關(guān)于自增減材數(shù)控機床的設(shè)想

張楠 馮金豪 劉曉偉 孫鈺凱 劉佳佳

一.機器基本性能及介紹

1、零件加工的適應(yīng)性強、靈活性好，能加工輪廓形狀特別復(fù)雜或難以控制尺寸的零件，如模具類零件、殼體類零件等;

2、能加工普通機床無法加工或很難加工的零件，如用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線零件以及三維空間曲面類零件;

3、能加工一次裝夾定位后，需進行多道工序加工的零件;

4、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，數(shù)控加工還避免了操作人員的操作失誤;

5、生產(chǎn)自動化程度高，可以減輕操作者的勞動強度。有利于生產(chǎn)管理自動化;

6、生產(chǎn)效率高，數(shù)控設(shè)備一般不需要使用專用夾具等專用工藝設(shè)備，在更換工件時只需調(diào)用存儲于數(shù)控裝置中的加工程序，因而大大縮短了生產(chǎn)周期。使工序高度集中有利于選擇最佳切削用量大大提高了生產(chǎn)效率。

7、三位一體，可進行切削和增材、切割工作，簡化了加工步驟。

8、可視攝像頭定位與微型計算機進行最優(yōu)化增減料的智能化行進

二.研究目的

當今世界各國制造業(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。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(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?？傊罅Πl(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。

隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需求頻繁改型，特別是在宇航、軍事、造船等領(lǐng)域所需的機械零件，精度要求高，形狀復(fù)雜，批量小。加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備，普通車床或?qū)Ｓ没潭雀叩淖詣踊嚧惨巡荒苓m應(yīng)這些要求。為了解決上述問題，一種新型機床——三位一體重型機應(yīng)運而生。這種新型數(shù)控設(shè)備具有適應(yīng)性強、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。

研究內(nèi)容

數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用是機械制造業(yè)的一次技術(shù)革命，使機械制造的的發(fā)展進入了一個嶄新的階段。由于數(shù)控機床綜合應(yīng)用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密檢測與新型機械結(jié)構(gòu)等方面的技術(shù)成果具有高柔性、高精度與高度自動化的特點，因此它提高了機械制造的制造水平，解決了接卸制造中的常規(guī)加工技術(shù)難以解決甚至無法解決的發(fā)雜型面零件加工，為社會提供了高質(zhì)量、多品種及高可靠的機械產(chǎn)品已取得了巨大的經(jīng)濟效益。

1.了解數(shù)控機床的工作原理、掌握數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)的運動過程和方法、提高對數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計能力。

2.通過運用所學(xué)知識及查閱相關(guān)資料提高獨立思考和解決問題的能力。

3.通過對數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計，優(yōu)化了主傳動系統(tǒng)、改造數(shù)控系統(tǒng)，對數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用和推廣數(shù)控機床的改造有著深遠意義。

三.國、內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)

國內(nèi)發(fā)展情況：

我國數(shù)控技術(shù)起步于1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為三個階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件的制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進技術(shù)，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善，我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即實施產(chǎn)業(yè)化的研究，進入市場競爭階段。縱觀我國數(shù)控技術(shù)近五十年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過四個五年計劃的攻關(guān)，總體來看取得的成績還是不小。

國外發(fā)展情況：

從1951年將計算機技術(shù)運用到機床上起，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了數(shù)控和計算機數(shù)控兩個發(fā)展階段。目前，數(shù)控系統(tǒng)這個處于基于PC的第六代更新階段。這是因為PC可靠性高、成本低、軟硬件資源比較豐富等，正是因為PC的這些優(yōu)點，故受到大部分數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的青睞。目前，國際數(shù)控系統(tǒng)正向智能化方向飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)可以檢測出一些重要信息，而且能自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，進而達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。另外，主傳動系統(tǒng)引入了故障診斷系統(tǒng)，能通過自動識別負載，調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)處于最佳運行狀態(tài)。

四.創(chuàng)新點與項目特色

整合了多種結(jié)構(gòu)相似用途不同的機器，可以共用一套系統(tǒng)可進行。極大節(jié)約材料，使機床集成度更高、綜合實用性更廣。極大簡化了機加工工程的工藝繁瑣問題，提高加工工效率，簡化工藝工程，節(jié)約加工時間和加工成本。改變了原有生產(chǎn)工藝中既要通過人力加工的短板，將現(xiàn)有的數(shù)控加工技術(shù)，3D打印技術(shù)，制圖軟件的多維化等先進的加工技術(shù)進行合理的平衡調(diào)試，和創(chuàng)新技術(shù)加工。使各種技術(shù)工藝整合與于同一種機械，并對各獨立機構(gòu)進行合理的工作分配。解決了多種圖紙出現(xiàn)的配合誤差，圖紙之間存在的公差配合問題，將待加工圖紙進行理論配合后再加工，提高了加工工件的之間的配合合理眭。將加工誤差和配合誤差帶來的廢品率降到最低。整體加工過程的效率提高，誤差減小帶來的加工精度提高，簡化人工帶來的效費比的提高，原材料的合理化運用使未來企業(yè)或者從事此大類產(chǎn)品工作的生產(chǎn)線的支出收益比率降低。使未來采用此創(chuàng)新項目的加工過程對比于現(xiàn)在的機加工方式在能源運用，人力的使用，產(chǎn)品的質(zhì)量等方面獲得長足發(fā)展。

五.擬解決的問題及預(yù)期成果

（1）擬解決問題及解決方案：

1、同步帶、傳動軸、并聯(lián)臂的不同軸、不水平的情況。解決方案：水平測量儀測量水平高度、并聯(lián)臂使用彈簧緊固。

2、連接件、非標件的采購和使用。解決方案：無法采購的非標件特殊件使用三維建模設(shè)計后使用桌面級打印機打印生產(chǎn)驗證，用于實際工程中。

3、雕刻深淺不一或刻不深。解決方案：重新校正焦距，光路，調(diào)節(jié)兩側(cè)皮帶。

4、復(fù)位不正常，結(jié)局方案：修剪數(shù)據(jù)線重新拔插或更換數(shù)據(jù)線。

5、漏刻。解決方案：更正數(shù)據(jù)，重新輸出。

6、受力情況難以估計。解決方法：利用三維設(shè)計軟件CATIA進行力學(xué)仿真。首先利用CATIA設(shè)計三維實體圖，然后對其進行受力分析。主要包括主機床受力、主電機支座抗拉、抗壓等受力分析。

（2）預(yù)期成果：

通過我們制作的數(shù)控銑床，僅用一套系統(tǒng)可以將削、增材、切割和激光雕刻等多種功能融為一體，提高機床的實用性，提高加工效率，讓使用多種機器加工工件的情況得到改善，同時由于CAM技術(shù)的使用，去除原先繁瑣的繪圖程序，提高在保證加工質(zhì)量和加工精度的同時提升了加工效率。同時我們可以將系統(tǒng)簡化，用于兼有兩種功能的微小型機器，在數(shù)控系統(tǒng)和機器技術(shù)方面進行改進。