数控机床的发展及应用研究 机电一体化专业毕业论文

毕业论文毕业论文数控机床的发展及应用研究数控机床的发展及应用研究 学 生 姓 名 指 导 教 师 （副教授） 专 业 名 称 机电一体化技术 班 级 名 称 机电;班 论 文 工 作 起 始 日 期 2012 年 12 月 15 日 提 交 日 期 2013 年 01 月 03 日 昆明冶金高等专科学校毕业设计（论文）成绩评定表昆明冶金高等专科学校毕业设计（论文）成绩评定表设计（论文）题目：设计（论文）题目： 数控机床的发展及应用研究 学生姓名：学生姓名： 学号：学号： 电气学院 学院学院 机电一体化技术 专业专业 2010 年级年级 1 1、指导教师评分：、指导教师评分：序号序号评价内容评价内容分数分数序号序号评价内容评价内容分数分数1调查论证（8 分）4工作量、工作态度（10 分）2方案设计与技术路线（15分）5论文质量（15 分）3分析与解决问题能力（15分）6创新（7 分）指导教师评分指导教师评分 ： 分分 2 2 指导教师评语：指导教师评语：该同学按照论文任务书要求认真开展了论文研究工作，结合专业重点知识进行选题，查阅资料充分，论文撰写规范，论文思路清晰，内容充实，论述充分，结论明确，按进度安排提交了所有论文成果。 导师（签字）： 日 期：2013 年 01 月 08 日 1昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书学院： 电气学院 专业： 机电一体化技术 班级： 学生姓名： 毕业设计（论文）题目： 数控机床的发展及应用研究 毕业设计（论文）主要内容：1、按指导教师所给论文题目查阅相关文献资料。根据本次毕业论文所给题目，毕业论文参考资料主要查阅所需题目研究领域的发展历史、国内外研究情况、在各行业的应用情况、发展趋势及需要解决的主要技术难题、进一步研究的工作重点等；2、确定论文具体研究方向；3、拟定论文撰写提纲和工作进度，填写论文开题报告；4、根据指导教师对开题报告的修改意见撰写论文，形成初稿后提交指导教师审阅，根据修改意见修改论文，形成论文终稿，论文要求内容丰富，条理清楚，格式规范，富有创新，字数不少于一万字；5、按格式要求打印论文相关材料，并按顺序装订提交；6、制作论文汇报 PPT，以便教师快速查看论文的撰写过程及核心内容。2毕业设计（论文）毕业设计（论文）预期目标：预期目标：1、根据论文题目完成相关资料查阅；2、完成论文开题报告；3、完成课题研究和论文撰写；4、完成论文汇报 PPT。完成时间：完成时间：20132013 年年 1 1 月月 4 4 日前日前 毕业设计（论文）指导教师： 系 主 任（教研室主任）： 学 院 院 长： 2012 年 1212 月 13 日34昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校毕业设计（论文）开题报告 设计题目：数控机床的发展及应用研究设计题目：数控机床的发展及应用研究学生姓名：学生姓名：专专 业：机电一体化技术业：机电一体化技术指导教师：（副教授）指导教师：（副教授）填表填表 时间：时间：2012 年年 12 月月 15 日日 1毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告1 1本课题的研究意义：本课题的研究意义：现代机械产品向着高精度、高自动化和高可靠性发展，具有机电结合和多学科结合的特点，纯机械产品越来越少，而且更新速度很快，对这些要求数控技术将起到保障作用。而机床是国民经济中具有战略意义的基础工业，所以机床工业的发展和机床技术水平的提高，必然对国民经济的发展起着重大的推动作用。随着改革开放和中国加入世贸组织后，我国机床工业取得了巨大的发展。特别是加入世贸组织以后，中国正在逐步成为“世界制造中心” ，机械行业为增强竞争力已开始广泛使用先进的数控技术。当前，机械产品在国内外市场是否具有竞争力，很大程度取决于数控技术的发展、推广与应用。因此，大力推广发展数控技术、用数控技术改造传统工业、有着深远意义。2国内外研究现状（文献综述）：国内外研究现状（文献综述）：19 世纪末，以纸制为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938 年香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机控制系统的基础。1952 年第一台数控机床问世（三坐标数控铣床） ；1965 年出现第三代集成电路数控装置；1974 年研制成功使用微处理器和和半导体存储器的微型计算机数控装置，可靠性得到极大提高。随着数控技术的发展，采用数控系统的机床日益增多。而目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程可以自行修正，调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化处理故障；在网络化基础上，CAD/CAM 与数控系统集成一体，机床联网，实现中央集中控制的群加工。在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控机床领域，以 PLC 为平台的国产数控系统，已经走向世界的前列。23 3本课题研究的基本内容本课题研究的基本内容1. 数控系统的发展简史及趋势 1.1 数控（NC）阶段 1.2 计算技术控(CNC)阶段 1.3 数控技术及装备的发展趋势2. 数控机床在工业制造中的应用 2.1 数控机床的概念和特点及功能 2.2 数控机床在国内外的应用现状 2.3 数控机床的应用3. 数控机床发展现状和思考与研究 3.1 我国数控机床的发展现状 3.2 对我国数控机床的思考 3.3 虚拟数控机床的研究4 4本课题的重点和难点及预期目标本课题的重点和难点及预期目标 (1) 重点：数控机床发展现状与思考（2）难点：数控系统体系结构向 PC 全数字化开放体系结构的发展，如高速化、高精度化、信息交互网络化、加工过程绿色化等（3）预期目标：研制出操作简单，成本比较低，加工精度更高的数控机床5 5设计（论文）进度计划设计（论文）进度计划2012.12.15-12.19 开题报告2012.12.20-12.26 论文初稿2012.12.27-2013.1.4 论文终稿2013.01.04-01.07 汇报 PPT 3 指导教师意见：指导教师意见：所选题目贴合专业知识，研究内容对本行业发展及个人专业能力提高有现实意义。写作过程中注意进一步理清思路，突出重点难点，突出课题的研究对生产实践的指导意义，并融入自己对改进生产工艺和未来发展趋势的思考，按照科技论文的撰写规范按时完成任务。同意开题。 指导教师：所在专业审查意见：机电一体化技术同意开题同意开题 专业负责人： 院部审查意见： 同意开题同意开题院部负责人： 龙志文 毕业设计（论文）辅导情况表毕业设计（论文）辅导情况表 指导教师：指导教师：代若愚代若愚辅导时间辅导内容学生签字2012.12.14 开毕业论文动员大会，下达任务2012.12.17开题报告修改意见2012.12.24论文初稿修改意见2013.01.01论文修改意见2013.01.03指导装订，打印规范2013.01.04PPT 制作的安排2013.01.05指导汇报 PPT 制作目录目录0 前言前言 .11 数控系统发展简史及趋势数控系统发展简史及趋势 .11.1 数控（NC）阶段 （19521970 年） .21.2 计算机数控（CNC）阶段（1970 年现在） .21.3 我国数控机床的发展现状 .32 数控机床的简介数控机床的简介.42.1 数控机床的概念.42.2 数控机床的特点和组成 .43 数控机床的应用数控机床的应用 .53.1 数控机床在国内外的应用现状 .53.2 数控机床在汽车行业的应用 .63.3 数控机床技术在军事的应用 .83.4 数控机床技术在其他行业的应用 .94 4 数控机床的思考发展趋势及展望数控机床的思考发展趋势及展望 .94.1 对我国数控机床的思考 .104.2 数控技术及装备的发展趋势 .114.2.1 高速化发展新趋势 .114.2.2 精密化加工发展新趋势 .124.2.3 高效能发展新趋势 .124.2.4 开放化发展新趋势 .124.2.5 复合化发展新趋势 .134.3 虚拟数控机床的研究 .134.3.1 虚拟数控机床的特点及功能 .144.3.2 虚拟数控机床的体系结构 .154.3.3 虚拟数控机床的的应用及展望 .165 结束语结束语 .17总结与体会总结与体会 .17致谢致谢 .17参考文献参考文献 .18数控机床的发展及应用研究数控机床的发展及应用研究（昆明冶金高等专科学校电气学院，昆明 650033）摘 要：数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术。本文简要分析了数控机床的发展简史及趋势，并简要说明数控机床在在工业制造中的应用，并提出了我国数控机床发展中存在的一些问题。讨论了国内外数控装备技术发展和产业化的现状,并分析了其存在的问题，提出了我国数控机床发展的对策。现代制造技术正朝着高效率、高速度、高精度、高集成和高智能方向发展，加工智能化和虚拟制造已成为现代制造业中最重要的组成部分和发展方向，并成为提高产品国际竞争力的关键技术。关键词数控机床;工业制造;发展;应用TheThe DevelDevel OpmentOpment andand ApplicationApplication ofof CNCCNC MachineMachine ToolsTools(Kunming Metallurgy College School of Electrical Engineering, Kunming 650033，China)Abstract：CNC technology is a mechanical movement and work process control technology with digital information. This article briefly analyzes the brief history and trends of CNC machine tools, CNC machine tools in industrial manufacturing, and some of the problems that exist in the development of Chinas CNC machine tools and a brief description. Domestic and foreign the CNC equipment technology development and industrialization of the status quo, and its problems, and proposed countermeasures of the development of Chinas CNC machine tools.Modern manufacturing technology is moving in the direction of high-efficiency, high-speed, high-precision, high integration and high intelligence, of processing intelligent and virtual manufacturing has become the most important part of the modern manufacturing and development direction, and improve product international competition the force of the key technologies.Keywords: CNC machine tools ; industrial manufacture ; Developing ; Application 昆明冶金高等专科学校机电 1020 班陶兴健毕业论文10 前言前言从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求 100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入 21 世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。本文简要分析了数控机床的发展简史及趋势，并简要说明数控机床在在工业制造中的应用，并提出了我国数控机床发展中存在的一些问题。以及本行业在近期的研究目标虚拟数控机床的一些特点、功能、结构及应用与展望。1 数控系统发展简史及趋势数控系统发展简史及趋势1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6 年后，即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。数控机床的发展及应用研究2 1.11.1 数控（数控（NCNC）阶段）阶段 （1952195219701970 年）年） 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC） ，简称为数控（NC） 。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即 1952 年的第一代电子管；1959 年的第二代晶体管；1965 年的第三代小规模集成电路。1.21.2 计算机数控（计算机数控（CNCCNC）阶段（）阶段（19701970 年现在）年现在）1970 年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段。到 1971 年，美国 INTEL 公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR） ，又可称为中央处理单元（简称 CPU） 。到 1974 年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控） ，不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了 1990 年，PC 机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于 PC 的阶段。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即 1970 年的第四代小型计算机；1974 年的第五代微处理器和 1990 年的第六代基于 PC（国外称为 PC-BASED） 。 还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即 CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC） 。所以我们日常讲的“数控” ，实质上已是指“计算机数控”了。昆明冶金高等专科学校机电 1020 班陶兴健毕业论文31.31.3我国数控机床的发展现状我国数控机床的发展现状我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004 年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为 39.3%34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002 年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达 94.6 亿美元，但进出口逆差严重，国产机床市场占有率连年下降，1999 年是 33.6%，2003 年仅占 27.7%。1999 年机床进口额为 8.78 亿美元(7624台)，2003 年达 27.1 亿美元(23320 台)，相当于同年国内数控机床产值的 2.7 倍。国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。中国发展数控机床存在的主要问题：中国于 1958 年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在 19581979 年间为第一阶段，从 1979 年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠佳，无法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共 11 国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。在 20 余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。存在的主要问题包数控机床的发展及应用研究4括：缺乏象日本“机电法” 、 “机信法”那样的指引；严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。2 数控机床的简介数控机床的简介随着科学技巧和社会消费的敏捷开展，机械产品日趋庞杂，对机械产品德量和消费率的请求越来越高。在航空航天、军工和盘算机等工业中，零件精度高、外形庞杂、批量少、常常修正，加工艰难，消费效力低，休息强度大，质量难以保障。机械加工工艺历程主动是和智能化适应上述开展特征的最重要手腕。为处理上述问题，一种灵巧、通用、高精度、高效的“柔性”主动化消费设备一数控机床在这种状况下应运而生。目前数控技巧已逐渐遍及，数控机床在工业消费中得到了普遍运用，已成为机床主动化的一个重要开展方向。 2.12.1 数控机床的概念数控机床的概念数控机床是数字控制机床（Computer numerical control）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。2.22.2 数控机床的特点和组成数控机床的特点和组成数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点： 加工精度高，具有稳定的加工质量；可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的 35 倍） ； 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 对操作昆明冶金高等专科学校机电 1020 班陶兴健毕业论文5人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。它由以下几个部分组成：主机：他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。 数控装置：是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT 显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 驱动装置：他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 辅助装置：指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 编程及其他附属设备：可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 自从 1952 年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都有飞速发展。3 数控机床的应用数控机床的应用3.1 数控机床在国内外的应用现状数控机床在国内外的应用现状在汽车等大批量生产行业，生产准备和生产组织管理等工作的效率相对较高，其数控设备的应用效率也相对比较高。但是由于汽车工业本身多产的特征，必然导致机床应用的资源浪费，因为其效率也会大打折扣。飞机制造业，因其产品的批量远远达不到大批量生产的规模，频繁的技术和生产准备等因素造成数控设备的停机和辅助时间延长，在一定程度上导致了设备利用率相对较低，同时，对于国内的飞机制造企业，还存在着多品种、小批量和离散程度高等问题，数控设备维护、数控工艺技术、数控程编技术和刀具技术等方面与国外存在着较大的差距，数控设备的应用效率明显低于世界先进的飞机零部件制造企业。数控机床的发展及应用研究6同样，其他制造业中由于本身投入的便不如汽车和飞机制造业的资金充裕，高素质的人才不能与之配套，机床的养护以及使用不够规范，使其效率远远不能发挥。据有关方面统计，目前，国外数控机床在使用两班制工作情况下开机率达 6070，而国内用户的开机率仅有 2030，数控机床的开机率在很大程度上代表了数控机床的加工效率，出现过把德国生产的 DMU125P 型（马豪，五轴四联动）机床当普通镗床使用的情况，另外，也出现了许多企业十分严重的数控机床常年闲置不用的现象。一句话，国内数控机床普遍存在加工效率不高的现状。3.23.2 数控机床在汽车行业的应用数控机床在汽车行业的应用随着汽车工业的发展，数控机床在汽车发展中起着越来越重要的作用。数控机床的发展推动了汽车工业革命的进程。汽车工业的发展既依赖于机床工业的技术进步，又带动了机床工业的发展。汽车工业生产的每一个环节已经离不开数控机床。数控机床也需要汽车工业的支撑。汽车工业已成为机床消费的主体，其比例已经占到机床消费总量的40%左右。现今的汽车生产，新产品的开发周期不断缩短，成本也不断降低，有资料显示，十年前需要四年开发周期的汽车产品；今天只需要两年就可以完成。除了汽车制造商采用了先进的新产品开发方法，虚拟制造，同步工程等先进开发技术外，很重要的一点是得益于为汽车制造提供制造装备的设备供应商的努力，尤其是这些设备供应商提供了各种数控机床，这些数控机床允许汽车制造商以最快的速度提供满足市场需求的产品。 1、汽车工业生产的特点及数控机床的优点 随着社会的发展，人民生活水平的提高，亿万家庭要求拥有自己的汽车，汽车走进千家万户。汽车生产量非常大，而且迫切要求降低生产成本，提高生产效率。更重要的是提高汽车的品质和质量。 数控机床，精度高、生产效率高、性能稳定、故障率低无故障时间长、设备的可开动率高，重复加工方便等优点倍受汽车行业用户的青睐，在汽车制造业中应用广泛、处于主导地位。数控车床在汽车制造业中主要用来加工轴类零件和盘类零件，如曲轴、凸轮轴、飞轮、前轮毂、后轮毂、制动盘、一轴、二轴、齿轮、齿套、差壳昆明冶金高等专科学校机电 1020 班陶兴健毕业论文7等，而轴类零件和盘类零件占汽车零部件的主体。数控机床在汽车工业中的广泛应用不仅提高了生产效率，保证了加工精度，而且降低了生产成本。2、数控机床在整车生产中的应用汽车整车生产的四条线，即冲压、焊接、涂装和总装线，无一不用到数控机床。自动化生产线中应用最多的就是机械手和传输装置，使工人装配更方便快捷。随着数控技术的发展，也出现了一些完全不需要人干预的无人自动化生产线，最典型、应用最广泛的应该是自动化车身前板生产线，完全由机器完成，不需人手持板件冲压，减少了对人体的伤害。当然，还有自动化焊接机器人，在焊接车身时，焊接质量高，而且焊接速度是人工焊接的百倍以上。最值得一提的是美国通用的无人汽车生产车间，整个生产车间不需工人，完全自动运行。3、数控机床在汽车零部件生产中的应用一个轿车有一万多个零部件，没有几个零部件的生产和数控机床毫无关系。发动机作为汽车的心脏，制造加工精度要求相当高，而且制造工艺复杂。气缸体是发动机中的最大零件，也是其他零部件的支撑体。气缸体先铸造，再用数控机床铣“三孔四面”，最后还要用数控机床精镗缸筒。活塞也是先铸造，再数控加工，最后精磨。连杆先用滚锻的工艺锻造，再数控加工。曲轴的动平衡要求很高，凸轮轴的凸轮型线精度要求很高，必须数控加工。发动机上最复杂的气缸盖就更要用数控机床加工了。发动机的油底壳采用薄钢板冲压而成，看似与数控机床无关，但是你可曾想过冲压用的模具也是由数控机床加工出来的呢？变速箱最为汽车中最重要的传动机构，拥有大量的齿轮和轴类零件。现在汽车制造中，变速箱中所有的齿轮和轴都由数控机床加工。数控机床在加工齿轮时有很大的优势，现在常采用插齿、剃齿、滚齿等工艺加工齿轮，加工精度高，生产效率高。轴在加工成阶梯轴后，还有铣键槽，拉花键等。这些都大大提高了配合精度。变速箱的壳体在铸造完后，必须在数控加工中心中铣端面和轴孔，以保证各轴间的间距。就连凸缘的淬火也是在淬火机长完成。驱动桥也是很重要的传动机构。驱动桥中的主减速器两个准双曲面齿轮必须由数控机床加工。差速器中的锥齿轮也要用数控机床加工。桥壳在铸造后还有铣端面及孔，端面上的几个螺栓孔由专用机床一次加工完成。现代汽车车身的美观性越来越受到人们的重视。同时为了获得更好的空气动力学以及碰撞安全，以减少行车阻力和提高安全性，使得汽车车身形状越来越复杂，曲面高次方程越来越多。现代车身虽然全部冲数控机床的发展及应用研究8压而成，但是哪个冲压也离不了数控加工中心。在汽车中还有许多难加工的零部件，它们用普通机床往往无法加工，只能用数控机床加工。比如大批量汽车发动机，变速箱，底盘主要零部件需要中五轴的加工中心加工。4、数控机床在汽车工业中的应用前景随着汽车工业和数控技术的快速发展，我深信：数控机床会更加深入地应用到汽车生产中，加速汽车工业发展，为汽车工业服务。汽车工业也会促进数控机床的发展。3.33.3 数控机床技术在军事的应用数控机床技术在军事的应用现代的许多军事装备，都大量采用伺服运动控制技术，如火炮的自动瞄准控制、雷达的跟踪控制和导弹的自动跟踪控制等。伺服控制系统最初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中，后来逐渐推广到很多领域，特别是自动车床、天线位置控制、导弹和飞船的制导等。采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的：以小功率指令信号去控制大功率负载。火炮控制和船舵控制就是典型的例子。在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动。使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。 衡量伺服控制系统性能的主要指标有频带宽度和精度。频带宽度简称带宽，由系统频率响应特性来规定，反映伺服系统的跟踪的快速性。带宽越大，快速性越好。伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。惯性越大，带宽越窄。一般伺服系统的带宽小于 15 赫，大型设备伺服系统的带宽则在12 赫以下。自20 世纪 70 年代以来，由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，使带宽达到50 赫，并成功应用在远程导弹、人造卫星、精密指挥仪等场所。伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。因此，在伺服系统中必须采用高精度的测量元件，如精密电位器、自整角机和旋转变压器等。此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，例如将测量元件（如自整角机）的测量轴通过减速器与转轴相连，使转轴的转角得到放大，来提高相对测量精度。采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线昆明冶金高等专科学校机电 1020 班陶兴健毕业论文9路称粗读数通 。3.43.4 数控机床技术在其他行业的应用数控机床技术在其他行业的应用1、在信息产业中，从计算机到网络、移动通信、遥测、遥控等设备，都需要采用基于超精技术、纳米技术的制造装备，如芯片制造的引线键合机、晶片键合机和光刻机等，这些装备的控制都需要采用数控技术。2、在医疗行业中，许多现代化的医疗诊断、治疗设备都采用了数控技术，如 CT诊断仪、全身刀治疗机以及基于视觉引导的微创手术机器人等。3、在轻工行业，采用多轴伺服控制(最多可达 50 个运动轴)的印刷机械、纺织机械、包装机械以及木工机械等；在建材行业，用于石材加工的数控水刀切割机；用于玻璃加工的数控玻璃雕花机；用于席梦思加工的数控行缝机和用于服装加工的数控绣花机等。4 4 数控机床的思考发展趋势及展望数控机床的思考发展趋势及展望 随着微电子技术，传感器技术，精密机械技术，自动控制技术以及微型计算机技术，人工智能技术等新技术的发展，致使数控机床不断升级而逐渐成为评价现代工业发展的重要指标，我国在加入 WTO 参与世界市场激烈竞争中，国内外市场对数控机床的需求逐渐增多，数控机床的发展前景非常广阔。4.14.1 对我国数控机床的思考对我国数控机床的思考从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够数控机床的发展及应用研究10主导 21 世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展（1）不断加强技术创新是提高国产数控机床水平的关键 国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对机床结构与精度、可靠性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用户的认可。 （2）制造水平与管理手段依然落后 一些国产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高，加工手段基本以普通机床与低效刀具为主，装配调试完全靠手工，加工质量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。另外很多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原始的手工台账管理方式，工艺水平和管理效率低下使得企业无法形成足够生产规模。如国外机床制造商能做到每周装调出产品，而国内的生产周期过长且很难控制。因此我们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升。（3）服务水平与能力欠缺也是影响国产数控机床占有率的一个重要因素 由于数控机床产业发展迅速，一部分企业不顾长远利益，对提高自身的综合服务水平不够重视，甚至对服务缺乏真正的理解，只注重推销而不注重售前与售后服务。有些企业派出的人员对生产的数控机床缺乏足够了解，不会使用或使用不好数控机床，更不能指导用户使用好机床；有的对先进高效刀具缺乏基本了解，不能提供较好的工艺解决方案，用户自然对制造商缺乏信心。制造商的服务应从研究用户的加工产品、工艺、生产类型、质量要求入手，帮助用户进行设备选型，推荐先进工艺与工辅具，配备专业的培训人员和良好的培训环境，帮助用户发挥机床的最大效益、加工出高质量的最终产品，这样才能逐步得到用户的认同，提高国产数控机床的市场占有率。（4）加大数控专业人才的培养力度 从我国数控机床的发展形式来看需要三种层次的数控技术人才：第一种是熟悉数控机床的操作及加工工艺、懂得简单的机床维护、能够进行手工或自动编程的车间技术操作人员；第二种是熟悉数控机床机械结构及数控系统软硬件知识的中级人才，要掌握复杂模具的设计和制造知识，能够熟练应用 UG、PRO/E 等 CAD/CAM 软件，同昆明冶金高等专科学校机电 1020 班陶兴健毕业论文11时有扎实的专业理论知识、较高的英语水平并积累了大量的实践经验；第三种是精通数控机床结构设计以及数控系统电气设计、能够进行数控机床产品开发及技术创新的数控技术高级人才。我国应根据需要有目标的加大人才培养力度，为我国的数控机床产业提供强大的技术人才支撑。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。4.24.2 数控技术及装备的发展趋势数控技术及装备的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势，如：桥式三、五坐标高速数控龙门铣床、龙门移动式五座标 AC 摆角数控龙门铣床、龙门移动式三座标数控龙门铣床等。4.2.14.2.1 高速化发展新趋势高速化发展新趋势 目前高速加工中心进给速度最高可达 80m/min，空运行速度可达 100m/min 左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国 CINCINNATI 公司的 HyperMach 机床进给速度最大达 60m/min，快速为 100m/min，加速度达 2g，主轴转速已达 60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用 30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需 3 小时，在普通铣床加工需 8 小时。 由于机构各组件分工的专业化，在专业主轴厂的开发下，主轴高速化日益普及。过去只用于汽车工业高速化的机种(每分钟 1.5 万转以上的机种)，现在已成为必备的机械产品要件。数控机床的发展及应用研究124.2.24.2.2 精密化加工发展新趋势精密化加工发展新趋势由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题。以电脑辅助生产(CAM)系统的发展带动数控控制器的功能越来越多。 在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到5m，精密级加工中心则从 35m，提高到 11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。4.2.34.2.3 高效能发展新趋势高效能发展新趋势 对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的要求提高。同时，由于产品竞争激烈，产品生命周期快速缩短，模具的快速加工已成为缩短产品开发时间必须具备的条件。对制造速度的要求致使加工模具的机床朝着高效能专业化机种发展。4.2.4开放化发展新趋势开放化发展新趋势数控机床已逐渐发展成为系统化产品。现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业，不但可缩短产品的开发时间，还可以提高产品的加工精度和产品质量。如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性。美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界 3 个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和技术规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在 2000 年也开始进行中国的 ONC 数控系统的规范框架的研究和制定。昆明冶金高等专科学校机电 1020 班陶兴健毕业论文134.2.54.2.5 复合化发展新趋势复合化发展新趋势产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。新日本工机的 5 面加工机床采用复合主轴头，可实现 4 个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 DMG 公司展出 DMUVoution 系列加工中心，可在一次装夹下 5 面加工和 5 轴联动加工，可由CNC 系统控制或 CAD/CAM 直接或间接控。4.34.3 虚拟数控机床的研究虚拟数控机床的研究随着虚拟制造技术的发展和应用的深入，仿真技术已广泛应用于制造业的评估工艺计划和设备，以及新产品设计。虚拟数控机床(VirtualMachineTool，VMT)是虚拟制造的执行单元，是虚拟制造的一个底层关键技术和前提条件。它的最终目的是为虚拟制造建立一个真实的加工环境，在计算机屏幕上实现加工过程的仿真，以增强制造过程的各级决策与控制能力，优化制造过程。通过虚拟机床不仅可以全面、逼真地反映现实的加工环境和加工过程，还能对加工中出现的碰撞、干涉提供报警信息，对产品的可加工性、工艺规程的合理性和加工精度进行评估、预测，达到节省资源、避免风险的目的。4.3.14.3.1 虚拟数控机床的特点及功能虚拟数控机床的特点及功能1. 虚拟数控机床应具备的特点a)良好的结构：包括三个方面：1)与真实机床相似的结构。具有与真实机床相似的结构使虚拟机床能模仿真实机床的任何功能而不致因为采用某种近似代替而导致某种结构的失真或丢失;2)机床各模块的颗粒性。虚拟机床各模块的颗粒性使每个模块能数控机床的发展及应用研究14彼此独立的被开发和工作，从而增强了虚拟机床的可操作性和可管理性;3)各模块合适的颗粒度。虚拟机床各模块颗粒度的合适与否取决于每个模块的抽象度是否定义合适，以便使虚拟机床既是一个能概括各种类型数控机床的抽象框架，又能方便的挂接具体的模块来仿真某种特定类型的数控机床;b)完善的图形接口：完善的图形接口使用户既能像在真实环境中那样完全操作数控机床，又能完全真实地以图像的形式观察机床运行的各种状态和各种机床运行参数，从而最大限度的提高人机融合度;c)完全的符号数据接口：完全的符号数据接口能使虚拟机床的各种静止和运行状态以符号数据的形式被外界感知，从而提供了与其他制造软件的无缝链接。外界也能通过输人符号数据对虚拟机床进行控制;d)强大的网络支持功能：强大的网络支持功能能使虚拟机床为各种真正的制造资源服务，从而在连接意义上提供与外界制造资源的相互操作性;e)标准数据格式：虚拟机床由于采用标准数据格式存储、传输和处理数据因而能够在语义意义上提高与外界制造资源的相互操作性。 2. 虚拟数控机床的功能虚拟数控机床应该能够仿真不同的加工方法和不同的加工材料，能够完成数控机床的各项操作，逼真地显示数控机床的各种动作，并且能够显示和评估加工结果。因此系统要求具有如下功能：a)模拟加工过程：显示和仿真 CNC 控制功能、动画加工过程，检查刀具轨迹和干涉、过切、碰撞等并给予警告;b)评估工件品质：显示工件 3D 实体表面的拓扑关系、尺寸、公差和表面品质;c)估算加工成本：通过仿真加工过程，能进行加工成本的估算;d)加工过程的监控：监控加工过程的各个方面。昆明冶金高等专科学校机电 1020 班陶兴健毕业论文154.3.24.3.2 虚拟数控机床的体系结构虚拟数控机床的体系结构虚拟机床与实际机床一样，可以认为是一组相互连接的活动部件的集合，它们完成要求的相对运动，提供工件和工件刀具系统上相关点的瞬间空间位置关系。因为机床的类型各式各样，品种千变万化，要想能够表达各种机床，就需要采用模块化的原理，定制各种标准的模块，这样经过少量的修改就可以建立各种机床的模型。各模块应该标准化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化、并具有互换性、相容性和相关性，使系统具有开放性和适应性。根据虚拟数控机床的特点与功能，可以将虚拟数控机床系统的功能模块作如下划分(图 1)：a)NC 编译模块：为了使虚拟数控机床能够识别 NC 程序，开发了 NC 编译模块，它的功能是接受数控代码并将其翻译为机床部件、刀具等运动的信息;b)运动控制模块：运动控制模块根据 NC 程序决定机床刀具和各个轴的运动状态，向各个运动部件发送运动指令并采集各轴的反馈信息;c)操作面板模块：操作面板模块包括真实数控机床的操作面板按钮功能和虚拟数控机床的菜单;d)切削计算模块：根据工件与刀具的相对位置，进行干涉判断，对发生干涉的工件进行切削计算并重新生成工件模型;e)机床场景模块：建立虚拟机床的工作环境。数控机床的发展及应用研究16虚拟机床不能脱离实际机床而独立存在，它是真实机床在计算机内的模拟，虚拟机床与真实机床是密不可分的。虚拟机床的结论是需要由真实机床来检验的，只有与真实机床相一致的结论才是正确的结论。4.3.34.3.3 虚拟数控机床的的应用及展望虚拟数控机床的的应用及展望虚拟数控机床的应用将给制造业带来革命性的飞跃。由于虚拟数控机床是数字模型，所以容易实现对数字模型进行显示、分析、传递和迭代更新，为设计提供并行作业的可能，用经济快捷的方式提高产品设计品质，缩短产品开发周期。采用虚拟数控机床技术，可以为产品设计过程中的可制造性分析提供关键数据，能够迅速完成在机床上不方便操作的各项任务，如完成数控程序的调试、测量产品加工误差、评定加工效率和检验干涉碰撞情况等。还可以利用虚拟机床优化切削参数，优化刀具路径，提高机床设备的生产效率。利用机床加工的全过程与用户的交互功能，可以为企业、学校的数控人才培训提供快速、安全且不消耗资源的有效手段，并帮助机床制造商向远程客户逼真地演示其产品。为制造业提供最佳的发展以及为加工过程的优化提供决策依据。虚拟数控机床的网络功能为真正实现远程合作提供保证。虚拟数控技术是由许多先进学科、先进知识形成的综合技术系统，是一个极具潜力的前沿研究领域。由于多媒体技术和网络技术以及仿真技术的迅速发展，虚拟数控技术将获得更快的发展。虚拟机床是虚拟加工技术的核心，网络化、智能化、集成化是虚拟制造技术的发展方向。虚拟机床软件的发展目标应该是根据国内的现实情况和国外软件的发展趋势，针对具体的机床开发面向工程的实用化小型软件。把某一类型的虚拟机床作为该类型数控机床的附件，提高数控机床的市场竞争力、增加机床产品的附加值。虚拟数控机床的应用，将为制造技术带来勃勃生机，并将虚拟数控机床的研究开发推向一个更加崭新的阶段。昆明冶金高等专科学校机电 1020 班陶兴健毕业论文175 结束语结束语目前数控机床技术已被推广应用于工业制造，军用武器航天技术等多个领域，带来了巨大效益。在竞争面前，数控技术方面必须强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业，装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。总结与体会总结与体会本论文主要阐述了数控机床的发展，并从数控机床技术的应用等方面阐述了数控机床技术在工业制造中的应用和重要性。通过本次毕业论文我收获很大，在此过程中我查阅了很多相关资料丰富了自己在数控机床技术方面的知识，也使自己对数控机床技术有了更深的了解。同时也使自己认识到自己在现代科学方面认识的不足。所以我们要时刻加强自己对现代科学技术方面的了解，这样才不会被这个发展的社会所淘汰！致谢致谢本论文的完成是在代若愚老师精心指导下进行的。在每一次论文遇到问题的时候，是代老师不辞辛苦的讲解才是我的论文顺利的进行。从论文的选题到开题报告及搜集资料至最后论文修改的整个过程，花费了代老师工作以外的很多宝贵时间和精力，看到老师白天工作了之后晚上还在线上等待给我们修改论文，帮助我们完成毕业论文工作到很晚，我们非常的感动。在此向代老师表示衷心的感谢！代老师辛苦了。代老师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心让我学到了很多，这将使学生受益数控机床的发展及应用研究18终生。参考文献参考文献1杜家熙.数控机床编程与结构M. 中国国际商务出版社 2003.2孙德茂.数控机床铣削加工直接编程技术M.机械工业出版.2004.73张超英,谢富春.数控编程技术M北京：化学工业出版社，20044张华.数控设备与编程M电子工业出版社，2002.5孙德茂.机床数控系统编程能力的现状与展望CADCAM 与制造业信息化D2003.46陈志雄.数控机床与数控编程技术M北京：电子工业出版社，20037顾京数控机床加工程序编制M北京：机械工业出版社，20038杨伟群.数控工艺培训教程M.清华大学出版社.2006.9张运强.浅谈宏程序的应用J.甘肃科技.2006.12.10 申小龙,张来希,龙华.宏程序在数控加工中的应用J.机械设计制造.2007.5.11 林红梅.宏编程技术探析及其在数控加工中的应用J.闽西职业技术学院院报.2007.