数控专业开题报告【4篇】

毕业设计（论文）题目确定后，学生应尽快征求指导教师意见，讨论题意与整个毕业设计（论文）的工作计划，然后根据课题要求查阅、收集有关资料并编写开题报告。

数控专业开题报告 1

一、课题设计选题来源：

来源：选题来源于自己所学加工中心的知识和对它的了解，介于自己对轴累零件的喜爱开始研究该课题，提出自己的相关结论和数据。

二、课题设计目的和意义：

随着机械制造行业的迅猛发展，车削加工已� 因此产品加工工艺的设计是保证产品质量的一个重要的环节，选择典型车削零件的数控加工工艺，能基本展示数控机床的基础功能，也是检验这两年多来学习数控车床的一个很好的途径。装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。

马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在与生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数控技术为核心的机电一

数控机床是一种高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，自动的对被加工工件进行加工。我们把从数控系统外部数控系统外部属入的直接用于加工的程序成为数控加工程序，简称数控程序，它是机床数控系统的`应用软件。

三、设计（研究）方案

1。 数控车床概述

（1）数控车床的基本概念

（2）数控车床的组成

2。 数控车削工艺

（1）数控车削加工工艺性分析

（2）数控车削加工工艺过程的拟定

（3）数控车削加工工艺进给路线的确定

（4）数控车削刀具

（5）切削用量的选择

（6）对刀点的选择

3。 典型零件数控车削加工工艺

（1）数控加工刀具卡片

（2）数控加工工艺卡片

（3）程序的数控手工编程

四、工作进度安排

第1周查阅资料，完成开题报告。

第2周研究设计任务书，熟悉设计目的，了解零件毛坯的制造方法和机械加工中的工艺规程，分析零件加工工艺，所使用的工装和设备，搜集与设计有关的资料，绘制零件图和组件配合图。第3周制定加工工艺，选用加工设备和刀具，确定切削用量。第4周编制机械加工工艺卡、数控加工工序卡数控加工工序说明卡。

第5周绘制机械加工和数控加工工序图、数控加工走刀路线图、数控加工刀具卡。

第6周编写工艺文件和数控加工程序，输入零件的加工程序到数控车床，利用数控机床的图像模拟功能，验证加工程序。撰写设计说明书，并准备答辩。

第7周提交设计说明书一份，准备答辩

五、提纲

第一章概述

1.1数控加工的点

1.2数控机床

1.3 数控加工

1.4 数控编程系统

1.5 CAD/CAM系统

1.6利用CAXA制造工程师CAD/CAM系统进行自动编程的基本步

第二章各组成部分方案设计与计算

2.1 轴类零件加工的特点

2.2 加工工艺分析

2.3 加工路线

2.4 选择刀具

2.5 数控加工工序卡片

2.6 数学计算

第三章编制数控加工程序、仿真加工

3.1 制定加工程序清单

3.2 应用宇龙仿真软件仿真加工

第四章实际操作加工

4.1 准备机床

4.2 准备工件

4.3 刀具准备

参考文献：

【1】关雄飞主编。《数控加工工艺与编程》。机械工业出版社，2013

【2】刘华军等编着。《机械制造技术》。人民邮电出版社，2011

【3】陈伟珍等主编。《机械设计基础》。清华大学出版社，2007

【4】孙艳萍罗建华主编。《数控加工工艺》。中国海洋大学出版社，2013

【5】谢云峰主编。《互换性与技术测量》。东北师范大学出版社，2013

数控专业开题报告 2

一、课题概述、背景及意义

工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS(管理信息系统)、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重(数控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年已达20.8%，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。

微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。① 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 ②可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。③ 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。④ 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。⑤ 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条派生的好处如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力(一个人可以看管多台机床)，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。此外，机床数控化还是推行FMC(柔性制造单元)、FMS(柔性制造系统)以及CIMS计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已�

机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。机床数控化改造有以下优点：①节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。②性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。③提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。

在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改� 由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的`新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。

目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3%。我国大量的普通机床应用于生产第一线，用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求，所以必须大力提高机床的数控化率。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±0.01，已能满足加工零件的精度要求。这几年，国家加大了对这类机床的改造力度，国防科工委更是推行了万台机床数控化计划，车床、铣床的数控化改造需求量很大。本课题以普通车床的数控� 基于上述分析，本课题的研究具有较高的现实意义。

二、主要研究内容

1.普通车床数控改造方案的确定，进行总体设计。

2.对普通车床数控改造进行结构设计与计算，包括主轴进给系统设计、机床纵、横进给伺服系统的设计等。

3. 对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

4. 根据进给系统的控制原理模型，对影响伺服系统系统的因素进行分析。

5. 对影响伺服传动精度的因素齿轮传动精度、滚珠丝杠副传动精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。

6. 对影响伺服元件伺服精度的因素步进电机步矩角精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。

三、拟解决的关键问题

1. 普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算。

2. 对经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

3. 根据进给系统的控制模型，分析系统的误差来源及影响系统精度的因素。

4. 设计步进电机细分驱动电路，提高伺服进给系统的控制精度。

四、拟解决方案及关键技术

1. 普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算内容包括：确定系统的负载，运动部件惯量计算，步进电机的选择，滚珠丝杠副的选择和计算、滚珠丝杠副的刚度验算等。

2. 对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

3. 根据伺服进给系统控制原理模型，分别对伺服驱动元件的伺服精度、伺服机械传动元件传动精度进行分析，分析影响经济型数控车床定位精度主要因素。

4. 在伺服进给系统控制电路中加入步进电机细分驱动设计，改善步矩角特性，提高经济型数控车床的定位精度。

五、创新点

1. 运用机电一体化系统设计思路与方法进行普通车床数控改造的结构设计，在设计上达到有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；便于操作和维修。

2. 从经济型数控车床的控制原理模型分析影响整个系统精度的关键因素，分析影响机床机床定位精度的各项误差来源，提出相应的改进方法并应用于机床结构设计中。

3. 运用步进电机细分驱动技术，设计基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，减小步进电机的步距角及机床的脉冲当量，提高经济型数控车床的加工精度，改善电机运行的平稳性，减小噪声，增加控制的灵活性。

六、课题预计目标

1.普通车床数控改造的方案的研究，进行总体设计。

2. 对经济型数控车床的伺服进给系统建立控制原理模型，并根据进给系统的控制原理模型，对影响系统精度的关键因素进行分析。

3. 研究提高机械传动部件的传动精度与刚度的方法，对普通车床数控改造进行结构设计，改善伺服进给系统的伺服特性。

4. 设计一种基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，提高伺服进给系统的分辨率。

七、课题研究进展计划

预计本课题研究进展主要分以下几个阶段：

1. 2007年11月～2007年12月 查看文献资料并撰写开题报告

2. 2007年12月～2008年03月 收集相关方面的资料，以普通车床数控� 机床计算机数控及其应用[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2] 王爱玲。现代数控机床结构与设计[M].北京：兵器工业出版社，1999.

[3] 周文玉。数控加工技术基础[M].北京：中国轻工业出版社，1999.

[4] 朱晓春。数控技术[M].北京：机械工业出版社，2003.

[5]张柱良。 数控原理与数控机床。 北京：化学工业出版社，2003.

[6]]朱正伟。 数控机床机械系统。 北京：中国劳动社会保障出版社，2004.

[7] C616车床经济型数控改造总体方案及主要部件的设计[J]，机床与液压，1999，3：50~52.

[8] 杨祖孝。数控机床进给滚珠丝杠的选择和计算[J]，机床与液压，1999，3：50~52.

[9] 徐桦。直线滚动导轨副的选择程序及寿命分析[J]，机械设计与制造，1999，3：3~5.

[10] 翁史烈。现代机械设备设计手册-设计基础[M].北京：机械工业出版社，1996.

[11] 吴宗泽。机械设计实用手册[M].北京：化工出版社，2003.

[12] 刘晓宇。刘德平。普通机床数控化改造关键技术的设计与计算[J]，机械设计与制造，2007，9：42~44.

[13] 唐林。C616车床的经济型数控改造总体方案及主要零部件的设计 [J]，新技术新工艺，2007，6：48~50.

[14] 南京工艺装备制造厂 精密滚珠丝杠副说明书

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数控专业开题报告 3

一、数控渐进成形技术介绍

学者Shoekel在他的著作中预言随着自动控制技术的不断发展进步，板料成形设备将会变得更加灵活。Lesak在其申请的专利中首次提出了利用简单成形工具对板件进行加工的板料无模成形思想，但受限于当时的技术水平这种技术没有进一步向前发展。后来随着相关技术的不断发展，直到上个世纪90年代，松原才正式提出了板料数控渐进成形技术。

板料数控渐进成形技术引入“分层制造”的思想，首先将要加工的零件在高度上离散成若干层，再由AD/A软件在每层沿零件轮廓生成相应的加工轨迹，简单的成形工具头沿着该轨迹对板件进行逐层加工，得要想要加工的零件。由于数控渐进成形是对板料进行逐层逐点进行加工，靠局部变形的积累获得整个零件，因此具有加工方式灵活、加工精度高等优点，能够成形出形状复杂的钣金零件。数控渐进成形技术从零件的三维结构设计到零件的加工轨迹生成再到零件最终成形都具有很强的灵活性，零件的尺寸或者形状变动时只需在AD/A软件里改动零件模型即可。因此，该技术特别适合用于钣金类新产品的开发、试制及小批量生产。

板料数控渐进成形技术按其加工方式分为单点（负）渐进成形和双点（正）渐进成形。单点渐进成（Sinle Point Inreental Forin—SPIF）是一种不需要任何模具支撑的渐进成形方式。金属板被夹具固定在支架上，板下面悬空，工具头沿特定的轨迹由金属板四周向中心逐渐加工，此时金属板在力的拉伸作用下变形。零件成形过程中金属板料只跟工具头接触，成形过程中不需要模具支撑，因此单点渐进成形具有加工方式灵活、加工范围广、对设备依赖性不强、占用生产资源少等特点。此外，只需要在AD软件里改变零件几何模型就可以获得不同的成形轨迹，进而加工出相应形状的零件，所以单点渐进成形的操作性较好，但是因为成形过程中只是工具头和金属板的接触，系统刚度相对较小，成形后零件容易发生回弹，导致零件成形精度较差。

二、数控渐进成形优缺点

不同与冲压等塑性加工工艺，数控渐进成形是金属板件塑性加工的一种新的成形方式，主要有以下优点：

1、无模加工

渐进成形不需要专门的成形模具即可对金属板进行加工，特别是单点渐进成形技术，真正实现了无模具加工；即使是双点渐进成形也仅仅需要简单的模具，而且模具的制作可以是代木、纤维等材料，相对于冲压模的制作能大大节省时间成本和资金成本。

2、成形设备简单、成本低

渐进成形技术对设备的依赖性不高，普通的数控铣床进行简单的改造后就可以达到专用渐进成形机床的加工效果，对板料的渐进成形可以在普通数控铣床、渐进成形专用机床、数控加工中心等设备上实现；用来进行渐进成形刀具只是简单的圆形成形工具头，工具头不需要特殊的加工处理，只需保证硬度和表面粗糙度即可，这也降低了加工成本。

3、适合新产品的开发

市场上常见的商用AD/A软件里就可实现从零件结构设计到加工参数优化再到成形轨迹生成整个过程的无缝衔接；当零件尺寸需要改动时，只需在软件中改动相应的结构模型就可以实现成形轨迹的改变。

4、复杂板料零件成形

由于渐进成形是对板料进行逐点逐层成形因此可实现对复杂钣金类零件的成形且成形精度高。

5、成形力小

零件渐进成形过程中只有工具头底部很小的区域与板料相接触，每层板料变形区域也仅限于该区域，且工具头在相邻加工层之间的进给量Δ一般为0、2—1，因此所受成形力较小。

6、成形过程无噪音污染，对环境友好

零件渐进成形时，特别是进行单点渐进加工时，金属板和工具头的接触区域很小，加工过程中不会出现振动、冲击等现象，整个加工过程中几乎无噪声污染。

数控渐进成形的缺点

渐进成形的缺点主要包括：

1、零件尺寸精度差

金属板料在工具头的挤压下发生弹塑性变形，加工完成后，塑性变形部分被保留下来，而弹性变形部分产生回弹，再加上零件成形后的残余应力等因素，导致实际得到的零件形状跟设计的零件形状之间存在误差。特别是对于单点渐进成形，系统刚度较小，回弹更严重。此外，相关成形参数（增量步长Δ、成形角度θ、运动轨迹、工具头直径D等）的改变，也会影响到零件最终成形精度。

2、减薄严重，零件壁厚分布不均匀

零件壁厚跟金属板初始厚度和成形角度有关，理论上，近似符合正弦定理。但在现实成形时，由于板材变形过程的复杂性和金属塑性流动不确定性等因素，正弦定理并不能很好的用来进行板料厚度变化的预测，零件壁厚在某些位置减薄严重，其余位置厚度也不均匀，较薄的厚度往往达不到零件使用要求。

3、单件零件成形时间长，成形效率低

渐进成形所用时间跟零件尺寸大小、成形轨迹、进给速度等因素有关。由渐进成形原理可知，相对于冲压成形，单个零件的成形效率要低很多。特别是当零件尺寸较大，采用增量步长较小的情况下，成形效率更会大大降低。

三、数控渐进成形研究现状

板料数控渐进成形技术是在现代社会消费者对产品多样化、个性化需求越来越多的背景下提出的，是一种新型的适合新产品开发、试制的制造技术，该技术的进一步发展不仅可以丰富塑性加工理论的知识体系，还具有广阔的工业应用空间。数控渐进成形技术自被提出以来，便凭借自身的优点引起国内外大量学者的广泛关注。目前，对该技术的研究主要集中在下几个方面：

1、成形机理和性能

成形极限图（FL）通常用来描述一种工艺的成形性能。大量研究表明渐进成形技术的成形极限图大致是一条位于第一象限负斜率的直线，而传统的成形极限图是一条V线，如图1、6所示。因此，渐进成形技术能显着提升材料的加工潜力，成形出大应变的零件。Haan和Jeswiet对比研究了旋转成形、旋压成形和渐进成形三种板料成形技术的成形特征和成形机理，凸显了板料渐进成形技术的优势。Jakson和Allwood对拼焊铜板进行了渐进成形，研究零件成形过程中金属板的变形过程和变形机理。作者分别测量了单点渐进成形和双点渐进成形后零件厚度方向上的'应变分布，发现在与工具头运动方向相切的方向上，板料主要发生拉伸和剪切变形，与在工具头运动平行的方向上，板料主要发生剪切变形；作者还发现随着拉伸和剪切作用的不断加剧，零件实际测量厚度跟正弦曲线预测厚度之间的误差会逐渐增大。S.atea等研究了主要成形参数对板件成形性能的影响，发现零件经多道次渐进成形后壁厚分布更均匀；增量步长对板件成形性能的影响还不十分明确；增加主轴转速或者减小工具头进给速度都能使板件成形性能提高；小尺寸圆形工具头螺旋轨迹加工时，板件极限成形角较大。Raju等将几个薄铜板叠加在一起进行单点渐进成形，分别得到每块薄铜板的成形极限图，研究每块薄铜板的成形性能。

刘兆兵等通过试验验证了板料的成形性能跟成形角度和刀具轨迹的垂直进给量有关，作者还研究了不同成形参数对工具头与金属板之间成形力的影响。马琳伟等数值模拟不同成形轨迹下零件渐进成形过程，作者将零件分成四个不同的变形区，探讨每个变形区的变形特点和变形过程。

2、数值模拟研究

Duou等数值模拟了零件多道次单点渐进成形的成形过程，在零件尺寸精度、厚度分布等方面与试验结果进行对比研究。Arfa等通过试验和数值模拟对比研究了板料初始厚度、成形角度、成形零件形状和刀具轨迹等因素对成形过程中力的大小的影响。D.Neto等采用实体单元数值模拟了AA707—铝合金圆锥零件单点渐进成形过程，分析了板料变形机理和板料与工具头接触区域应力状态。

李超等对同一截面圆锥零件分别进行单道次和两道次渐进成形数值模拟，发现两道次渐进成形比单道次渐进成形零件厚度分布更加均匀。范国强等模拟了自阻电加热的情况下钛合金板进行渐进成形的过程，并分析了成形过程中的温度变化规律，发现自阻电加热单点渐进成形存在很大的内应力。李珑果等借鉴数控加工中PY铣的思想提出虚拟靠模法，获得复杂空间运动轨迹，成形路径可直接用于后续的数值模拟分析。李磊等应用韧性准则，基于有限元数值模拟技术，准确的预测了硬铝板的成形极限。

3、成形轨迹优化

Hu hu等提出一种基于零件三角网格模型，利用固定残余波峰高度原理的螺旋路径生成方法。这种螺旋路径不仅使成形后零件厚度更均匀还能提高零件成形尺寸精度，且零件表面更加光滑。

B.Taleb Arahi等把传统的拉伸成形同渐进成形结合起来，大大提高了零件加工的可操作性，且有效改善了零件的使用性能。Rauh等讨论了加工路径类型和其他工艺参数对零件渐进成形质量的影响，提出一种智能生成和控制加工轨迹的方法，该方法根据对成形过程的实时评估来设计、控制加工路径。

莫建华等基于V++编程思想利用程序实现了工具头压入点均匀分布，消除了零件表面压痕现象，提高了板料数控渐进成形的质量。李湘吉等把多点成形与渐进成形结合起来，利用两种不同技术的优势，提高成形效率和成形精度，改善零件成形性能。周六如采用平行线形轨迹路径法，多道次成形出直壁零件，发现影响直壁矩形零件渐进成形的主要参数是成形半锥角。史晓帆等通过自阻电阻加热方法提高了板料的成形性能。

数控专业开题报告 4

1.选题的背景与意义

1.1选题的背景

制造业是国民经济各部门科学技术进步的基础，机械加工装备直接制约了机械零件的发展。加工精度，产品质量，生产效率等一系列的因素都和机械加工装备有着直接联系。而机械加工机床的不断发展也依赖于进给系统的不断发展，其中机械系统的稳定性，传动精度是机械零件制造的精度基础机床进给系统的多轴联动技术是机械零件多样性，复杂性的基础。传动系统的速度与切削加工时的稳定性更是促进了生产效率的提高。而机床技术的发展在很大程度上也依赖于制造业技术的进步，机械零件精度的不断提高。工程材料的不断进步，计算机科学的不断发展。

水平控制滑台是数控机床的水平方向的进给传动系统连接滑台做走向进给运动的装置。主要由传动装置(伺服电动机，齿轮、带或直连等方式连接丝杆)，滚珠丝杠螺母副，导轨与滑台三个主要部分组成。机床在工作时，滑台运动控制x方向或者y方向的进给运动，使工件在所要求的方向进行切削加工。因此，滑台部分是数控机床最主要的部分之一，在加工装备中也是最基础的部分。本设计的主要任务：水平控制滑台的研究与设计。

1.2选题的意义

水平控制滑台设计是全面地综合的运用有关专业课程的理论和实践知识进行机械传动系统设计的一次重要实践，通过该毕业设计，综合所学专业知识，熟练的利用机械设计的基本理论知识和数控技术有机床结构的有关知识，正确的解决了伺服电动机的同步带传动，滑台与导轨的定位与装配，滚珠丝杠螺母副的装配与承载等问题。培养了分析问题与解决问题的能力，加深了对课本知识的理解，了解了机床的基本结构，强化了对CAD等计算机辅助制图软件的运用技能，并对设计实习有了一定的感性认识。在设计中，通过对遇到的各种问题的不断解决，促进了对机械制造业的不断认识，增强了对振兴我国制造业的使命感，对数控机床领域产生了浓厚兴趣。通过设计的系统训练，培养了理论联系实际的设计思想，学会了使用设计手册，查询相关资料。巩固加深和扩展了机械设计与数控技术方面的知识。独立完成产品的设计，实践产品设计的全过程，为以后的实际工作奠定基础。

1.3选题的目的

数控技术是现代机械制造的最主要技术，通过本次设计对数控机床的技术与结构作最全面的了解，不仅要了解机床的基本结构，而且要了解数控机床的发展概况和数控技术的发展趋势，懂得我国发展数控机床的意义和必要性，对数控这门技术有较全面了解。对其设计的基本步骤，训练如何收集和分析资料，如何定制设计方案，如何进行工程图设计与计算，撰写论文的能力，了解数控机床进给传动系统的工作原理和基本结构。

1.4国内外的设计现状与发展趋势

随着现代材料工程，机械技术，计算机技术的发展，数控技术也在不断的发展与完善，现在的制造技术对控制滑台的设计提出了严格的要求：高速转动时不发生震动，低速转动时不发生爬行，灵敏度高，耐磨性好，可在重载下长期工作，精度保持性好。因此数控机床的导轨常用的有滑动导轨滑台，静压导轨滑台和滚动导轨滑台。

目前市场上主要以上三种导轨为主，随着先进制造技术的发展与市场竞争的加剧，传动系统的滚动部分也在不断发展，国外滚动功能部件产业的总体水平和产品发展走势有以下特点：

(1)生产规模大，信息化管理水平高，以大规模集约化制造的成本和速度，提供全方位满足用户个性化需要的众多系列产品。

(2)企业资本雄厚，产业化的速度快。

(3)产品原创力强，新产品研发速度快，对市场需求反应十分灵敏，每年都推出一批具有时代气息的自主知识产权的新品，并迅速申请专利。

我国需要重点发展的技术，科学技术是推动功能部件产业化的动力。当前滚动功能部件产业面临两大急需解决的问题：其一是迅速研制出高性能、高档次的产品，以满足国产高档数控机床产业化的需求。其二是迅速提升制造技术水平，从革新工艺入手，提高批量生产的产品质量和生产效率，缩短制造周期，在此基础上推出一批有竞争力的名牌产品。围绕这两大问题，实现产业化的关键是加大技术投入和资金投入。根据高速、精密、复合、智能、环保的发展方向，需要重点发展的技术包括：

在滚动功能部件的新产品开发方面：

(1)批量生产精密高速滚珠丝杠副的制造技术和装备。

(2)与直线电机配套的高速、高刚度、低噪声精密滚动直线导轨副。

(3)根据主机的需要研发智能化、复合化、机电一体化的高性能滚动功能部件产品。

(4)用于重型数控机床的高精度、高刚度滚柱直线导轨副。

(5)开发滚动功能部件绿色产品。

在提升制造工艺水平方面：

(1)满足尺寸稳定性、可靠性、易成型性和生产效率要求的。新材料及热工工艺及其装备的开发。

(2)滚珠丝杠精密冷轧技术及装备的国产化，P3级以下的滚珠丝杠全面推广冷轧工艺。

(3)引进并消化吸收"comC精密旋风硬铣削"技术，装备国产化使P3级以下以旋风铣手段部分取代螺纹磨削。

(4)滚珠返向装置的优化设计及一次成型制造技术的产业化。

(5)提高滚道廓形精度的相关技术。

综上所述，制造技术要走专业化生产道路，以专业化促进规模化；引进先进技术，并在此基础上做好自主创新工作；建立行业的技术中心，制造高效实用、可靠的生产滚动功能部件的专用装备和检测仪器。这不仅是对制造业的要求，更是对数控机床的要求。

2可行性分析

在大学本科阶段系统的学习机械设计基础，机械课程设计，机械制图，互换性与测量技术，数控技术，数控编程，数控原理等基本课程。而且进行过金工实习，生产实习等实习课程。接触过数控加工机床，对设计有了一定程度的认识，而且在工程训练中心提供机床的实物供参考，图书馆有非常丰富的关于数控的藏书，各种设计手册和相关课程设计资料可以参考。相信在老师的指导和帮助下一定能顺利完成设计。

3设计内容

3.1基本设计框架

(1) 参考和分析水平滑台的各种零件图纸

(2)查找各种零件的不同种类和详细资料

(3)确定机床底座结构

(4)选择导轨形式

(5)根据导轨形式与设计参数确定滑台形式

(6)确定滚珠丝杠的形式，丝杠螺母的预紧方式

(7)确定滚珠丝杠的支承方式与预紧方式

(8)根据支撑方式，决定所采用的轴承结构

(9)根据设计参数，确定工作滑台行程

(10)确定电动机类型

(11)确定电动机与丝杠的连接方式

3.2关键零件的设计与计算

(1)主切削力及其其切削分力计算

(2)导轨摩擦力计算

(3)计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载荷

(4)滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算

a)确定滚珠丝杠的导程

b)计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷

c)确定滚珠丝杠预期的额度动载荷

d)按精度要求确定允许滚珠丝杠最小螺纹底径

e)初步确定滚珠丝杠的规格型号

f)确定滚珠丝杠螺母副的预紧力

g)计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预拉伸力

h)确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号

3.3校验与刚度计算

(1)滚珠丝杠螺母副的承载能力校验

(2)计算机械传动系统刚度

3.4设计的重点和难点

滑动工作台设计的重点为：(1)导轨的形式选择；(2)滚珠丝杠的形式与固定方式；

(3)伺服电动机与滚珠丝杠的连接方式；(4)电动机的选型。

导轨的承载面和导向面与滑台的接触方式是重点，用什么样的导轨，怎样消除定位面之间的间隙需要在装配图中重点画出。整个滚珠丝杠螺母副的支承形式，轴承结构用剖视图表现出来。螺母与滑台的连接也要在图中重点表示出。电动机的选择关乎数控系统的控制方式，开环系统选择步进电动机，半闭环和闭环系统选择伺服直流或伺服交流电动机。为了满足控制精度的要求，一般选择半闭环的控制方式，交流伺服电动机。

3.5拟解决的关键问题

1)滑台在导轨上运动时的稳定问题

可以通过采用贴塑滑动导轨，在动导轨的摩擦表面上贴上一层由塑料等其他化学材料组成的塑料薄膜软带，以提高导轨的耐磨性，降低摩擦系数，而支撑导轨则是淬火钢导轨。贴膜导轨的优点是：摩擦系数低，在0.03-0.05范围内，动静摩擦系数接近，不易产生爬行现象。结合面抗咬合能力强，减振性好。耐磨性要比铸铁导轨高。化学稳定性好。可加工性好，工艺简单，成本低。当有硬粒落入导轨面上时，也可挤入塑料内部，避免磨损和撕伤导轨。在机床导轨设计中广泛使用。

2)滚珠丝杠螺母副的传动问题

在滚珠丝杠螺母副的选择过程中，要考虑到传动精度。在估算滚珠丝杠允许最小螺纹底径时要考虑滚珠丝杠螺母副的螺距误差和本身的弹性变形量。一般通过滚珠丝杠的预紧来保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度。预紧方法为双螺母垫片调隙，通过调整垫片的厚度使左右两螺母产生轴向的位移，即可消除间隙和产生预紧力，结构简单，刚度好。

滚珠丝杠在工作时会发热，其温度高于床身，丝杠的热膨胀使导程加大，影响定位精度。为了补偿热膨胀，可将丝杠进行预拉伸。预拉伸量应大于热膨胀量，发热后，热膨胀量抵消了部分预拉伸量，使丝杠内的拉应力下降，但长度却没有变化。

3)电动机与丝杠连接的传动精度问题

根据计算参数选择合适的伺服电动机，一般选择精度较高的交流伺服电机，传动方式选择圆弧齿同步带传动，在传动过程中无相对滑动，工作平稳，结构紧凑，无噪音，有良好的减震性能，无需润滑，不用特别张紧，在轴和轴承上的载荷较小，传动效率高。

4设计的方案及措施

本毕业设计工作分为水平数控滑台关键零件的设计与计算和整个滑台的整体装配。设计方法和措施拟定为，分析各种传动装置图纸，了解所需要用到的各零件参数，查找相关资料，详细参阅《数控技术课程设计》，了解设计的一般步骤和设计实例，在设计前做到心中了然。收集传动系统主要零件的资料，全面了解各种零件的优缺点，便于设计时优化选取零件。根据任务书计算各种零件的必要参数，作为选取零件的标准参数。

根据设计要求，可以确定设计方案如下：

导轨：滑动贴塑导轨，截面形状为矩形。各接触面采用贴塑，减少摩擦，在滑台

与导轨之际采用镶条进行固定。

工作台：840x1000

滚珠丝杠：p类滚珠丝杠垫片双螺母预紧，2级精度。

滚珠丝杠的预紧方式：螺母为双螺母垫片预紧，丝杠进行预拉伸。

支承方式：两端固定。

采用轴承结构：首端采用三个60度接触角推力接触球轴承，按DFD方式安装，

这种面对面方式可以使轴承间的受力作用线向内收敛，有效支点

距离缩小。可以较多的降低轴承的极限转速。同时用3个60度

接触角推力角接触球轴承也可以有效的增强承受倾斜力矩的能

力。用尾部固定端采用两个60度接触角推力接触球轴承，按DF

方式安装排列，也是同样的原因。

行程：2000mm

电机类型：伺服交流电动机。

电机与丝杠的连接方式：同步带传动连接。

降速比：0.5

控制方式：半闭环控制

完成设计方案后，根据设计方案选好各个零件，画出各部分零件图与装配图。

5预期研究成果

本设计及论文预计在四月份底能全部完成，并在五月上旬进行答辩期，预期的设计成果如下：

(1)开题工作，完成《文献综述》，《外文翻译》，《开题报告》;

(2)水平数控滑台的设计，其中：装配图一张，主要零件图(底座，滑台，滚珠丝杆，

丝杆螺母副，丝杆轴承座等零件)各一张。

(3)伺服电动机的选择与计算，机械系统的刚性计算，滚珠丝杠的有关计算。

(4)撰写论文。

6设计工作进度计划

2022年2月13日——2月28日，完成《文献综述》。

2月19日——2月24日，完成《外文翻译》。

2月24日——2月29日，完成《开题报告》。

3月1日——3月15日，完成总体装配图和底座零件图。

3月16日——3月18日，完成滑台的零件图。

3月19日——3月21日，完成电机支架的零件图。

3月22日——3月25日，完成滚珠丝杠的零件图。

3月26日——4月1日，完成丝杠螺母座和丝杠轴承座的零件图。

4月2日——4月3日，完成伺服电机的选择计算，机械系统的刚性计算和滚珠丝杠的有关计算。

4月4日——4月6日，写设计说明书。

5月1日——5月4日，完成论文的撰写并装订；修改论文，准备答辩提纲。

(4)工艺水平高、装备数控化率高、生产效率高、产品质量稳定。

(5)拥有先进的检测仪器和产品性能试验设备，为批量生产的产品和新产品的研发提供品质保证，用检测数据和性能对比曲线取信用户。不但能向用户提供所需硬件商品，还可为用户提供解决方案的软件服务。

近几年来，国外一些知名企业都紧跟时代发展的潮流和主机发展的方向，滚动功能部件产品向高速、精密、重载、复合化、智能化、环保化方向发展。目前市场流行的新产品有：空心强冷，线速度80~120m/min，高速精密滚珠丝杠副；螺母主驱动高速直线驱动装置；智能型滚柱直线导轨副，配置阻尼滑座的高刚度、重载滚柱直线导轨副；滚珠丝杠、滚珠花键、滚动直线导轨一体化的传动装置；对滚珠丝杠和螺母同时实施强冷的低温高速滚珠丝杠副；自润式、免维修绿色滚动功能部件产品等。