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1、 系本科毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目： xk100 立式数控铣床主轴设计 专 业： 指导教师： 学生姓名： 学 号： 毕业时间： 齐齐哈尔工程学院教务处制一、选题依据（目的、意义、国内外研究现状、学术准备情况、研究思路及方法）（一）目的、意义 目的：随着社会生产和科学技术的迅速发展，很多企业已经越来越注重精细化生产和发展，从而来满足人们对复杂多变的产品的需要。因而，在现代机械工业生产中，小批量多品种零件的加工生产占产品总数量的比例会越来越高，而零件的复杂性和精度等级要求也会迅速地提高，所以很多产品都需要进行铣削加工。控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，
2、他实现加工机床及生产过程数控化，已成为当今制造业的发展方向。数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，目前迅速发展起来的加工中心、柔性加工单元都是在数控铣床、数控镗床的基础上产生的，两者都离不开铣削方式。由于数控铣削工艺最复杂，需要解决的技术问题也最多，因此人们在研究和开发数控系统及自动编程语言的软件时，也一直把铣削加工作为重点。意义：大学生的毕业设计是大学四年中的一项非常重要的工作，其通过根据大学四年所学的专业知识，运用机械原理的思想进行设计，从而很好地培养了自己在实践中提出问题，分析问题，解决问题的实践能力，为毕业后能成为一名优秀的设计人员做了很好的铺垫。本次毕业设计，我的题目是：xk100
3、立式数控铣床主轴设计 ，通过此次的设计，我可以对数控铣床主轴的内部零件结构，运动方式，工作原理等方面能有进一步的理解；通过 xk100 立式数控铣床主轴的设计，从而掌握铣床主轴设计的基本原理和方法，同时也能够对专用铣床主轴的设计作进一步的学习和理解应用；同时也能够很好的提高自身的专业技能水平，争取早日成为一名优秀的设计人员。（二）国内外研究现状国外研究现状：世界数控机床的年产量已在15万台以上（产值超过200亿美元）总拥有量超过100万台。在工业发达国家数控机床品种已超过150种。1992年日本的年产量为32037台，约占21%德国年产量为14758台，约占10%；美国年产量为6663台，约占
4、4.4%；原苏联( 在1985年时 )年产量为17600台，约占11.7%；我国年产7450台，约占5%；台湾年产5385台，约占3.5%。仅日、德、美三国，年产数控机床就占世界数控机床年产量的36%。日本、美国、英国、德国、法国、意大利等六国1989年金属切削机床的总产值与1980年比，仅增加54%，但同期数控机床的产值比1980年删增加了256%。1990年，日本数控机床的年产量已达61697台，年产量的数控化率为31.8%，年产值的数控化率为76%。其他五国的年产量数控化率均在20%以上，年产值数控化率均在50%以上。上述六国拥有量数控化率在10%以上。1994年日本拥有量的数控化率为2
5、0.8%。工业发达国家的机床厂均生产数控机床，普通机床已逐步甩给第三世界营家去生产。在数控机床的生产中，生产最多的仍然是普通数控机床，特别是数控车床，但发展最快的则是可以自动换刀的加工中心。在近几年的国际机床展览会上，展品均以加工中心及由加工中心为主体的柔性加工单元及柔性制造系统为主。现在，日本、箍国、美国等三国生产的数控系统约占国际市场的三分之二。在目前世界机床拥有量中，高档(数控机床及柔性加工单元)、中档(非数控的高效自动化机床) 、低档( 手动操作的普通机床)之平均比例约为 5 ：6O ：35。在工业化国家中，高、中、低档机床比例约为 10 ：65 ：25，高、中档机床比重大；在发展中国
6、家，高、中、低档机床的比例约为 1 ：19 ：80，低挡机床的比重高达60-90%，数控机床所古比例不超过 1%。例如，美国、日本数控机床在机床总拥有量中的比重约为 10%，中国的拥有量数控化率还不超过 1%。数控机床是发展军事工业的战略物资。众所周知的1985年“东芝事件” 充分反映了数控机床在国防工业现代化方面所起的至关重要的作用。由于数控机床所处的特殊的战略地位，工业发达国家通过制订产业政策，从产业结构、技术发展路线、产品开发、投资渠道、设备折旧制度、进口限制、出口鼓励、人员培训等方面给予大力支持。(1)日本：日本政府于1956年、1971年和1978年三次制订和修订机械振兴法，将数控机
7、床列为国家重点支持的特定产品。(2)美国：美国的汽车、机电、军事工业和宇航业尖端技术在一段时期内之所以能处于领先地位，一直靠本国的先进机床工业支持。(3)意大利：意太利政府于1965年和1983年先后颁布了一系列法规，通过贷款和分期付款的方式鼓励企业购置国产数控机床，为数控机床制造厂提供研究开发资金及出口信贷，对进口日本机床提高关税等，促进了本国数控机床工业的迅速发展。(4)西班牙：70 年代西班牙的机床工业十分落后，1988年政府开始实施CN 一1000NC开发计划，使得效控机床发展很快，从而带动了汽车、飞机等制造业的迅速发展，数控机床的出口也有很大增长。西班牙在欧洲、南美洲和亚洲都占有一定
8、的机床市场。(5)印度：印度是一个农业国家，进入80年代以来，国内汽车、铁路、机械的高速发展，促使政府重视数控机床的发展，通过引进技术、实施特别补贴、执行各种奖励政策及技术发展计划(TUS)，印度数控机床的产量从1987年到1990年三年问平均以40% 的速度高速增长。据国际咨询机构预测，今后世界上数控机床将以较高的速度发展，在金切机床中几乎所有品种均可实现数控化；数控系统向高度集成(采用64位CPU)、高分辨率(0.1um)、小型化方向发展I加工中心的定位精度在 5tun以内，主轴转速达1万转min以上，最高迭45万转min，快速进给速度达lOOmmin。机械加工向工序复合化、智能化方向发展
9、。未来工厂将广泛应用数控机床、柔性加工单元和柔性加工生产线，最终实现计算机集成制造系统。工厂可以灵活地根据用户需要，在短时间内设计、制造出全新的产品，实现更高精度、效率和效益。1、高精度化。国外效控系统的设定单位由1um发展到 0.1um和0.01um。1992年7月，日本FANUC 公司在庆祝该公司成立二十周年的新成果展示会上，展示了实现纳米加工的整套技术，实现了0.001um脉冲的控制系统，能顺利执行每个脉冲当量为0001um的伺服单元，伺服电机、气浮丝杠、气浮主轴等部件，能检测纳米级精度的高精度检测反馈系统。据资料介绍，这是世界上第一个真正实现纳米加工的成套技术。2、高速化。快速行程已从
10、24mmin提高到240mmin(当设计单位为1um 时) ，加工中心的切削进给速度可达10mmin以上。数控系统已从16位微机发展到32位、64位机，或用40多个CPU 的结构。FANUC 公司开发的 15B数控系统就采用了64位微机的RISC技术(压缩、优化程序、消除跟踪误差)。3、高可靠性。FANUC 公司的计算机数控系统的平均无故障工作时 (MTBF)是0.01次月台，即实现了100个月里出现一次故障的高可靠性t 从而使机器人也实现了0.013次月台的高可靠性(另一种说法是国外数控系统的MTBF在1万小时以上) 。4、系统化。在新厂筹建和老厂扩建过程中，人们已注意到了耍在系统工程观念指
11、导下来添置数控机床、柔性加工单位及柔性制造系统、机器人等机电一体化产品。德国的维勒尔公司已经给世界各国提供了上百条柔性制造系统。FANUC公司还在筑波科学城中按计算机集成制造系统(O1MS) 的五层结构建成CIMS模式的工厂。富士通公司建立了绍津CIMS 工厂，富士电机也建立了吹上C1MS工厂德国的西门子公司建立了CIMS数控系统制造厂。5、微型化。FANUC 公司由于采用了64位傲处理器、RISC技术、SMT技术( 表面涂装技术)，用液晶显示器代替CRT及三维立体安装等新技术已将 16、18等新数控系统鳍小到原有数控系统的1/3。同时，已开始与其它公司，政府部门合作，开展了徽型机器人的研制工
12、作。用于医学顿域的傲型机器人要能进入人体，执行打通血管阻塞的任务，还要在任务完成后自动退出人体。6、智能化。视觉、触觉、模糊逻辑控制等智能化工作仍在积极进行。如FANUC 公司展示的 7 轴双腕智能化机器人。日本在无人化工厂的研制上长期保持l2 个示范工厂的状态现已打破，目前已有 7 个无人化工厂。 FANUC 公司在无人化工厂的研制上每年投入 1 亿美元的研制费。7、由传统的万能机床向机床功能专用化和产品多样化发展。由于机床的万能性和多功能性，造成机床结构复杂、制造周期长、成本也相应提高。用户往往只需要都分功能，但付出的却是多功能的代价，功能浪费了，根不经济。现在机l床制造业从品种少、批量大
13、的生产转换为多品种、专业化和小批量生产。对每一种具体的机床产品来说，它的功能应该是有限的，适合用户特定需要的，尽量步带不必要的功能。如加工中心的刀库，原来一般为60把刀，后考虑多数用户需要的刀数还不到一半，生产企业把刀库容量降到25把刀或以下。8、以模块化设计实现产品多样化，功能专用化，已成为当前机床发展的主流。这类机床是较为专用化的机床。这类机床在机床镑售额中所占的比重，过去510年为3% ，现在已达到10%，再过5lO年，将达到50%以上。生产企业要为每个不同的用户专门设计机床，而规格和功能完全相同的机床将缸来愈少。甚至于以后有可能不再出现。9、发展经济型数控机床和加工中心也成为当前数控机
14、床发展的一种趋势。经济型( 国外多称为廉价型) 数控机床，加工中心，是美国、日本等国的机床业作为一个参与市场竞争的新策略而再现的。起初这些企业为扩大销售市场，眼光从西方转向东方 什对中国大陆和东南亚这一片市场，如以功能复杂、档次高而价格昂贵的效控机床、加工中心在市场上竞争并不有利，相反，以价廉和便于操作的数控机床来适应，则更加符合于这些地区的实际需要。10、 “电子 机械” 商品化。一般认为机电一律化商品，机械部分成本较高。现在国际市场上机电一体化商品中的“电子” 部分的比例不断增加。 FANUC公司正准备将成本中的电子都分增加到占60%，机械部分占40%，即形成以“电子” 为主，以“机械”为
15、辅的机电一体化商品。国内研究现状：我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有 1500 种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。近年来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务。如国产 XNZD2415 型数控龙门混联机床充分吸取并联机床的配置灵活与多样性和传统机床加工范围大的优点，通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门，在并联平台上附加两自由度串联结构的 A、C 轴摆角铣头，配以工作台的纵向移动，可完成五自由度的运动。该构型为国际首创。基于 RT 一 Linux 开发的数控系统具有的实时性和可靠性，能在同一网络中与多台 PLC 相连接，可控制机床的五轴联动，实现人机对话。该机床的作业空间 4.5mx1.6mx1.2m，A 轴转角1050,C 轴连续转角 0 一 4000，主轴转速(无级)最高 10000r/min，重复定位精度0.01mm，可实现三维立体曲面如水轮机叶片，导叶的五轴联动高速切削加工。超精密球的加面车床为陀螺仪工提供了基础设备，这类车床也可用于透镜模具、照相机塑料镜片、条型码阅读设备、激光加工机光路系统用聚焦反射镜等产品的加工。高速五轴
