數控方向開題報告范文

　　導語：對于數控機床立柱的CAD/CAM設計這一論文，開題報告可以怎樣寫呢？以下是小編整理的數控方向開題報告范文，供大家閱讀和借鑒。

　　題目

　　數控機床立柱的CAD/CAM設計

　　開題報告范文

　　一、目的及意義：

　　當今世界，工業發達國家對機床工業高度重視，競相發展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床，以加速工業和國民經濟的發展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰線，特別是隨著微電子、計算機技術的進步，數控機床在20世紀80年代以后加速發展，各方用戶提出更多需求，四大國際機床展早已成為各國機床制造商競相展示先進技術、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國加入WTO后，正式參與世界市場激烈競爭，今后如何加強機床工業實力、加速數控機床產業發展，實是緊迫而又艱巨的任務。

　　隨著世界科技進步和機床工業的發展，數控機床作為機床工業的主流產品，已成為實現裝備制造業現代化的關鍵設備，是國防軍工裝備發展的戰略物資。數控機床的擁有量及其性能水平的高低，是衡量一個國家綜合實力的重要標志。加快發展數控機床產業也是我國裝備制造業發展的現實要求。根據中國機床工具工業協會組織用戶調查表明，航天航空、國防軍工制造業需要大型、高速、精密、多軸、高效數控機床；汽車、摩托車、家電制造業需求高效、高可靠性、高自動化的數控機床和成套柔性生產線；電站設備、造船、冶金石化設備、軌道交通設備制造業需求高精度、重型為特征的數控機床；IT業、生物工程等高技術產業需求納米級亞微米級超精密加工數控機床；工程機械、農業機械等傳統制造行業的產業升級，特別是民營企業的蓬勃發展，需要大量數控機床進行裝備。當今數控機床的發展，除了要求機床重量輕、成本低、使用方便和具有良好工藝可能性外，還著重要求機床具有愈來愈高的加工性能。隨著現代數控機床日益向著高速化、高性能、高精度方向發展，傳統的設計方法己無法滿足數控機床發展的要求[1].

　　數控機床床屬于大型機械設備，在整個機床的各個組成部分中， 機床立柱是一個極其重要的大件， 它起著支撐工件和連接工作臺、床身等關鍵零部件的作用。數控機床立柱結構的設計尺寸和布局形式， 決定了其本身的各個動態特性。往往由于立柱結構設計不合理， 導致立柱的剛度不足， 產生各種變形、振動，加工時刀具與工件間產生相對變形和振動， 也使零件加工精度降低。立式車床用于加工徑向尺寸大而軸向尺寸相對較小，形狀復雜的大型和重型工件。如各種盤，輪和套類工件的圓柱面，端面，圓錐面，圓柱孔，圓錐孔等。亦可借助附加裝置進行車螺紋，車球面，仿形，銑削和磨削等加工。與臥式車床相比，立式車床主軸軸線為垂直布局，工作臺臺面處于水平平面內，因此工件的夾裝與找正比較方便。這種布局減輕了主軸及軸承的荷載，因此立式車床能夠較長期的'保持工作精度。大量加工實踐證明，將臥式車床立起來使用（變成了立式車床）反倒顯示出了更多的優越性，如占地面積小、排屑更加方便、承載能力增加等。同時立式車床還具有很好的主軸旋轉精度和較強的切削能力，更加有利于實現生產的自動化，所以對立式車床的使用和需求也越來越多。立柱是數控立式車床重要結構部件之一，其結構特性對立式車床的性能影響很大，主要體現在加工精度、抗振性、切削效率、使用壽命等方面。因此，立柱結構的靜、動態性能是決定整機性能的重要因素之一。由于立柱結構形狀較復雜，采用一般方法對其進行靜、動態特性計算比較困難。如何對立柱等部件進行精確、合理、科學可行的計算，是機床結構設計過程中需要迫切解決的重要課題[2].

　　因此， 在設計數控機床立柱結構時， 考慮立柱的動態特性顯得尤為重要。針對這些因素，有必要對數控機床的立柱部分進行結構優化，本課題對數控機床的立柱部分進行優化設計有重要的實際意義。

　　二、研究動態：

　　1、 國外研究動態：

　　國外的機床結構優化領域的研究比較多，在結構優化、有限元分析、參數化設計方面都有不少研究，美國機械工程師學會“Optimal synthesis ofcompliantmechanisms using subdivision and commercial FEA”一文中，利用有限元軟件分析機械結構，提出全程參數化設計，并對其進行拓撲優化，全面分析了設計變量在優化程序中的變數。

　　國外機床結構優化設計存在以下特點：

　　（1）設計與分析平行。從以滿足一定性能要求為目標的結構選型、結構設計， 到具體設計方案的比較及確定、設計方案的模擬試驗等。床身結構設計的各個階段均有結構分析的參與。床身結構分析貫穿了整個設計過程，這樣確定的床身結構設計方案，基本就是定型方案[3].

　　（2）結構優化的思想被用于設計的各個階段。

　　（3）大量的虛擬試驗代替實物試驗。虛擬試驗不僅可以在沒有實物的條件下進行，而且實施迅速、信息量大。利用虛擬試驗，一方面可以在多個設計方案中選擇最優，減少設計的盲目性，另一方面可以及早發現在設計中的問題。從而減少設計成本，縮短設計周期[4].

　　隨著工業的發展，對數控機床的要求越來越高。在機床的設計中，需要對其組成部件進行嚴密的分析與計算。車床床身等支承件的重量要占車床總重量的20%到30%,因此對支承件的單位重量剛度提出較高的要求。在重量輕的條件下，需保證支承件具有足夠的靜剛度，所以對支承件材料的分布、支承件壁厚和開孔位置的合理性提出了要求，有必要進行分析計算。

　　2、國內研究動態：

　　目前國內在機床結構優化領域的研究比較活躍，機床結構優化設計的內容十分豐富，涉及內容很多，包括靜力學，結構非線性分析，拓撲優化，模態分析，動力學分析等。目前有限元方法在機床結構設計中的應用主要有以下幾個方面：

　　（1）靜力學分析。這是對二維或者三維機床零件承載后的應力和應變的分析，是有限元在機床設計中最基本、最常用的分析類型。

　　（2）模態分析。這是動力學分析的一種，用于研究結構的固有頻率和各振型等振動特性，進行這種分析時所施加的載荷只能是位移載荷和預應力載荷[5].

　　（3）諧響應分析和瞬態動力學分析。這兩類分析也屬于動力學分析，用于研究機床對周期載荷和非周期載荷的動態響應。

　　（4）熱應力分析。用于研究結構內部溫度的分布，以及機床內部的熱應力。

　　（5）接觸分析。用于分析兩個結構件接觸時的接觸面狀態和法向力。

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