立式数控刀架优化设计选型毕业论文

2022-03-15 20:10:42

论文总字数：8082字

毕业设计(论文)开题报告

学生姓名： 葛广金 学号： P1208130407

所在学院： 机械与动力工程学院

专业： 机械工程

设计(论文)题目： 立式数控刀架优化设计选型

指导教师： 王华

2017 年 2 月 27 日

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；

4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。

毕业设计（论文）开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文献综述

数控刀架是数控车床最普遍的一种辅助装置，它可使数控车床在工件一次装夹中完成多种甚至所有的加工工序，以缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，从而提高机床的加工效率和加工精度。数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。

利用Pro/e软件进行数控刀架建模，对优化部分的立式数控刀架结构进行三维建模，不但简便易行，而且效果突出，既可以将刀架细节表现无遗，又可以将其配合关系表达清楚，从而使人们在计算机屏幕上就可以详尽了解造型特点和刀架结构而通过三维模型又能对部件在现实环境中的装配进行建立，评估和优化，以便最佳满足工程需求。在数控刀架的优化设计选型中,采用三维设计方法,利用Pro/E对其进行了三维实体建模及装配设计,以验证设计方案的可行性。该方法提高了产品的设计质量和设计效率,为产品的结构优化设计提供了有效的途径。

文献[1]数控刀架的典型结构及可靠性设计系统地阐述了数控刀架典型结构及可靠性设计的理论与方法。内容包括：数控机床的基础知识，动力刀架的基本理论，数控刀架核心零件和数控刀架典型结构的设计与分析及其在机床上的应用，数控刀架的精度检测技术,数控刀架部件的可靠性设计方法，数控刀架的可靠性试验方法，数控刀架伺服电机的性能试验方法，数控刀架转位电机的可靠性试验方法，实验数据统计和分析的基本方法等。数控刀架的典型结构及可靠性设计内容丰富，概念清晰，阐述详尽，系统性强，展现了多种数控刀架典型结构及可靠性设计方法，有助于开阔我们的视野。

文献[2]学习了机械优化设计的基本理论和方法、优化设计工具软件及工程应用，同时还了解了优化设计学科的前沿知识。主要内容有：优化设计概述、优化方法的数学基础、一维搜索方法、基于导数的优化方法、非导数优化方法、线性规划方法、优化设计实用技术、机械优化设计常用软件及优化设计应用实例。

文献[3]机械结构设计的基本要求和准则，内容包括：机械结构设计概论，提高强度、刚度和延长寿命的结构设计准则，提高精度的结构设计准则，符合人机工程学设计准则、避免或减小对人类损害的结构设计准则，改进零部件结构工艺性的结构设计等。书中配有大量的结构设计实例及案例分析，更便于理解和应用。

文献[4]数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。

文献[5]机床数控化改造主要是针对数控系统，伺服系统，辅助控制系统和液压系统的改造。由于数控机床本身是机，电，液一体化，结构复杂的产品，因此在改造中是否按照准确的计算方法计算，是否按照规则，要求选择改造方案和元器件类型，是决定改造后机床性能，运行精度，加工质量和可靠性的关键因素。

文献[6]立式数控车床，是在吸收了国内外同类机床先进技术的基础上，顺应市场需求而设计、生产的高端产品。该产品经济、高效，是汽车、军工及其它各类机械行业加工复杂盘类零件的首选。该系列机床可以加工各种短轴类、盘类零件，可以车削各种螺纹、圆弧回转体的内外曲面、端面、沟槽。适用于批量大、加工精度高、尺寸一致性要求高的零件加工。针对国内一些典型客户而言，其设备保有量都在几十台甚至上百台，有些设备使用年限在五年以上的，机床内部核心功能部件例如刀架故障率会逐渐升高，面对这种情况以及客户希望提升设备工作效率时，客户会去考虑对机床进行升级，这也是目前很多机床厂商开拓的新业务。

文献[7]文献[8]我国机械制造业拥有相当数量的普通机床，其生产效率低、加工精度低、适应性差，不能加工复杂的零件。为了节约资金、降低成本，对原有普通机床进行数控化改造，是提高普通机床数控化率，解决上述矛盾的一种有效途径。在对普通车床的数控化改造中，换刀装置的设计是一个必须解决的问题，在大多数普通车床的数控改造中，电动刀架控制系统的设计往往采用单片机提供控制信号，然后通过继电器和专门电路实现换刀控制，或者采用 PLC 和继电器实现换刀控制。

文献[9]文献[10]数控刀架本身的分度精度及重复定位精度对刀架调装一致性的影响甚微，水平位移误差及水平位移重复定位误差值小到可以忽略不计。造成液压系统泄漏的原因很复杂，从根本上消除液压系统的泄漏很难做到。对于亚龙 YL-218 液压实训台，只有从影响液压系统泄漏因素出发，找出我们现有条件能实施的办法，采取合理的措施可尽量减少液压系统泄漏。调装镗孔类部件在加工过程中预留精加工余量，在装配完成后执行精加工的方法，很好地解决了保证调装部件一致性的问题，现阶段国内机床行业的绝大多数厂家均采用自镗加工来保证功能部件一致性。

文献[11]文献[12]我国数控技术的发展起步于上世纪中期，通过一系列数控技术的引进，消化吸收和科技攻关，数控技术和数控产业取得相当大的进步，尤其近几年，我国数控产业规模增长极为迅速。但是，长期依赖进口导致我国数控机床整体实力偏低，特别是高档数控机床尤为明显，缺乏与国际市场的竞争力，究其主要原因是缺乏研究的持续性、缺乏数控技术人才和服务意识，以及国家重视力度不够等。通过一系列计算确定了数控立式车床的动力参数完成其传动机构的设计，并通过有限元法对齿轮轴进行了校核，同时利用仿真分析验证了传动机构的传动比，结果确定了设计数据的准确。利用有限元方法实现了机床结构的动力学分析，确定了机床的有限元模型，并分析了谐响应和随机振动对机床结构的影响，提出如何避免出现这些破坏机床结构通过拓扑优化方法对机床立柱进行了优化设计。此外还进行了刀架丝杆的设计及其电机的选型，确定了丝杆的型号，并且通过运动学分析了其在实际使用中不存在爬行现象，从而保证使用的精度。对于机床导向部分，选择的是矩形截面导轨，通过定位原理确定其可以达到准确导向的目的，通过斜镶条来调节其间隙，使精度能得以保证。

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