1、毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 车床功能部件开发 -功能分析与结构设计 1 选题的背景、意义国际市场竞争中仍处于较低水平。 1.0 选题的背景 随着改革开放，我国越来越重视国际化的发展，相应的我国的数控车床也在快速的发展，成为世界上机床产量最高的国家。但是我国数控车床在国内市场也面临着严峻的形势。由于我国起步比较晚，所以在与数控车床的技术与信息相应也比较滞后：比如 1.国内数控系统及伺服和驱动技术比世界先进水平落后，设计手段及设计工具落后，元器件应用水平落后，在基础零件供应及工艺过程可靠性保障等方面都 存在很大差距。 2.产品开发和交货周期长，产品性能、机床质量和可靠性较差，手段老化、
2、缺少创新。 3. 数控技术的发展缺少共同的软件规范和支撑平台。 4. 国有企业转型尚未完成，企业经营机制落后，导致企业运转效率低下，使得数控机床生产企业难以适应市场经济发展。 由于国外市场的开放性和全球化，产品的上市时间 (Time)、产品质量 (Qual i ty)、成本 (Cost)、创新能力 (Creation)和服务 (Service)得到了很大的改善。美国制造业在 20 世纪 50 至 60 年代主要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一 要素， 而在 70 年代竞争力的第一要素为降低生产成本， 80 年代为提高产品质量，90 年代为市场响应速度。所以现代每个企业都采用先进的设计技术和手
3、段，以加快设计速度，提高设计质量，增强竞争力。从而出现了划时代的产品 加工中心。加工中心具有很多优点，它能实现自动换刀 (ATC)、自动换工件 (AWC)， 能实现铣、钻、镗、攻丝甚至磨削工序等的复合，还具有多轴联动、加工任意曲面并可代替钻床、铣床、镗床等的功能，因此对于复杂零件的加工，加工中心的“特长”可以得到充分发挥，其数量和使用范围得以不断增加和扩大。国外发达国家数控 机床发展的成功经验是：在掌握数控关键技术后，要在政府的支持下，在科研开发上进行扶持，直接给企业提供科研贷款，限制进口机床产品，保护本国机床工业整体利益，企业要大力开拓市场，提高产品竞争力。为了加速振兴我国的机床制造业，我们
4、应该在下面几个方面着重改变： 1改变过去传统的设计、生产和管理模式，最大限度地利用虚拟设计手段，以提高产品的质量和性能，降低成本，并努力缩短交货期，同时还需要快速响应市场和用户的变化，利用有利时机快速抢占市场。 2.以国外的信息和经验提高数控机床的综合性能，以及高效柔性化和高精化发展。 3.提高机床的网络化控制，实现自动化发展。 4发展网络制造单元以适应数字化企业的构建。 1 1 课题的意义 传统的开发研制一个机床新产品所需要的开发研制周期长，投资消耗大。但是随着经济水和生活水平的提高，人们越来越注重产品的质量和生产周期，这就对机床工业提出了越来越高的要求。除了要求机床重量轻、成本低、使用方便
5、和具有良好的加工工艺性以外，还着重要求机床具有越来越高的加工性能。我们都知道机床的综合性能主要由加工质量和金属切除率所决定。机械制造过程的高速化、精密化和自动化，对机床的切削速度、加工精度以及稳定性 提出了更高的要求。动态特性是衡量机床产品设计质量高低的最重要的性能指标之一，认识和提高机床的动态性能一直是机床设计人员追求的目标。机床结构分析的首要工作是结构动态建模，即采用有限元法 (FEM)建模，由于机床是由很多部件组成，因此机床上存在着大量的结合部，这些结合部的接触刚度对机床的刚度影响很大。而固有频率和振型是机床结构的两个固有特性，分析和预测这两个特性，对提高机床的动态性能具有重要意义。车铣
6、复合加工中心的加工过程实际是安装在刀塔上的刀具与工件之间的相对运动过程。工件 刀具组成一个弹性系统，由于刀具安装 在刀架上，相对刀塔可以忽略，实际上相当于工件一刀塔组成一个弹性系统。从加工零件的表面成形过程知道，如果车铣复合加工中心在工作时刀具与加工工件沿着预定的轨迹做准确的相对运动，则能得到理想的工件轮廓形状，否则难以满足要求。刀塔作为弹性系统的元素之一，它直接影响零件表面成形运动轨迹的准确性，因此它的静动态性能将直接影响零件的加工精度、表面质量和机床的生产率。所以，研究刀塔结构的静动态特性是必要的。本课题基于此，运用虚拟仿真技术，对其结构刚度进行直观的判定，并对其固有频率、谐响应等动态特性
7、问题进行研究，进而加以优化 。总之，本课题的意义在于： i缩短设计周期，在最短的时间内设计出最优的刀塔结构。 2减少物质的浪费，用最少的材料设计出满足加工精度的刀塔结构。 3为解决同类问题即关于结构稳定性、抗振性问题，提供一种研究方法。 2 相关研究的最新成果及动态 多功能刀塔的开发以及在联动机床的应用，从而为联动机床的开发提供前提。使联动机床发展得到一定程度。现在出现五轴联动机床，六轴联动机床已有初步的模型。人们越来越注重多功能刀塔的开发，但顶板一直是一个比较重要的地方，也是一个现有技术薄弱的环节。从而人们正在努力设计和核对 顶板的各种力参数，已达到生产所需的要求。 3 课题的研究内容及拟采
8、取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标 研究内容： 1. 参阅中文相关文献和外文专题文献。 2. 根据所得的相关数据，计算刀塔尺寸的大小并 对刀塔结构进行静动刚度的检验，刀塔结构进行动态分析及设计优化条件，对刀塔结构进行优化 。 3. 应用 CAD 技术绘制刀塔结构的零件图与装配图。 4. 阅读写说明书相关内容，根据所作的刀塔结构做出相应的说明书。 课题的技术路线 根据用户提出的 要求以 及 市场 这 类车 床 的概况 做出初步的产品图形 根据相关数据设计零件 对刀塔结构进行优化 刀塔结构进行动态分析 进行静动刚度的检验 刀塔部件制造 本课题在有限元分析前做了大 量的准备工作，先根
9、据机床的二维图纸和设计 参数，对车铣复合加工中心的切削力进行估算，为随后的静动态分析做准备； 分析需要解决和改进的技术问题的原因及实现方案，然后通过软件对刀塔结构性能进行动力学仿真分析，就相应的刀塔结构静动态问题进行分析研究，从而得出相应的分析计算结果。 研究难点 1. 刀塔顶板设计制造 . 2.由于刀塔结构非常复杂，设计工作带来一定的麻烦。 3通过软件的得的数据不可能和准确，只能相应的凭经验估算数据。 预期达到的目标 通过设计和研究来得到在加工特定的工件所需的功能的刀塔结构，从而实现自动 化程度，生产效率，加工精度的提高以及生产周期的缩短。跟上国际化的脚步。 4 研究工作详细进度和安排 20
10、10.10.10 10.12.10：接受任务，搜资调研，撰写文献综述、开题及外文翻译稿； 2010.12.10 2011.02.25：完成文献综述和开题报告、外文翻译稿； 2011.02.28 11.03.15：工艺分析，方案设计； 2011.03.15 11.03.30：方案分析论证，确定总体设计方案； 2011.03.30 11.04.10：初步总体结构设计； 2011.04.10 11.04.20：实习 ； 2011.04.20 11.05.10：总体结构设计完善，零部件结构设计； 2011.05.10 11.05.20：撰写设计说明书； 2011.05.20 ：整理完善各种设计材料，答
11、辩。 5 参考文献 功能模块设计划 功能模块制造 整机装配 整机性能测试 项目验收， 批量生产 1孙桓 . 机械原理 M . 北京 :高等教育出版社 ,1990. 2陈心昭 . 现代实用机床设计手册 K . 北京 :机械工业出版社 , 2006. 3张曙 车铣复合到完整加工 J.新技术新工艺 .2004， 84 5刘克非，张之敏，周敏，刘志斌，复杂微小型工件的完整加工工 艺分析 J，工艺与检测，2006， 7 6刘克非，张良斌 ，李春平 ，张之敬，基于车铣技术的微小型零件完整加工 J，湖北工业大学学报， 2007， 4 7许 军，刘克非，实现微小型回转体零件完整加工的技术 J，装备制造技术 2
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