對國計(jì)民生的一些重要行 業(yè)（ IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。(2) 目的：研究高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢，五軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展，智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展，重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立。(3) 意義：數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的典型代表，在制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，如航空航天、汽車、摩托車、精密機(jī)械、家用電器等有著日益廣泛的應(yīng)用，已成為不可缺少的加工手段。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(dòng)態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。伴隨著全球制造業(yè)向我國轉(zhuǎn)移的發(fā)展趨勢，對數(shù)控加工的需求必將呈現(xiàn)高速、持續(xù)的增長。數(shù)控加工的基礎(chǔ)是數(shù)控機(jī)床。隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對各類產(chǎn)品的生產(chǎn)要求越來越高，類似汽車這樣大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，也要求其個(gè)性化，因此就不能采用傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線，要考慮到適當(dāng)?shù)娜嵝?。一些小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，其復(fù)雜度要求和精度要求也使普通機(jī)床難以勝任。相比之下，數(shù)控機(jī)床恰恰滿足了這些要求。1.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀最近五年我國機(jī)床行業(yè)迅速發(fā)展。我國從 2002 年起已連續(xù) 3 年成為世界第一大機(jī)床消費(fèi)國。2004 年我國金屬加工機(jī)床市場消費(fèi)額為 94.6 億美元。機(jī)床工具行業(yè)是為制造業(yè)提供裝備的行業(yè)。從“十五“情況看，機(jī)床工具市場和發(fā)展速度受制于三大因素：即固定資產(chǎn)投資增長速度、汽車等主要用戶行業(yè)和機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展 速度、外商投資增長速度等。2001 年我國固定資產(chǎn)的投資增速為 12.1%，2002 年是 16.1%，2003 年達(dá) 26.7%，受宏觀調(diào)控影響，2004 年下降到 25.8%。機(jī)床行業(yè)主要用戶的汽車行業(yè)和機(jī)械制造業(yè)等“十五“期間也迅猛發(fā)展，再加上外商投資的逐年增長，使我國的機(jī)床消費(fèi)逐年提高，市場需求持續(xù)旺盛。 “十五”期間，機(jī)床工具行業(yè)的國有企業(yè)基本上實(shí)現(xiàn)了公司制改造。民營企業(yè)和三資企業(yè)在行業(yè)中的比重不斷擴(kuò)大。2004 年民營企業(yè)和三資企業(yè)的個(gè)數(shù)達(dá)到行業(yè)企業(yè)數(shù)的52.6%，產(chǎn)品銷售收入占行業(yè)產(chǎn)品銷售收入的 38.2%，實(shí)現(xiàn)利潤為行業(yè)利潤的 52.9%。 產(chǎn)業(yè)集中度進(jìn)一步提高。大連機(jī)床、沈陽機(jī)床一批企業(yè)通過兼并重組等方式，積極打造機(jī)床航母。2004 年金切機(jī)床產(chǎn)品銷售收入前十名企業(yè)的銷售收入之和已占全行業(yè)產(chǎn)品銷售收入的 42.1%，比上年提高 10.9 個(gè)百分點(diǎn)。在數(shù)控機(jī)床的科技攻關(guān)中，他們采取了“產(chǎn)、學(xué)、研、用”結(jié)合的方式，不僅攻克了一些關(guān)鍵技術(shù)，而且保證了所研發(fā)的產(chǎn)品能滿足生產(chǎn)需要。此外，自主開發(fā)與引進(jìn)國外技術(shù)相結(jié)合，不僅技術(shù)起點(diǎn)高，而且開發(fā)周期大大縮短。“十五”期間，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，其中金切數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量由“九五”時(shí)期的幾千臺(tái)，迅速增加到 2001 年的 17521 臺(tái)、2002 年的 24803 臺(tái)、2003 年的 36813 臺(tái)。2004 年，我國數(shù)控金切機(jī)床年產(chǎn)量首次突破 50000 臺(tái)，達(dá)到 51861 臺(tái)，同比增長 49.8%。年產(chǎn)數(shù)控金切機(jī)床超千臺(tái)的企業(yè)已達(dá) 14 家。 “十五”期間，我國機(jī)床工具行業(yè)出口快速增長。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，2004 年機(jī)床加上工具產(chǎn)品出口 22.52 億美元，其中機(jī)床出口同比增長33.52%。 “十五”期間，我國機(jī)床產(chǎn)品的出口檔次不斷提高。例如 2004 年我國金屬加工機(jī)床出口數(shù)量同比增長-0.64%，但金額卻增長了 42.4%。這說明， 高附加值機(jī)床出口增加，低附加值機(jī)床出口下降。令人欣喜的是，我國數(shù)控機(jī)床的出口在 2004 年首次突破 1 億美元，達(dá)到了 1.2 億美元，占當(dāng)年金屬加工機(jī)床 出口額的 22.6%。2004 年，在機(jī)床工具出口交貨值前五名的企業(yè)中，三資企業(yè)就占三名。這說明，三資企業(yè)已成為拉動(dòng)機(jī)床工具出口的重要力量。在機(jī)床行業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，也存在相當(dāng)大的問題。首先，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在國內(nèi)市場占有率低，企業(yè)競爭力不足。中檔數(shù)控機(jī)床我們可以生產(chǎn)，但生產(chǎn)出來的東西，從質(zhì)量、交貨期到售后服務(wù)都缺少競爭力。以中檔數(shù)控機(jī)床中普通立式加工中心為例，2004 年內(nèi)地大約消耗了一萬臺(tái)，但大陸所有企業(yè)共計(jì)生產(chǎn)兩千臺(tái)左右，而只有八九個(gè)生產(chǎn)加工中心工廠的臺(tái)灣向大陸出口了三千三百臺(tái)。這說明我們的競爭力差，產(chǎn)業(yè)化水平低。我國機(jī)床工具行業(yè)存在的另一個(gè)大問題是進(jìn)出口逆差太大。2004 年我國機(jī)床工具產(chǎn)品進(jìn)口 89.3 億美 元，同比增長 45%，其中金屬加工機(jī)床（金切機(jī)床和成形機(jī)床）進(jìn)口59.16 億美元，同比增長 43.2%。2004 年我國機(jī)床工具產(chǎn)品出口 22.52 億美 元，同比增長33.5%，其中金屬加工機(jī)床出口 5.4 億美元，同比增長 42.4%。也就是說，機(jī)床工具產(chǎn)品去年進(jìn)口總值是出口的 4 倍，進(jìn)出口逆差高達(dá) 66.8 億美元。有關(guān)專家認(rèn)為，機(jī)床企業(yè)要千方百計(jì)滿足用戶需要，確保國產(chǎn)機(jī)床的交貨期和可靠性等以盡量減少進(jìn)口。此外，還要進(jìn)一步采取措施擴(kuò)大出口，以盡量減少逆差。二、設(shè)計(jì)應(yīng)用的原理和理論依據(jù)本次設(shè)計(jì)所涉及的電動(dòng)刀架是 NLD100 四工位電動(dòng)刀架，本刀架適用于數(shù)控車床，可以裝卡各種車削刀具，內(nèi)孔鏜刀等。本刀架工位數(shù)為 4，刀尖中心高為 100 mm，最大主切削力矩為 1650N?M,重復(fù)定位精度為±1.5“，分度精度為±4“，電機(jī)扭矩為 1N?M2。此 四 工 位 的 數(shù) 控 刀 架 有 如 下 幾 個(gè) 特 點(diǎn) ：1． 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 蝸 輪 蝸 桿 傳 動(dòng) 比 較 大 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 體 積 小 。2． 定 位 精 度 較 高 ， 有 利 于 提 高 控 制 精 度 ， 從 而 提 高 了 加 工 的 形 位 精 度 。3． 操 作 方 便 ， 工 位 變 化 自 動(dòng) 進(jìn) 行 ， 節(jié) 省 了 換 刀 時(shí) 間 ， 提 高 了 工 作 效 率 。三 、 設(shè) 計(jì) 方 案 論 證 分 析刀 架 蓋 ——保 護(hù) 刀 架 的 控 制 部 分 ， 防 止 灰 塵 、 鐵 屑 等 雜 物 進(jìn) 入 刀 架 。連 接 盤 ——連 接 盤 與 刀 臺(tái) 由 8 個(gè) M8×20 螺 釘 連 接 固 定 ， 可 以 帶 動(dòng) 刀 臺(tái) 一 起旋 轉(zhuǎn) 。 其 上 的 控 制 元 件 可 以 控 制 連 接 套 和 動(dòng) 齒 盤 及 定 位 銷 的 上 升 位 置 以 及 刀 臺(tái) 的旋 轉(zhuǎn) 位 置 。方 刀 臺(tái) ——其 上 有 12 個(gè) M16×80 螺 釘 ， 可 同 時(shí) 固 定 四 把 車 刀 。定 位 銷 ——與 初 定 位 盤 和 定 位 盤 相 配 合 實(shí) 現(xiàn) 刀 臺(tái) 始 末 位 置 的 確 定 。蝸 輪 套 軸 ——蝸 輪 安 裝 在 上 面 ， 與 蝸 輪 一 起 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 傳 遞 運(yùn) 動(dòng) 和 扭 距 。初 定 位 盤 ——與 定 位 銷 配 合 確 定 刀 臺(tái) 的 初 始 位 置 并 確 定 刀 臺(tái) 旋 轉(zhuǎn) 的 末 位 置 ，其 下 部 有 6 個(gè) 緩 沖 塊 ， 防 止 電 機(jī) 反 轉(zhuǎn) 時(shí) 產(chǎn) 生 沖 擊 。蝸 桿 ——蝸 桿 與 電 機(jī) 相 連 ， 是 刀 架 傳 遞 動(dòng) 力 的 主 要 部 件 ?？?制 部 分 ——由 編 碼 器 ， 微 動(dòng) 開 關(guān) 等 組 成 ， 控 制 動(dòng) 齒 盤 、 連 接 套 及 定 位 銷 的上 升 位 置 和 電 動(dòng) 機(jī) 的 正 反 轉(zhuǎn) 。 還 控 制 方 刀 臺(tái) 的 旋 轉(zhuǎn) 位 置 。固 定 盤 ——傳 遞 部 分 動(dòng) 力 ， 改 善 蝸 輪 套 軸 的 受 力 情 況 。定 位 盤 ——與 定 位 銷 配 合 確 定 刀 架 的 初 末 位 置 。 定 位 盤 的 下 部 開 有 兩 個(gè) 槽 和一 個(gè) 凹 下 去 切 除 出 來 的 平 面 。動(dòng) 齒 盤 ——與 上 下 齒 盤 嚙 合 限 制 刀 架 的 位 置 ， 其 上 安 裝 有 定 位 銷 等 元 件 。上 齒 盤 ——與 刀 臺(tái) 相 固 定 ， 和 動(dòng) 齒 盤 相 嚙 合 ， 實(shí) 現(xiàn) 定 位 。下 齒 盤 ——與 底 座 相 固 定 ， 和 動(dòng) 齒 盤 嚙 合 ， 實(shí) 現(xiàn) 定 位 。蝸 輪 ——與 蝸 桿 相 嚙 合 ， 傳 遞 動(dòng) 力 。底座——底座是刀架上零件的基礎(chǔ)，支撐安裝其上的所有零件，蝸輪和蝸桿在這里嚙合。其下端與機(jī)床體相固定，中間有防震的材料。此電動(dòng)轉(zhuǎn)塔刀架基本結(jié)構(gòu)如圖 2-1圖 2-1 刀架基本結(jié)構(gòu)1.2 實(shí)現(xiàn)功能數(shù)控刀架工藝設(shè)計(jì)1.3 關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)主要傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)2. 開發(fā)環(huán)境及系統(tǒng)實(shí)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(diǎn)：；四、預(yù)期成果軟件：該系統(tǒng) windows 環(huán)境下的 CAD 設(shè)計(jì)圖。文檔：開題報(bào)告，中期報(bào)告，需求分析，詳細(xì)的設(shè)計(jì)文檔，測試文檔，畢業(yè)論文五、工作進(jìn)度計(jì)劃1、第 1-2 周，實(shí)習(xí)調(diào)研、收集相關(guān)的資料完成開始報(bào)告2、第 3 周， 確定目標(biāo)和制定總體設(shè)計(jì)方案3、第 4-8 周，根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算，畫出機(jī)構(gòu)裝配圖4 第 9-11 周，建立程序原型，調(diào)試系統(tǒng)程序5、第 12 周，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書六、參考文獻(xiàn) [1] 李善術(shù)，數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004[2] 張新義，等. 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004[3] 王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床. 北京：浙江大學(xué)出版社，2004[4] 陳秀寧，施高義編. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì). 第二版. 杭州：浙江大學(xué)出版社，2004[5] 邱宣懷主編. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，1997[6] 孫訓(xùn)方，方孝淑，關(guān)來泰編. 材料力學(xué). 北京：高等教育出版社，2002[7] 成大先主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002[8] 謝進(jìn)，萬朝燕，杜立杰主編. 機(jī)械原理. 北京：高等教育出版社，2004[9] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會(huì). 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007[10] 吳宗澤主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002[11] 侯紅偉. 大型帶式輸送機(jī)制動(dòng)與張緊裝置的最優(yōu)設(shè)置. 煤礦機(jī)電，2007 年第 6 期[12] 卜炎主編. 機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999[13] 運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用設(shè)計(jì)手冊委員會(huì). 運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用設(shè)計(jì)手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版 1999繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）題 目 數(shù)控刀架工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 習(xí) 中 心 專 業(yè) 層 次 學(xué) 生 班 號(hào) 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 答 辯 日 期 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語姓名： 班號(hào)： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)： 層次： 學(xué)習(xí)中心： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 工作起止日期：______ 年____ 月____ 日起 ______ 年____ 月____ 日止指導(dǎo)教師對畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行情況、完成質(zhì)量的評(píng)價(jià)意見：指導(dǎo)教師簽字： 指導(dǎo)教師職稱： 評(píng)閱人評(píng)閱意見：評(píng)閱教師簽字： 評(píng)閱教師職稱： 答辯委員會(huì)評(píng)語：根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的材料和學(xué)生的答辯情況，答辯委員會(huì)作出如下評(píng)定：學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯成績評(píng)定為： 對畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的特殊評(píng)語：答辯委員會(huì)主 任（簽字）： 職 稱： 答辯委員會(huì)副主任（簽字）： 答辯委員會(huì)委 員（簽字）： 年 月 日哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書姓 名： 學(xué)習(xí)中心：班 號(hào)： 層 次：學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 任務(wù)起止日期： 年 月 日至 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 數(shù)控刀架工藝設(shè)計(jì) 立題的目的和意義：制造業(yè)信息化已成為全球化的發(fā)展趨勢。機(jī)床數(shù)控技術(shù)已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。它推動(dòng)了制造業(yè)向信息化、集成化和智能化方向發(fā)展。電動(dòng)數(shù)控刀架數(shù)控車床重要的功能部件之一，結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定、定位精度高。本設(shè)計(jì)主要針對在數(shù)控車床中廣泛應(yīng)用的四工位電動(dòng)刀架進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文首先介紹了數(shù)控機(jī)床和電動(dòng)數(shù)控刀架的發(fā)展和現(xiàn)狀，分析研究了四工位電動(dòng)刀架的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別對主要零件如底座、刀臺(tái)、上齒盤、下齒盤、初定位盤、動(dòng)齒盤進(jìn)行了分析介紹。從刀架實(shí)際工作條件出發(fā)，根據(jù)渦輪齒面接觸強(qiáng)度對由渦輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算。然后對主要零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。技術(shù)要求與主要內(nèi)容：隨著 CAD/CAM 技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控編程在數(shù)控加工中應(yīng)用廣泛。本文以電動(dòng)數(shù)控刀架主要零件下齒盤為例，應(yīng)用 MasterCAM軟件進(jìn)行其三維建模，對其部分加工工藝進(jìn)行數(shù)控程序的自動(dòng)生成，主要介紹了 MasterCAM Mill 的參數(shù)設(shè)置方法。另外刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，通過資料搜集總結(jié)，本文中進(jìn)行了專題介紹。進(jìn)度安排：同組設(shè)計(jì)者及分工：指導(dǎo)教師簽字：___________________年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字：___________________年 月 日哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I摘 要制造業(yè)信息化已成為全球化的發(fā)展趨勢。機(jī)床數(shù)控技術(shù)已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。它推動(dòng)了制造業(yè)向信息化、集成化和智能化方向發(fā)展。電動(dòng)數(shù)控刀架數(shù)控車床重要的功能部件之一，結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定、定位精度高。本設(shè)計(jì)主要針對在數(shù)控車床中廣泛應(yīng)用的四工位電動(dòng)刀架進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文首先介紹了數(shù)控機(jī)床和電動(dòng)數(shù)控刀架的發(fā)展和現(xiàn)狀，分析研究了四工位電動(dòng)刀架的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別對主要零件如底座、刀臺(tái)、上齒盤、下齒盤、初定位盤、動(dòng)齒盤進(jìn)行了分析介紹。從刀架實(shí)際工作條件出發(fā)，根據(jù)渦輪齒面接觸強(qiáng)度對由渦輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算。然后對主要零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。隨著 CAD/CAM 技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控編程在數(shù)控加工中應(yīng)用廣泛。本文以電動(dòng)數(shù)控刀架主要零件下齒盤為例，應(yīng)用 MasterCAM 軟件進(jìn)行其三維建模，對其部分加工工藝進(jìn)行數(shù)控程序的自動(dòng)生成，主要介紹了 MasterCAM Mill 的參數(shù)設(shè)置方法。另外刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，通過資料搜集總結(jié)，本文中進(jìn)行了專題介紹。關(guān)鍵詞 數(shù)控技術(shù)；電動(dòng)數(shù)控刀架；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；數(shù)控編程哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）II目 錄1 緒 論 11.1 數(shù)控機(jī)床簡述 11.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 31.1.1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢 .31.1.2 五軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展 .41.1.3 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 .51.1.4 重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立 .61.3 數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展分析 62 數(shù)控刀架 92.1 數(shù)控刀架介紹 92.2 幾種典型轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)分析 92.2.1 液壓式 .92.2.2 液壓機(jī)械式 .102.2.3 電動(dòng)式 .112.3 我國數(shù)控刀架行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 143 NLD100 電動(dòng)刀架設(shè)計(jì) 183.1 NLD100 電動(dòng)刀架介紹 .183.2 NLD100 電動(dòng)刀架結(jié)構(gòu) .183.2.1NLD100 基本結(jié)構(gòu)介紹 .183.2.2NLD100 主要部件介紹 .193.3 主要傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) 204 計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程 254.1 CAM 軟件介紹 254.1.1 下面介紹幾個(gè)在國內(nèi)外應(yīng)用較多的軟件 .254.1.2 本設(shè)計(jì)使用的 MasterCAM 軟件 .264.2 應(yīng)用 MASTERCAM 對數(shù)控刀架下齒盤建模 284.2.1 下齒盤結(jié)構(gòu)介紹 .28哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）III4.2.2 用 Mastercam 建立三維模型 294.3 應(yīng)用 MASTERCAM 生成部分下齒盤數(shù)控加工程序 324.3.1 工作設(shè)定（Job Set） 324.3.2 外型銑削加工 .334.3.3 鉆孔加工 .374.3.4 生成數(shù)控程序 .395 經(jīng)濟(jì)環(huán)保性分析 41參考文獻(xiàn) 43致 謝 44哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11 緒 論1.1 數(shù)控機(jī)床簡述數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的典型代表，在制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，如航空航天、汽車、摩托車、精密機(jī)械、家用電器等有著日益廣泛的應(yīng)用，已成為不可缺少的加工手段。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(dòng)態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。伴隨著全球制造業(yè)向我國轉(zhuǎn)移的發(fā)展趨勢，對數(shù)控加工的需求必將呈現(xiàn)高速、持續(xù)的增長。數(shù)控加工的基礎(chǔ)是數(shù)控機(jī)床。隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對各類產(chǎn)品的生產(chǎn)要求越來越高，類似汽車這樣大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，也要求其個(gè)性化，因此就不能采用傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線，要考慮到適當(dāng)?shù)娜嵝浴Ｒ恍┬∨可a(chǎn)的產(chǎn)品，其復(fù)雜度要求和精度要求也使普通機(jī)床難以勝任。相比之下，數(shù)控機(jī)床恰恰滿足了這些要求。數(shù)控機(jī)床最早產(chǎn)生于美國，是軍備競賽的產(chǎn)物，是為解決航空與航天技術(shù)方面的大型和復(fù)雜零件的單件、小批量生產(chǎn)而發(fā)展起來的。1952 年，美國PARSON 公司與麻省理工學(xué)院(MIT) 合作，研制出世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此機(jī)床行業(yè)，乃至整個(gè)制造業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。在機(jī)床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術(shù)，許多過去在普通機(jī)床上無法完成的工藝內(nèi)容得以完成，大量普通機(jī)床為數(shù)控機(jī)床所代替，這就極大地促進(jìn)了機(jī)床行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展。對于整個(gè)制造業(yè)，由于大量引用數(shù)控機(jī)床，使得產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，新產(chǎn)品開發(fā)周期明顯縮短，滿足了廣大消費(fèi)者求新和追求個(gè)性化的要求，從而形成了制造業(yè)與市場相互促進(jìn)的發(fā)展趨勢。目前數(shù)控機(jī)床已經(jīng)遍布軍工、航空航天、汽車、造船、機(jī)車車輛、機(jī)床、建筑、通用機(jī)械、紡織、輕工、電子等幾乎所有制造行業(yè)。一段時(shí)期內(nèi)機(jī)床行業(yè)在技術(shù)發(fā)展上曾被視為“夕陽工業(yè)” ，如今再度受到全世界的高度重視。在這一歷史性轉(zhuǎn)變中，數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展功不可沒。此外，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，還帶動(dòng)了眾多相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制部分已經(jīng)從硬件為主的數(shù)控裝置，發(fā)展成硬件軟件相結(jié)合的計(jì)算機(jī)數(shù)控(computer numerical control，CNC)系統(tǒng)，造就了一批數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)。由于數(shù)控機(jī)床是根據(jù)事先編好的程序進(jìn)行自動(dòng)加工的，因此其發(fā)展與自動(dòng)控制技術(shù)(包括伺服驅(qū)動(dòng)與控制)密切相關(guān)。應(yīng)該說，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展將自動(dòng)控制理論與技術(shù)的發(fā)展推到了更高的水平。數(shù)控機(jī)床的哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2發(fā)展，還帶動(dòng)了精密測量技術(shù)和精密機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了一大批檢測裝置、精密機(jī)構(gòu)單元的生產(chǎn)經(jīng)銷企業(yè)。數(shù)控機(jī)床具有以下特點(diǎn)：（1）適應(yīng)范圍廣數(shù)控機(jī)床是通過執(zhí)行已經(jīng)編制好的數(shù)控程序來控制機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而進(jìn)行自動(dòng)加工的。改變加工對象時(shí)，只需重新編制一個(gè)數(shù)控程序，因此可以適應(yīng)多種不同零件的加工。（2）生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短在數(shù)控機(jī)床上加工新的零件，大部分準(zhǔn)備工作是針對零件工藝編制數(shù)控程序，而不是去準(zhǔn)備靠模、鉆鏜模、專用夾具等工藝裝備，而且編程工作可以離線進(jìn)行，這樣大大縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，因此應(yīng)用數(shù)控機(jī)床，十分有利于企業(yè)產(chǎn)品的升級(jí)換代和新產(chǎn)品的開發(fā)。（3）工序高度集中為了體現(xiàn)自動(dòng)、柔性的特點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)和功能的設(shè)計(jì)上，充分考慮了工序的集中，使機(jī)床租加工時(shí)有足夠的剛度，精加工時(shí)又有可靠的精度。在數(shù)控機(jī)床上加工，特別是在帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床上加工，往往是一次裝夾后，完成盡可能多的加工內(nèi)容。這樣就可以減少機(jī)床、夾具的數(shù)量和因重復(fù)裝夾定位造成的誤差，同時(shí)還能夠縮短轉(zhuǎn)序、等待和裝夾等輔助時(shí)間。（4）生產(chǎn)效率和加工精度高由于數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用了有針對性的設(shè)計(jì)，因此加工時(shí)可以采用較大的切削用量。特別是一些重切數(shù)控機(jī)床，其切削用量可以是普通金屬切削機(jī)床常用量的十幾倍。加上自動(dòng)換刀等輔助動(dòng)作的自動(dòng)化．使得救控機(jī)床的生產(chǎn)效率非常高。與此同時(shí)，數(shù)控機(jī)床還具有相當(dāng)高的加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性。這也是由數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了必要的措施，以及機(jī)電結(jié)合的特點(diǎn)決定的。首先是在結(jié)構(gòu)上引入了滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)、各種消除間隙結(jié)構(gòu)等，使機(jī)械傳動(dòng)的誤差盡可能小，其次是采用了軟件精度補(bǔ)償技術(shù)，使機(jī)械誤差進(jìn)一步減小；第三是用程序控制加工，減少了人為因素對加工精度的影響。這些措施不僅保證了較高的加工精度，同時(shí)還保持了較高的質(zhì)量穩(wěn)定性。（5）復(fù)雜型面的加工數(shù)控系統(tǒng)不僅可以控制多個(gè)鈾的運(yùn)動(dòng)、而且能夠驅(qū)動(dòng)多個(gè)軸聯(lián)動(dòng)，使刀具在三維空間中能實(shí)現(xiàn)任意軌跡。這就是使得許多采用普通加工方法無法完成的復(fù)雜型面的加工成為可能。哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3（6）多種工藝復(fù)合工藝復(fù)合化是指工件一次裝夾后，通過自動(dòng)換刀等措施來完成多工序和多表面的加工。這不僅可以提高工件的形位精度，縮短裝夾時(shí)間工件的整個(gè)制造周期還可減少加工設(shè)備的臺(tái)數(shù)和節(jié)省占地面積，以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。加工中心、車削中心和車銑中心是工藝復(fù)合化的典型代表。（7）高度的可靠性、安全性以及完善的監(jiān)控和自診斷功能要使機(jī)床的加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、工作過程安全可靠、須有完善的監(jiān)控功能和有效的安全措施。（8）具有開放的控制系統(tǒng)由于機(jī)床向著靈活、多功能、復(fù)雜化發(fā)展，控制系統(tǒng)也必須適應(yīng)這一要求。未來的控制器應(yīng)能夠重新配置、修改、擴(kuò)充和改裝,有時(shí)是重新生成。因此,系統(tǒng)應(yīng)是開放式的。每個(gè)開發(fā)者可以按照事先組建的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)自己的產(chǎn)品，各種產(chǎn)品成分都能在這個(gè)結(jié)構(gòu)中找到自己合適的位置。（9）易于集成且有一定的智能數(shù)控機(jī)床不僅有良好的單機(jī)自動(dòng)化使用的功能，而且有易于集成為系統(tǒng)的特點(diǎn)，因而其信息流的接口應(yīng)采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。此外，它還應(yīng)有一定的智能，以代替人的部分腦力勞動(dòng)，從而提高整個(gè)生產(chǎn)過程的效率。數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其組成部分大多屬于高技術(shù)范疇。因此對使用者和維護(hù)人員都有很高的要求。1.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對國計(jì)民生的一些重要行 業(yè)（IT 、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面［1～4］ 。1.1.1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）將其確定為 21 世紀(jì)的中心研究方向之一。哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn) 30 萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁 和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進(jìn)行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制 造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來替代多個(gè)零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精 和高柔性的要求。從 EMO2001 展會(huì)情況來看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/min 左右。目前世界上許多汽車廠，包括我 國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。美國 CINCINNATI 公司的 HyperMach 機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá) 60m/min，快速為100m/min，加速度達(dá) 2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá) 60 000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用 30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h，在普通銑床加工需8h；德國 DMG 公司的雙主軸車床的主 軸速度及加速度分別達(dá) 12*!000r/mm和 1g。在加工精度方面，近 10 年來，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10μm 提高到5μm，精密級(jí)加工中心則從 3～5μm ，提高到 1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí)(0.01μm)。在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 MTBF 值已達(dá) 6 000h 以上，伺服系統(tǒng)的MTBF 值達(dá)到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。1.1.2 五軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展采用 5 軸聯(lián)動(dòng)對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1 臺(tái) 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于 2 臺(tái) 3 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，5 軸聯(lián)動(dòng)加工可比 3 軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。但過去因 5 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、 主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比 3 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床（含 5 面加工機(jī)床）的發(fā)展。在 EMO2001 展會(huì)上，新日本工機(jī)的 5 面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 軸加工可在同一臺(tái)機(jī)床上 實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國 DMG 公司展出DMUVoution 系列加工中心，可在一次裝夾下 5 面加工和 5 軸聯(lián)動(dòng)加工，可由CNC 系統(tǒng)控制 或 CAD/CAM 直接或間接控制。1.1.3 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控 制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等；簡化編程、簡化 操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。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(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、歐共體的 OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的 OSEC(Open System Environment for Controller)，中國的 ONC(Open Numerical Control System)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(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)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(shí)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(gè)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)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、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(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。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(shí)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(jī)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(jī)，如在 EMO2001 展中， 日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡稱 CPC)；日本大隈（Okuma ）機(jī)床公司展出哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6“IT plaza”（信息技術(shù)廣場，簡稱 IT 廣場)；德國西門子 (Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（開放制造環(huán)境，簡稱 OME）等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。1.1.4 重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立（1）關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)規(guī)范如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)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(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí) 期的來臨。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。（2）關(guān)于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術(shù)誕生后的 50 年間的信息交換都是基于 ISO6983 標(biāo)準(zhǔn)，即采用 G，M 代碼描述如何（how）加工，其本 質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) ISO14649 （STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域 產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。STEP-NC 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(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，STEP-NC 提出一種嶄新的制造理 念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC 加工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)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，STEP-NC 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(shí)間（約35％）和加工時(shí)間（約 50％） 。目前，歐美國家非常重視 STEP-NC 的研究，歐洲發(fā)起了 STEP-NC 的 IMS 計(jì)劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項(xiàng)計(jì)劃的有來自 歐洲和日本的 20 個(gè)CAD/CAM/CAPP/CNC 用戶、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。美國的 STEP Tools 公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級(jí)模型(Super Model)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了 SIEMENS、FIDIA 以及歐洲 OSACA-NC 數(shù)控哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7系 統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。1.3 數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展分析最近五年我國機(jī)床行業(yè)迅速發(fā)展。我國從 2002 年起已連續(xù) 3 年成為世界第一大機(jī)床消費(fèi)國。2004 年我國金屬加工機(jī)床市場消費(fèi)額為 94.6 億美元。機(jī)床工具行業(yè)是為制造業(yè)提供裝備的行業(yè)。從“十五 “情況看，機(jī)床工具市場和發(fā)展速度受制于三大因素：即固定資產(chǎn)投資增長速度、汽車等主要用戶行業(yè)和機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展 速度、外商投資增長速度等。2001 年我國固定資產(chǎn)的投資增速為 12.1%， 2002 年是 16.1%，2003 年達(dá) 26.7%，受宏觀調(diào)控影響，2004 年下降到 25.8%。機(jī)床行業(yè)主要用戶的汽車行業(yè)和機(jī)械制造業(yè)等“十五“ 期間也迅猛發(fā)展，再加上外商投資的逐年增長，使我國的機(jī)床消費(fèi)逐年提高，市場需求持續(xù)旺盛。 “十五”期間，機(jī)床工具行業(yè)的國有企業(yè)基本上實(shí)現(xiàn)了公司制改造。民營企業(yè)和三資企業(yè)在行業(yè)中的比重不斷擴(kuò)大。2004 年民營企業(yè)和三資企業(yè)的個(gè)數(shù)達(dá)到行業(yè)企業(yè)數(shù)的 52.6%，產(chǎn)品銷售收入占行業(yè)產(chǎn)品銷售收入的 38.2%，實(shí)現(xiàn)利潤為行業(yè)利潤的 52.9%。 產(chǎn)業(yè)集中度進(jìn)一步提高。大連機(jī)床、沈陽機(jī)床一批企業(yè)通過兼并重組等方式，積極打造機(jī)床航母。2004 年金切機(jī)床產(chǎn)品銷售收入前十名企業(yè)的銷售收入之和已占全行業(yè)產(chǎn)品銷售收入的 42.1%，比上年提高 10.9 個(gè)百分點(diǎn)。在數(shù)控機(jī)床的科技攻關(guān)中，他們采取了“產(chǎn)、學(xué)、研、用”結(jié)合的方式，不僅攻克了一些關(guān)鍵技術(shù)，而且保證了所研發(fā)的產(chǎn)品能滿足生產(chǎn)需要。此外，自主開發(fā)與引進(jìn)國外技術(shù)相結(jié)合，不僅技術(shù)起點(diǎn)高，而且開發(fā)周期大大縮短?！笆濉逼陂g，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，其中金切數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量由“九五”時(shí)期的幾千臺(tái)，迅速增加到 2001 年的 17521 臺(tái)、2002 年的 24803臺(tái)、2003 年的 36813 臺(tái)。2004 年，我國數(shù)控金切機(jī)床年產(chǎn)量首次突破 50000臺(tái)，達(dá)到 51861 臺(tái)，同比增長 49.8%。 年產(chǎn)數(shù)控金切機(jī)床超千臺(tái)的企業(yè)已達(dá)14 家。 “十五”期間，我國機(jī)床工具行業(yè)出口快速增長。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，2004 年機(jī)床加上工具產(chǎn)品出口 22.52 億美元，其中機(jī)床出口同比增長 33.52%。 “十五”期間，我國機(jī)床產(chǎn)品的出口檔次不斷提高。例如 2004 年我國金屬加工機(jī)床出口數(shù)量同比增長-0.64%，但金額卻增長了 42.4%。這說明， 高附加值機(jī)床出口增加，低附加值機(jī)床出口下降。令人欣喜的是，我國數(shù)控機(jī)床的出口在2004 年首次突破 1 億美元，達(dá)到了 1.2 億美元，占當(dāng)年金屬加工機(jī)床 出口額的 22.6%。2004 年，在機(jī)床工具出口交貨值前五名的企業(yè)中，三資企業(yè)就占三哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8名。這說明，三資企業(yè)已成為拉動(dòng)機(jī)床工具出口的重要力量。在機(jī)床行業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，也存在相當(dāng)大的問題。首先，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在國內(nèi)市場占有率低，企業(yè)競爭力不足。中檔數(shù)控機(jī)床我們可以生產(chǎn)，但生產(chǎn)出來的東西，從質(zhì)量、交貨期到售后服務(wù)都缺少競爭力。以中檔數(shù)控機(jī)床中普通立式加工中心為例，2004 年內(nèi)地大約消耗了一萬臺(tái)，但大陸所有企業(yè)共計(jì)生產(chǎn)兩千臺(tái)左右，而只有八九個(gè)生產(chǎn)加工中心工廠的臺(tái)灣向大陸出口了三千三百臺(tái)。這說明我們的競爭力差，產(chǎn)業(yè)化水平低。我國機(jī)床工具行業(yè)存在的另一個(gè)大問題是進(jìn)出口逆差太大。2004 年我國機(jī)床工具產(chǎn)品進(jìn)口 89.3 億美 元，同比增長 45%，其中金屬加工機(jī)床（金切機(jī)床和成形機(jī)床）進(jìn)口 59.16 億美元，同比增長 43.2%。2004 年我國機(jī)床工具產(chǎn)品出口 22.52 億美 元，同比增長 33.5%，其中金屬加工機(jī)床出口 5.4 億美元，同比增長 42.4%。也就是說，機(jī)床工具產(chǎn)品去年進(jìn)口總值是出口的 4 倍，進(jìn)出口逆差高達(dá) 66.8 億美元。有關(guān)專家認(rèn)為，機(jī)床企業(yè)要千方百計(jì)滿足用戶需要，確保國產(chǎn)機(jī)床的交貨期和可靠性等以盡量減少進(jìn)口。此外，還要進(jìn)一步采取措施擴(kuò)大出口，以盡量減少逆差。哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）92 數(shù)控刀架2.1 數(shù)控刀架介紹數(shù)控刀架是數(shù)控車床重要的功能部件。目前數(shù)控車床向數(shù)控車削中心發(fā)展，其中數(shù)控車床與數(shù)控車削中心的一個(gè)重要組成部分是數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的工作質(zhì)量直接影響到數(shù)控機(jī)床尤其加工中心的質(zhì)量。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的工作質(zhì)量主要表現(xiàn)在換到時(shí)間和故障率。加工中心的故障率有 50%以上一自動(dòng)換刀裝置有關(guān)，自動(dòng)換刀的投資常常占整臺(tái)機(jī)床的 30~50%，為了相應(yīng)降低整機(jī)的價(jià)格，應(yīng)在滿足使用條件的前提下，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單和可靠性高的自動(dòng)換刀裝置。數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔刀架是國際機(jī)床業(yè)發(fā)展中一項(xiàng)主流產(chǎn)品?，F(xiàn)已廣泛被國內(nèi)外立、臥式車床采用。刀架系統(tǒng)是一個(gè)由機(jī)械、電氣控制、軟件程序幾個(gè)部分組成，是一個(gè)典型的機(jī)電一體化裝置。普通車床的刀架機(jī)構(gòu)由人工完成換刀工作，而數(shù)控車床的刀架是自動(dòng)換刀的刀架。數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)按換刀形式的不同可分為帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置和轉(zhuǎn)塔式刀架。前者主要用于加工中心（主要由刀庫、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成） ，后者可以稱為是一種簡單的自動(dòng)換刀裝置，根據(jù)不同的加工對象它可以設(shè)計(jì)成四工位、六工位、八工位等多種形式刀架，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床配置的基本上是四工位臥式自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，在全功能數(shù)控車床上。大多裝有多工位轉(zhuǎn)塔刀架。這種轉(zhuǎn)塔式刀架定位精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便，是數(shù)控車床和數(shù)控車削加工中心的必備附件。2.2 幾種典型轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)分析數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是以回轉(zhuǎn)分度實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)交換及回轉(zhuǎn)動(dòng)力刀具的傳動(dòng)。因此技術(shù)含量高，已趨向?qū)I(yè)開發(fā)生產(chǎn)。所以對數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的研究開發(fā)及應(yīng)用已引起數(shù)控機(jī)床行業(yè)重視。以下是幾種轉(zhuǎn)塔刀架的結(jié)構(gòu)：2.2.1 液壓式這類刀架用液壓缸實(shí)現(xiàn)刀盤鎖緊，低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)，典型結(jié)構(gòu)如圖 2-1。液壓缸可獲得很大的鎖緊力，故刀架剛性好。該機(jī)構(gòu)適用于重負(fù)荷切削，且易雙向轉(zhuǎn)位就近換刀，大型數(shù)控車床應(yīng)用較多。近年已開發(fā)出將液壓馬達(dá)和滾珠式預(yù)分度機(jī)構(gòu)合為一體的液壓分度馬達(dá)。可使刀架結(jié)構(gòu)簡化，哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10重復(fù)定位精度可達(dá)±0.1° ，刀盤加速時(shí)間僅為 0.1 秒，有較好的應(yīng)用前景。2.2.2 液壓機(jī)械式這類刀架用液壓缸鎖緊刀盤，轉(zhuǎn)位于預(yù)分度則用電機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)，如槽輪機(jī)構(gòu)。目前趨向采用動(dòng)態(tài)性能較好的間歇凸輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)（見圖 2-2 平行分度凸輪的應(yīng)用） 。圖 2-1 液壓機(jī)械式平行分度凸輪示意簡圖1.刀盤主軸；2.滾輪架傳動(dòng)齒輪；3.轉(zhuǎn)位傳動(dòng)齒輪；4 平行分度凸輪；5.電機(jī)；6 傳動(dòng)軸哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）112.2.3 電動(dòng)式這類刀架以電機(jī)為動(dòng)力源，使用方便，應(yīng)用最多。主要有以下幾種形式：（1）單面凸爪緊鎖式 結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示，是我國自行開發(fā)的小型產(chǎn)品。刀盤主軸上固聯(lián)有單向凸爪離合器的右半。電機(jī)經(jīng)蝸輪傳動(dòng)使主動(dòng)凸爪（離合器左半）正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩半離合器結(jié)合，兩定位多齒盤脫開嚙合，刀盤轉(zhuǎn)位。到位后反向旋轉(zhuǎn)，刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)被預(yù)分度機(jī)構(gòu)的定位銷阻止，由于凸爪斜面作用使離合器左右兩半分離，使刀盤右移實(shí)現(xiàn)定位緊鎖。此形式結(jié)構(gòu)緊湊，但緊鎖力靠構(gòu)件的彈性變形產(chǎn)生，調(diào)整較難，主軸剛度不宜過大，適用于低速低載，如儀表機(jī)床上使用。圖 2-2 液壓數(shù)控轉(zhuǎn)塔示意圖1.多齒盤；2.液壓缸；3.液壓馬達(dá)；4 電磁閥；5.接近開關(guān)；6 活塞；7.刀盤哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12（2）雙插銷反靠式 圖 2-4 為其示意圖，這類刀架以 T 型絲杠螺母機(jī)構(gòu)產(chǎn)生緊鎖力。電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)絲杠移動(dòng)使兩多齒盤分離，再由反靠盤及插銷帶動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)到位，檢測裝置發(fā)訊使電機(jī)反轉(zhuǎn)，插銷向預(yù)分度槽反靠實(shí)現(xiàn)預(yù)分度。由于另一端插銷斜面作用，反靠盤與之分離，電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)使絲杠連同反向位移到多齒盤嚙合緊鎖。該刀架轉(zhuǎn)位周期約 1～2 秒，不能雙向轉(zhuǎn)位。因只用一個(gè)傳動(dòng)鏈實(shí)現(xiàn)全部動(dòng)作循環(huán)，各動(dòng)作轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)由一特殊雙插銷機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，故結(jié)構(gòu)緊湊，緊鎖可靠，成為國內(nèi)中低檔數(shù)控車床采用的主要機(jī)型。圖 2-3 單面凸爪緊鎖式結(jié)構(gòu)簡圖1.電機(jī)；2.機(jī)械傳動(dòng)；3.預(yù)分度機(jī)構(gòu)；4 刀盤；5.多齒盤定位機(jī)構(gòu)；6 凸爪緊鎖機(jī)構(gòu)；7.調(diào)整螺母；8.檢測裝置圖 2-4 雙插銷反靠式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架簡圖1.電機(jī)；2.傳動(dòng)裝置；3 絲杠螺母機(jī)構(gòu)；4 雙插銷機(jī)構(gòu)；5.多齒盤；6 刀盤；7.預(yù)分度槽盤；8. 反靠盤；9.檢測裝置哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13（3）雙向滾子端面凸輪僅鎖式這類刀架采用正反方向均可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位緊鎖的滾子端面凸輪結(jié)構(gòu)，能就近換刀。圖 2-5 為原理圖，圖中滾輪架只能相對主軸轉(zhuǎn)動(dòng)而不能移動(dòng)；端面凸輪只能相對主軸移動(dòng)，不能轉(zhuǎn)動(dòng)。滾輪架正向或反向回轉(zhuǎn)時(shí)，若滾子位于端面凸輪凸起部，則凸輪在彈簧的推動(dòng)下右移使多齒盤退出嚙合。定位機(jī)構(gòu)由定齒盤，轉(zhuǎn)動(dòng)齒盤和移動(dòng)齒盤構(gòu)成所謂三齒盤結(jié)構(gòu)。因嚙合動(dòng)作由移動(dòng)齒盤在箱體內(nèi)部完成，與轉(zhuǎn)動(dòng)齒盤固聯(lián)的刀盤相對箱體無軸向抬起，密封性好。此類刀架有以下兩種較好的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)：一是緊鎖與轉(zhuǎn)位共用一個(gè)外嚙合行星齒輪傳動(dòng)，如意大利 BARULFADI 公司的 TOE 系列，其傳動(dòng)原理如圖 2-6。當(dāng)交替地固定中心輪 1 或 2 時(shí)，電機(jī)通過轉(zhuǎn)臂驅(qū)動(dòng)另一個(gè)中心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，分別實(shí)現(xiàn)刀盤松開、轉(zhuǎn)位、鎖緊動(dòng)作。此形式國際上較流行。另一種是使用定軸輪系，轉(zhuǎn)位及預(yù)分度用外接式平行分度凸輪間隙轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，它是由兩片平行的共軛平面凸輪組成，如印度 PRA-GATI 廠的 BTP 系列。圖 2 是其傳動(dòng)原理圖。此形式傳動(dòng)平穩(wěn)，無需另設(shè)預(yù)分度盤。圖 2-5 雙向凸輪鎖緊式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架簡圖1.轉(zhuǎn)動(dòng)齒盤；2.定齒盤；3 移動(dòng)齒盤和端面凸輪；4 磙子；5.滾輪架；6 滾輪架傳動(dòng)齒輪；7.轉(zhuǎn)位傳動(dòng)齒輪；8. 碟形彈簧；9.刀盤主軸；10.彈簧哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）142.3 我國數(shù)控刀架行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢數(shù)控刀架是數(shù)控機(jī)床主要的功能部件。數(shù)控機(jī)床技術(shù)向高效、復(fù)合、智能、環(huán)保的方向發(fā)展。主機(jī)技術(shù)水平的不斷提高，要求數(shù)控機(jī)床功能部件必須與之相應(yīng)迅速提高，以保證機(jī)床的速度和精度。解決數(shù)控機(jī)床功能部件的生產(chǎn)、配套及供應(yīng)鏈問題，是解決數(shù)控機(jī)床發(fā)展的瓶頸的關(guān)鍵。我國數(shù)控機(jī)床功能部件最初是通過兩個(gè)途徑進(jìn)行發(fā)展的。一是專業(yè)化附件生產(chǎn)廠家向數(shù)控附件生產(chǎn)發(fā)展，典型的產(chǎn)品有數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、動(dòng)力卡盤、滾珠絲杠等。二是主機(jī)生產(chǎn)廠家自我研發(fā)配套功能性部件，典型的產(chǎn)品有數(shù)控刀架，國內(nèi)大多數(shù)車床廠都經(jīng)歷了這個(gè)過程。目前，我國的功能部件生產(chǎn)發(fā)展緩慢，品種少，產(chǎn)業(yè)化程度低，不能滿足市場 要求，不得不依賴進(jìn)口。由于功能部件進(jìn)口價(jià)格昂貴，造成數(shù)控機(jī)床整機(jī)價(jià)格不斷上升，我國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床幾乎失去了競爭優(yōu)勢。市場顯示，同等水平的數(shù)控機(jī) 床，韓國的價(jià)格幾乎與我國的價(jià)格持平，出現(xiàn)這一現(xiàn)象與我們主機(jī)生產(chǎn)廠大量從國外采購數(shù)控機(jī)床所需的功能部件有很大關(guān)系。我國機(jī)床工具行業(yè)的專家、學(xué)者、企業(yè)家都已看到了功能部件產(chǎn)業(yè)的巨大發(fā)展前景。許多企業(yè)也已瞄準(zhǔn)了這個(gè)市場，通過引進(jìn)技術(shù)、合作生產(chǎn)或自主開發(fā)，初步形成了一批功能部件專業(yè)生產(chǎn)廠家。目前為加工中心配套的刀庫和為車削中心配套的高水平的動(dòng)力刀架還主要依賴進(jìn)口。但可喜的是國內(nèi)已經(jīng)有廠家能夠生產(chǎn)高水平的刀庫和動(dòng)力刀架。北圖 2-6 行星齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用示意圖1.滾輪架傳動(dòng)齒輪；2.轉(zhuǎn)位傳動(dòng)齒輪；3 轉(zhuǎn)臂齒輪；4 行星輪；5.電機(jī)；6.刀盤主軸哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15一數(shù)控機(jī)床公司采用日立精機(jī)和大隈技術(shù)生產(chǎn)的臥式和立式加工中心刀庫；煙臺(tái)機(jī)床附件廠、沈陽第一機(jī)床廠引進(jìn)意大利 Baruffaldi 公司技術(shù)生產(chǎn)的動(dòng)力刀架。但這些產(chǎn)品都沒有形成向社會(huì)配套的能力，所以當(dāng)前應(yīng)認(rèn)真研究如何把這些產(chǎn)品從能夠生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為批量生產(chǎn)，向市場提供商品。從技術(shù)發(fā)展上看，數(shù)控機(jī)床技術(shù)向高速、復(fù)合、智能和環(huán)保方向發(fā)展，對數(shù)控刀架、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)控分度頭提出同樣的 要求。在數(shù)控附件的高速化方面，煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)公司開發(fā)了 AK36 系列伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架，主要特點(diǎn)是采用伺服電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，液壓或氣壓松開夾緊，轉(zhuǎn)位時(shí) 間可調(diào)，最快換一把刀時(shí)間為 0.15s，達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平；TK13250M 高速數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速達(dá)到30r/min；復(fù)合化 AK33 系列動(dòng)力刀架，采用 模塊化設(shè)計(jì)，動(dòng)力刀具由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，銑削動(dòng)力刀具轉(zhuǎn)速最高可達(dá)到 3000r/min；TK14 系列數(shù)控可傾轉(zhuǎn)臺(tái)，由兩個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)達(dá)到兩軸聯(lián)動(dòng)，配套 于五軸聯(lián)動(dòng)加工中心。綜上所述，高速化、復(fù)合化數(shù)控附件產(chǎn)品代表了國內(nèi)最高水平，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，為主機(jī)的發(fā)展提供了保障。獨(dú)立設(shè)計(jì)開發(fā)的 AK3380L×8 數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架，在保持原有引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加了動(dòng)力輸出功能。該刀架可多刀夾持，雙向轉(zhuǎn)位和任意刀位就近選刀，實(shí)現(xiàn)了加工程序的自動(dòng)化、高效化。 這種刀架采用端齒盤作為分度定位元件，分度工作由二進(jìn)制絕對值編碼器識(shí)別。刀架定位與鎖緊由接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)，接近開關(guān)與編碼器均可直接與可編程控制器聯(lián)機(jī)。該刀架結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，配合主機(jī)可完成車、銑、鉆、鏜等工序，是加工中心、數(shù)控車床必備的機(jī)床附件。從國內(nèi)市場來看，目前數(shù)控機(jī)床銷售都以中低檔產(chǎn)品為主，對數(shù)控附件來說，高端產(chǎn)品市場在沒有形成批量銷售之前，主要還是以中低檔產(chǎn)品為主。目前主機(jī)對數(shù)控附件可靠性提出了更高的要求，國內(nèi)公司在這方面也做了大量工作。以 AK31 系列全功能數(shù)控刀架為例，其故障點(diǎn) 80%來自于氣配套件。通過采取措施，提高配套件質(zhì)量，以及對主機(jī)電氣設(shè)計(jì)提出一些具體要求，從而降低了故障，提高了刀架可靠性。數(shù)控機(jī)床功能部件的產(chǎn)品水平與 10 年前相比，應(yīng)該說有了很大的提高。以前研發(fā)此類產(chǎn)品，主要是參照國外產(chǎn)品，也有部分產(chǎn)品是靠引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的。經(jīng)過近 20 年的發(fā)展，數(shù)控分度頭、數(shù)控刀架產(chǎn)品的品種不斷完善，主要性能和可靠性有較大提高。數(shù)控刀架、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)控分 度頭已能滿足中低檔數(shù)控機(jī)床的配套需求。但為高檔數(shù)控機(jī)床配套的數(shù)控附件產(chǎn)品，與國外產(chǎn)品比較還有一定差距。主要差距在于整個(gè)行業(yè)的裝備制造能力和協(xié)作配 套能力不足。數(shù)控機(jī)床的功能部件制約主機(jī)技術(shù)水平和性能的哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：---速度。隨著數(shù)控機(jī)床的高速化發(fā)展，對數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品也提出了相應(yīng)要求。就數(shù)控刀架而言，AK36 系列高速伺服刀架，其水平已接近國外同類產(chǎn) 品；數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)類雖然煙臺(tái)機(jī)床附件廠已研制出 30r/min 的高速轉(zhuǎn)臺(tái)，但與國外發(fā)達(dá)先進(jìn)公司相比還有較大差距，主要差別在于蝸輪副材料的選用方面。---可靠性。近幾年，數(shù)控刀架故障主要集中在電氣配套件上，約占刀架故障率的 80%以上；另外，由于伺服刀架高速、高可靠性等特點(diǎn)，受到主機(jī)廠歡迎。問題是國內(nèi)無此類伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)單元，只能依靠進(jìn)口，因而刀架的成本和價(jià)格都接近國外的同類產(chǎn)品，很難形成產(chǎn)業(yè)化。---精度。國內(nèi)數(shù)控產(chǎn)品的精度及穩(wěn)定性能應(yīng)該說還是比較好的，基本上能滿足主機(jī)配套要求。與日本、德國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品還有一定差距，但不大，與臺(tái)灣地區(qū)的產(chǎn)品相當(dāng)。---產(chǎn)業(yè)化。在整個(gè)數(shù)控機(jī)床附件發(fā)展過程中，產(chǎn)品的交貨期是一個(gè)尤為突出的問題，已制約了主機(jī)快速響應(yīng)市場的能力。只有具備了產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?套能力的企業(yè)，方可適應(yīng)激烈的市場競爭并顯現(xiàn)優(yōu)勢。廠商應(yīng)該建設(shè)新的數(shù)控產(chǎn)品車間，并采購關(guān)鍵設(shè)備，從硬件設(shè)施上保證交貨期。我國的功能部件生產(chǎn)企業(yè)一般規(guī)模較小，布局分散；有些至今還依附在主機(jī)廠或研究所，還沒有推向市場，因此形不成龍頭企業(yè)。有些品種還沒有商品供應(yīng)；有些功能部件性能上與國際著名廠家的產(chǎn)品還有一些差距。能夠生產(chǎn)功能部件的企業(yè)，如果不把體制理順，不把市場做大，不把目前的產(chǎn)品水平提高并盡快追上國際先進(jìn)水平，將很難長久生存。一種產(chǎn)品從研制成功到少量生產(chǎn)，如果不盡快形成規(guī)模，就降不下成本，就占領(lǐng)不了市場，就創(chuàng)不出品牌。沒有高水平功能部件生產(chǎn)能力的大幅提高，將嚴(yán)重影響我國機(jī)床行業(yè)的快速發(fā)展。國內(nèi)專門從事數(shù)控刀架生產(chǎn)的企業(yè)主要有煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司 、沈陽精誠數(shù)控附件廠、溫嶺航輪數(shù)控刀架廠等。煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件廠是全國機(jī)床附件行業(yè)和煙臺(tái)市機(jī)械行業(yè)歷史最久、規(guī)模最大的國有企業(yè)之一。于1949 年建廠，1953 年開始專業(yè)生產(chǎn)機(jī)床附件產(chǎn)品，是一個(gè)擁有從鑄鍛毛坯制作到機(jī)械加工再到裝配調(diào)試綜合生產(chǎn)能力的專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，其設(shè)計(jì)和制造能力在全國機(jī)床附件行業(yè)中處于領(lǐng)先地位?，F(xiàn)有主要生產(chǎn)設(shè)備及關(guān)鍵檢測儀器500 余臺(tái)（套） 。主要產(chǎn)品為“環(huán)球”牌數(shù)控刀架、數(shù)控分度頭、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、機(jī)械分度頭、機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)等 100 余個(gè)規(guī)格品種的機(jī)床附件及多種規(guī)格的數(shù)控專用機(jī)床，年產(chǎn)量超過 2 萬余臺(tái)，是全國數(shù)控分度類機(jī)床附件品種規(guī)格最齊全，哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17生產(chǎn)規(guī)模最大的生產(chǎn)企業(yè)。數(shù)控刀架產(chǎn)品包括：AK21 系列刀架、液壓數(shù)控系列刀架、AK27 系列刀架、AK30 系列刀架、 AK31 系列刀架、AK33 系列刀架、PK14 系列刀架等系列產(chǎn)品，其中引進(jìn)意大利巴拉法蒂 公司技術(shù)生產(chǎn)的全功能AK31 系列、適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的 AK21、AK30 系列。全部刀架采用精密端齒盤定 位，定位精度高、剎緊剛性強(qiáng)。沈陽精誠機(jī)床附件廠是沈陽機(jī)床股份有限公司下屬的專業(yè)化數(shù)控刀架生產(chǎn)企業(yè)。企業(yè)技術(shù)力量雄厚，應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，采用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字技術(shù)配置，擁有現(xiàn)代化的辦公設(shè)施，生產(chǎn)設(shè)計(jì)數(shù)控刀架能力處于國內(nèi)領(lǐng)先位置。自行研發(fā)了 NLD 立式數(shù)控刀架、SYD 液壓數(shù)控刀架、 SD 臥式雙選數(shù)控電動(dòng)刀架、WD 臥式單選數(shù)控電動(dòng)刀架等。同時(shí)企業(yè)引進(jìn)了意大利巴拉法蒂公司的生產(chǎn)技術(shù)，根據(jù)該技術(shù)生產(chǎn)的 TS160、TSM160 系列刀架享有該公司的商標(biāo)注冊權(quán)和專利使用權(quán)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）183 NLD100 電動(dòng)刀架設(shè)計(jì)3.1 NLD100 電動(dòng)刀架介紹本次設(shè)計(jì)所涉及的電動(dòng)刀架是 NLD100 四工位電動(dòng)刀架，本刀架適用于數(shù)控車床，可以裝卡各種車削刀具，內(nèi)孔鏜刀等。本刀架工位數(shù)為 4，刀尖中心高為 100 mm，最大主切削力矩為 1650N?M,重復(fù)定位精度為 ±1.5“，分度精度為±4“，電機(jī)扭矩為 1N?M2。此 四 工 位 的 數(shù) 控 刀 架 有 如 下 幾 個(gè) 特 點(diǎn) ：1． 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 蝸 輪 蝸 桿 傳 動(dòng) 比 較 大 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 體 積 小 。2． 定 位 精 度 較 高 ， 有 利 于 提 高 控 制 精 度 ， 從 而 提 高 了 加 工 的 形 位精 度 。3． 操 作 方 便 ， 工 位 變 化 自 動(dòng) 進(jìn) 行 ， 節(jié) 省 了 換 刀 時(shí) 間 ， 提 高 了 工 作效 率 。3.2 NLD100 電動(dòng)刀架結(jié)構(gòu)3.2.1NLD100 基本結(jié)構(gòu)介紹此電動(dòng)轉(zhuǎn)塔刀架基本結(jié)構(gòu)如圖 3-1哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）193.2.2NLD100 主要部件介紹刀架蓋——保護(hù)刀架的控制部分，防止灰塵、鐵屑等雜物進(jìn)入刀架。連接盤——連接盤與刀臺(tái)由 8 個(gè) M8×20 螺釘連接固定，可以帶動(dòng)刀臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)。其上的控制元件可以控制連接套和動(dòng)齒盤及定位銷的上升位置以及刀臺(tái)的旋轉(zhuǎn)位置。方刀臺(tái)——其上有 12 個(gè) M16×80 螺釘，可同時(shí)固定四把車刀。定位銷——與初定位盤和定位盤相配合實(shí)現(xiàn)刀臺(tái)始末位置的確定。蝸輪套軸——蝸輪安裝在上面，與蝸輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，傳遞運(yùn)動(dòng)和扭距。初定位盤——與定位銷配合確定刀臺(tái)的初始位置并確定刀臺(tái)旋轉(zhuǎn)的末位置，其下部有 6 個(gè)緩沖塊，防止電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生沖擊。蝸桿——蝸桿與電機(jī)相連，是刀架傳遞動(dòng)力的主要部件?？刂撇糠帧删幋a器，微動(dòng)開關(guān)等組成，控制動(dòng)齒盤、連接套及定位銷圖 3-1 刀架基本結(jié)構(gòu)哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20的上升位置和電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。還控制方刀臺(tái)的旋轉(zhuǎn)位置。固定盤——傳遞部分動(dòng)力，改善蝸輪套軸的受力情況。定位盤——與定位銷配合確定刀架的初末位置。定位盤的下部開有兩個(gè)槽和一個(gè)凹下去切除出來的平面。動(dòng)齒盤——與上下齒盤嚙合限制刀架的位置，其上安裝有定位銷等元件。上齒盤——與刀臺(tái)相固定，和動(dòng)齒盤相嚙合，實(shí)現(xiàn)定位。下齒盤——與底座相固定，和動(dòng)齒盤嚙合，實(shí)現(xiàn)定位。蝸輪——與蝸桿相嚙合，傳遞動(dòng)力。底座——底座是刀架上零件的基礎(chǔ)，支撐安裝其上的所有零件，蝸輪和蝸桿在這里嚙合。其下端與機(jī)床體相固定，中間有防震的材料。3.3 主要傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)（1）蝸輪蝸桿的概述：蝸桿傳動(dòng)是用來傳遞空間相互垂直且不相交的兩軸間運(yùn)動(dòng)的。由于傳動(dòng)比大結(jié)構(gòu)尺寸緊湊穩(wěn)定等特點(diǎn)，所以在各類機(jī)床、冶金、礦山及起重設(shè)備等傳動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。（2）蝸輪蝸桿的性能本數(shù)控刀架選用閉式圓柱蝸桿傳動(dòng)采用精度等級(jí) 8 級(jí)，屬于一般動(dòng)力傳動(dòng)，蝸輪的圓周速度（m/s≤3） ，其切齒法：蝸桿是車削加工。蝸輪是用滾刀銑切或飛刀加工并加載跑和，其蝸輪，蝸桿齒面粗糙度 Ra（um）≤3.2。（ 3） 蝸 輪 蝸 桿 的 選 擇蝸桿用 45 鋼，考慮到提高效率、加強(qiáng)耐磨性蝸桿螺旋表面進(jìn)行表面淬火，硬度 45-55HRC。蝸輪用鑄錫青銅 ZCuSn10Pb1。（4）蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算（引用圖表參考[3]）由表 6-3，按 i= 51，取 Z1 =1 ，Z 2=51由于轉(zhuǎn)一個(gè)工位的時(shí)間為 2.2s，故= =2.856rad/s n2 = 27.3n/minN?2t?估算：n1=1392n/min 73.0881??把刀臺(tái)近似為圓住 R=150mm，H=175mm =7.9g/cm3 ?故 m=98.23 Kg 轉(zhuǎn)位時(shí)：哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21=1.106N.m (3-1)21JmR?(3-2)TdJ????????=1.106x =0.91N.mt?1.42375類似空轉(zhuǎn)，應(yīng)按上升和 縮緊時(shí)額定轉(zhuǎn)據(jù)計(jì)算：經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證，取 T1=2.35N.m取 T1= =2.35 2.35x73.088=95W=0.095KW9.4NP?按蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：①確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2 T2 =9550 =9550 =9550 =26991Nm2pn1i?30.95.76410?②確定載荷系數(shù) K 由表 6-6 中選取使用系數(shù) =1.0；取載荷分布系數(shù)AK=1.0；由于蝸輪轉(zhuǎn)速 r/min,蝸輪的圓周速度較?。╩/s≤3） ，故選取K?2.?動(dòng)載荷系數(shù)=1.05，于是 K= =1.0x1.0x1.05=1.05 (3-3)?A??③確定許用接觸應(yīng)力 ，由于表 6-7 中查得 =268N/mm2；應(yīng)力循??H???H??環(huán)次數(shù)N=60jn2Lh=60x2.0x23.5x8x300x10=31392000=3.4x107 取每天工作 8 小時(shí)，壽命 10 年,則 = = 268x =230N/mm2 ??H??710N78103.4x④確定模數(shù) m 及蝸桿分度圓直徑 d1 ,青銅蝸輪與蝸桿配對時(shí)，.得216/EZ?(3-4)??2212496HdKTZ????????=1.05x26991x =50.72530?由表 6-2，取 m=1.6，d 1 =20（m 2d1=51.2）哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22⑤驗(yàn)算蝸輪的圓周速度 2?= = = =0.102 3m/s 2?2601dn??0mz1.6523.0???故 =1.05 合適K?分度圓直徑 d1﹑d 2 及中心距 a。蝸輪分度圓直徑：d 1=20mm蝸桿分度圓直徑：d 2=mz2=1.6x51=81.6mm中心距a= = =50.8mm12?08.6取中心距 a=50 mm，則 mm。50.8.516???⑥校核蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度由表 6-8 按 查得 ，由表 6-9 查得 =56N/mm221ZFaY??H??則許用彎曲應(yīng)力為= (3-5)??H??690N=56x =48.9N/mm269713.4?蝸桿分度圓導(dǎo)程角 .082tgr?43'6??蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度(3-6)221.5cosaFFKTYdm???= .3069.8.3.??=39.57 N/mm2 48.9 N/mm2?蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足強(qiáng)度要求。（5）蝸桿蝸輪各部分尺寸計(jì)算（按表 6-4，6-5）①蝸桿尺寸 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23齒頂高 = m=1x1.6=1.6mm1ah?齒根高 =（ + ） m=（1+0.2）x1.6=1.92 mmfach?齒高 =1.6+1.92=3.52 mm11f??分度圓直徑 mm20d齒頂圓直徑 20+2x1.6=23.2mm11aah?齒根圓直徑 20-2x1.92=16.16 mmff?蝸桿軸向齒距 px= =5.03 mmm?蝸桿尺寬 b1=(8+0.06Z2)m+20=38 mm②蝸輪尺寸齒頂高 = m+m =0.8 mm2ah??齒根高 =m（ + + ）=2.72 mmfaC?齒高 =0.8+2.72=3.52 mm22f??分度圓直徑 mm1.658.dmZ??喉圓直徑 mm2203.2aah?齒根圓直徑 mm.761ff??咽喉母圓直徑 mm2285.aadr??蝸桿尺寬 mm 取 mm0.7.3.4b??2b尺寬角 =2116arcsinarcsin0bd??????????????8'?頂圓直徑 mm2834em??（6）熱平衡計(jì)算滑動(dòng)速度m/s (3-7)20.12.9sini43'6??????當(dāng)量摩擦角 由表 6-10 按 =2.91m/s 查得 =?s???137'?傳動(dòng)效率