数控毕业设计开题报告

　　数控是数字控制的简称，数控技术是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。早期的数控系统是由硬件电路构成的称为硬件数控，1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替而称为计算机数控系统，一般是采用专用计算机并配有接口电路，可实现多台数控设备动作的控制。下面是数控毕业设计开题报告，欢迎大家阅读。
　　
　　题目：数控机床立柱的CAD/CAM设计
　　
　　课题目的、意义及相关研究动态：
　　
　　一、目的及意义：
　　
　　当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随着微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，四大国际机床展早已成为各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。
　　
　　随着世界科技进步和机床工业的发展，数控机床作为机床工业的主流产品，已成为实现装备制造业现代化的关键设备，是国防军工装备发展的战略物资。数控机床的拥有量及其性能水平的高低，是衡量一个国家综合实力的重要标志。加快发展数控机床产业也是我国装备制造业发展的现实要求。根据中国机床工具工业协会组织用户调查表明，航天航空、国防军工制造业需要大型、高速、精密、多轴、高效数控机床；汽车、摩托车、家电制造业需求高效、高可靠性、高自动化的数控机床和成套柔性生产线；电站设备、造船、冶金石化设备、轨道交通设备制造业需求高精度、重型为特征的数控机床；IT业、生物工程等高技术产业需求纳米级亚微米级超精密加工数控机床；工程机械、农业机械等传统制造行业的产业升级，特别是民营企业的蓬勃发展，需要大量数控机床进行装备。当今数控机床的发展，除了要求机床重量轻、成本低、使用方便和具有良好工艺可能性外，还着重要求机床具有愈来愈高的加工性能。随着现代数控机床日益向着高速化、高性能、高精度方向发展，传统的设计方法己无法满足数控机床发展的要求[1].
　　
　　数控机床床属于大型机械设备，在整个机床的各个组成部分中， 机床立柱是一个极其重要的大件， 它起着支撑工件和连接工作台、床身等关键零部件的作用。数控机床立柱结构的设计尺寸和布局形式， 决定了其本身的各个动态特性。往往由于立柱结构设计不合理， 导致立柱的刚度不足， 产生各种变形、振动，加工时刀具与工件间产生相对变形和振动， 也使零件加工精度降低。立式车床用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小，形状复杂的大型和重型工件。如各种盘，轮和套类工件的圆柱面，端面，圆锥面，圆柱孔，圆锥孔等。亦可借助附加装置进行车螺纹，车球面，仿形，铣削和磨削等加工。与卧式车床相比，立式车床主轴轴线为垂直布局，工作台台面处于水平平面内，因此工件的夹装与找正比较方便。这种布局减轻了主轴及轴承的荷载，因此立式车床能够较长期的保持工作精度。大量加工实践证明，将卧式车床立起来使用（变成了立式车床）反倒显示出了更多的优越性，如占地面积小、排屑更加方便、承载能力增加等。同时立式车床还具有很好的主轴旋转精度和较强的切削能力，更加有利于实现生产的自动化，所以对立式车床的使用和需求也越来越多。立柱是数控立式车床重要结构部件之一，其结构特性对立式车床的性能影响很大，主要体现在加工精度、抗振性、切削效率、使用寿命等方面。因此，立柱结构的静、动态性能是决定整机性能的重要因素之一。由于立柱结构形状较复杂，采用一般方法对其进行静、动态特性计算比较困难。如何对立柱等部件进行精确、合理、科学可行的计算，是机床结构设计过程中需要迫切解决的重要课题[2].
　　
　　因此， 在设计数控机床立柱结构时， 考虑立柱的动态特性显得尤为重要。针对这些因素，有必要对数控机床的立柱部分进行结构优化，本课题对数控机床的立柱部分进行优化设计有重要的实际意义。
　　
　　二、研究动态：
　　
　　1、 国外研究动态：
　　
　　国外的机床结构优化领域的研究比较多，在结构优化、有限元分析、参数化设计方面都有不少研究，美国机械工程师学会“Optimal synthesis ofcompliantmechanisms using subdivision and commercial FEA”一文中，利用有限元软件分析机械结构，提出全程参数化设计，并对其进行拓扑优化，全面分析了设计变量在优化程序中的变数。
　　
　　国外机床结构优化设计存在以下特点：
　　
　　（1）设计与分析平行。从以满足一定性能要求为目标的结构选型、结构设计， 到具体设计方案的比较及确定、设计方案的模拟试验等。床身结构设计的各个阶段均有结构分析的参与。床身结构分析贯穿了整个设计过程，这样确定的床身结构设计方案，基本就是定型方案[3].
　　
　　（2）结构优化的思想被用于设计的各个阶段。
　　
　　（3）大量的虚拟试验代替实物试验。虚拟试验不仅可以在没有实物的条件下进行，而且实施迅速、信息量大。利用虚拟试验，一方面可以在多个设计方案中选择最优，减少设计的盲目性，另一方面可以及早发现在设计中的问题。从而减少设计成本，缩短设计周期[4].
　　
　　随着工业的发展，对数控机床的要求越来越高。在机床的设计中，需要对其组成部件进行严密的分析与计算。车床床身等支承件的重量要占车床总重量的20%到30%,因此对支承件的单位重量刚度提出较高的要求。在重量轻的条件下，需保证支承件具有足够的静刚度，所以对支承件材料的分布、支承件壁厚和开孔位置的合理性提出了要求，有必要进行分析计算。
　　
　　2、国内研究动态：
　　
　　目前国内在机床结构优化领域的研究比较活跃，机床结构优化设计的内容十分丰富，涉及内容很多，包括静力学，结构非线性分析，拓扑优化，模态分析，动力学分析等。目前有限元方法在机床结构设计中的应用主要有以下几个方面：
　　
　　（1）静力学分析。这是对二维或者三维机床零件承载后的应力和应变的分析，是有限元在机床设计中最基本、最常用的分析类型。
　　
　　（2）模态分析。这是动力学分析的一种，用于研究结构的固有频率和各振型等振动特性，进行这种分析时所施加的载荷只能是位移载荷和预应力载荷[5].
　　
　　（3）谐响应分析和瞬态动力学分析。这两类分析也属于动力学分析，用于研究机床对周期载荷和非周期载荷的动态响应。
　　
　　（4）热应力分析。用于研究结构内部温度的分布，以及机床内部的热应力。
　　
　　（5）接触分析。用于分析两个结构件接触时的接触面状态和法向力。