XLS243零件数控加工程序编制与加工仿真开题报告

本科毕业论文(设计)开题报告 论文题目： XLS243 零件数控加工程序编制与加工仿真学院：专 业 、班级：学生姓名：指导教师（职称）：毕业论文（设计）开题报告要求开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节，又是完成高质量毕业论文（设计）的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化，特制定本要求。一、选题依据1. 论文（设计）题目及研究领域；2. 论文（设计）工作的理论意义和应用价值；3. 目前研究的概况和发展趋势。二、论文（设计）研究的内容 1.重点解决的问题；2. 拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）；3. 本论文（设计）预期取得的成果。三、论文（设计）工作安排1. 拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；2. 论文（设计）进度计划。四、文献查阅及文献综述学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料，并在此基础上通过分析、研究、综合，形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通顺， 较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。五、其他要求1. 开题报告应在毕业论文（设计）工作开始后的前四周内完成；2. 开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过；3. 开题报告不合格或没有做开题报告的学生，须重做或补做合格后，方能继续论文（设计）工作，否则不允许参加答辩；4. 开题报告通过后，原则上不允许更换论文题目或指导教师；5. 开题报告的内容，要求打印并装订成册（部分专业可根据需要手写在统一纸张上，但封面需按统一格式打印）。11一、选题依据1、研究领域 1）数控加工领域 2）数控编程领域 2、论文（设计）工作的理论意义和应用价值 随着我国经济的发展，商品需求的迅速扩大，普通加工已经不能满足人类的需求， 数控加工应运而生，它取代普通加工成为当今企业生产中的主流。本课题将深入研究数控加工，通过与传统的加工相比较，数控加工加速了社会生产力发展、改进企业生产技术，减轻工人体力劳动具有重大意义。尤其是 UG、CAXA 宇龙数控加工仿真系统等集成软件的日趋成熟，可以实现对数控加工全过程的仿真，该软件在机械学院数控实践教学中也开始得到了一定程度的应用。本选题是机械学院数控实践教学的需要， 也是现代企业实际生产的需要。 3、目前研究的概况和发展趋势 随着科技的发展和计算机技术的普及，数控技术在制造业中的应用也越来越广泛。因此数控技术与装备的发展在我国得到了高度重视，虽然数控技术在我国发展的时间较短，但基本掌握了现代化的数控技术，并且建立了一批具有我国自身特色的数控研发和生产的基地，培育了大批专业的数控人才，数控技术产业初具规模。特别是近几年，我国加大了对数控技术的研发力度，在诸多方面取得突破性进展，如可以供应集成化和网络化的制造装备；五轴联动技术逐步成熟；并且在通用微机数控领域， 以 PC 平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。我国已经迈入了世界高速、高精度、精密数控机床的生产国的行列等等，并且拥有自主知识产权。 虽然我国数控技术发展较快，在一些先进领域取得了长足的进步，但是我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。同时我们也应该看到，我国的数控技术水平与国际先进水平相比还存在一定的差距，在发展中还存在着一定的问题。首先，我国数控技术的基础薄弱，对于许多先进的数控信息化技术主要依赖于对国外技术的引进，自主研发和创新能力较弱，缺乏生产高精度、高效率的数控机床的能力，大多采取进口， 信息化的应用程度和水平偏低；其次是数控产品的稳定性和可靠性较低，还不是很成熟，与国外的数控系统的平均无故障时间相比相差很远；最后，国内的数控技术缺乏创新能力，虽然拥有众多的数控机床的生产企业，但许多企业的规模有限，信息化技术的应用程度低，缺乏技术创新的能力，生产出来的产品缺乏市场竞争力。 发展趋势： 1） 功能方面的发展趋势 界面图形化功能。用户界面的图形化是未来数控技术的发展趋势，用户界面是使用者与数控系统之间的连接纽带，因此用户界面的开发工作十分重要。根据用户对界面的不同需求，可以将用户界面图形化，这样便于用户的操作，使用户界面清晰明了。 科学计算可视化功能。可视化技术可以将数据的处理和解释变得更加有效率，利用图形、动画等多样化的可视手段进行信息交流，使其不再局限在文字的抽象表达之上。科学计算的可视化可以减少产品设计时间、降低生产成本、提高产品的质量。 多媒体技术功能。多媒体技术可以使计算机综合处理各类文字、声音、视频等信息，在数控技术之中应用多媒体技术，可以使信息的处理更加全面和智能，可以实时监控生产过程，促进数控技术水平的提高。 2） 结构体系方面的发展趋势 数控机床的种类繁多但批量很小，为了适应其这一特点，在数控技术的结构体系方面的发展趋势是机床结构的模块化、数控功能的专门化。这样更有利于数控技术的生产和加工，形成不同层次的数控系统。 未来数控技术的发展趋势是智能化。随着科技的发展，数控技术智能化是大势所趋，并且可以存在于数控系统的各个部分。数控系统中可以应用自适应的控制系统， 系统自动检测和调整相关的数据，使系统保持最佳的运行状态4。还可以建立人工智能的系统进行数控加工，采用加工规律形成人工智能系统控制生产加工；也可以开发智能的故障诊断和监控系统，更加快速、有效的对故障进行监控、诊断及维修。 网络化和集成化的结构发展趋势。为了适应市场对于产品的动态需求，数控技术的网络化和集成化是其主要手段，一方面要将数控技术从点和线的状态向面和体的状态转变，同时也要重视数控技术的实用性以及经济性。 3） 产品性能方面的发展趋势 未来数控技术的发展趋势必定追求产品的高性能，数控机床要具有高速、高效的性能，缩短切割时间，提高生产效率。数控技术要具有高精度，从高精密加工的状态过渡到超精密加工的状态，提高产品的精密度，完善数控的加工工艺。由于数控机床要在相对复杂的环境中完成工作，所以要求数控产品具有较高的稳定性和可靠性，性能要比一般的产品水平高，并且具有预警和保护措施。 二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题 利用所学过的数控加工与编程的相关知识，设计出 XLS243 零件数控加工程序编制，并且利用所掌握的 UG、CAXA 等三维设计软件生成 XLS243 零件的加工仿真。2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路） 1） XLS243 零件数控加工工艺方案制定。选用合适的数控机床，明确合理的加工方法；刀具、工夹具的设计和选择。选择对刀点，程序原点，确定加工路线，确定切削用量等等。 2） XLS243 零件数控加工程序编制。需要进一步学习和掌握 UG、CAXA 等CAD/CAM计算机辅助设计、计算机辅助制造集成系统软件。通过人机对话的方式完成零件的几何建模，加工方式与加工参数的合理选择，生成合理的 XLS243 零件刀具轨迹和数控加工程序。 3.本论文（设计）预期取得的成果 XLS243 零件零件图 XLS243 零件的数控加工工艺过程卡片XLS243 零件各工序的数控加工工序卡片XLS243 零件数控加工方案的设计说明书 三、论文（设计）工作安排 1. 拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）； 1. 先查阅教材、图书馆等资源获取国内外的数控技术的相关知识。 2.绘制零件 XLS243 的零件图并进行数控加工工艺性分析。 3.工艺处理，零件 XLS243 的数控加工工艺方案制定。 （1）选用合适的数控机床，明确合理的加工方法。 （2）刀具、工夹具的设计和选择。 （3）确定加工路线。 （4）选择对刀点，程序原点。 （5）确定切削用量。 4.数学处理，计算数控机床所需的输入数据。复杂零件一般需要计算机辅助计算。 5.数控加工程序编制 对于复杂零件一般采用自动编程。需要进一步学习和掌握 UG、CAXA 等 CAD/CAM 计算机辅助设计、计算机辅助制造集成系统软件。通过人机对话的方式完成零件的几何建模，加工方式与加工参数的合理选择，生成合理的刀具轨迹。 6.数控加工仿真 通过软件模拟加工环境，刀具路径与材料切除过程来检验并优化数控加工程序。 7.后置处理 生成适合于具体数控机床的数据和数控加工程序。2.论文（设计）进度计划 第 1 周：明确选定的题目及工作任务，中外文文献资料检索，了解开题报告规范要求。 第 2 周：阅读有关零件 XLS243 的参考文献，完成外文文献翻译，了解国内外有关数控技术方面的相关知识， 开始撰写开题报告。 第 3 周：撰写开题报告。 第 4 周：开题报告修改完善及答辩。 第 5 周：绘制被加工零件图并进行数控加工工艺性分析。 第 6 周：数控加工工艺方案制定。 第 7 周：学习手工编程及自动编程相关知识，掌握 CAD/CAM 计算机辅助设计制造集成系统软件，开始数控编程。 第 8 周：完成零件的几何建模，加工方式与加工参数的合理选择，生成合理的刀具轨迹。 第 9 周：数控加工仿真，刀具轨迹修改完善。 第 10 周：后置处理，生成适合于具体数控机床的数据和数控加工程序。 第 11 周：数控加工程序的修改和完善。 第 12 周：加工仿真效验。 第 13 周：整理汇总资料，明确设计说明书撰写的规范要求，撰写设计说明书初稿。 第 14 周：自行查重，修改和完善设计说明书。 第 15 周：提交设计毕业设计。查重合格后，指导教师及评阅教师评阅。准备答辩。 四、需要阅读的参考文献1 宋韬.我国数控技术的发展现状及发展趋势J.张家界航空工业职业技术学院，2016，17（19）：20-30 2 聂景成.机械制造中数控技术应用探究J.黑龙江科技信息，2014(06). 3迟涛.基于 UG 的不锈钢送料器的四轴数控加工J. 煤矿机械,2013(3). 4 葛研军，江早，王启义.基于光线跟踪的虚拟数控车削加工图形生成技术J.中国图象图形学报,2014,4（1）:28 - 32 5 杨许.机电一体化数控技术在煤矿机械中的应用J.黄河科技学院，2016.13(6):156-157 6杨莉，刘新伟，侯亚峰，高森，徐耀辉.谈机电一体化技术的现状及发展趋势J.科技与企业， 2013，02（6）：130131 7何磊.盘类薄壁零件的数控加工工艺J.黑龙江科技信息，2013(18). 8荆壮存.数控技术在机械加工中的应用及分析J.装备制造技术，2015 . 9杨绍文，杨敏数控轴零件加工优化措施探讨叨硅谷，2013，10(23)：130-134. 10张绍勇.浅析数控车床加工薄壁零件精度的影响因素J.黑龙江科技信息，2013(28). 11韩辉辉,李瑞婷.数控技术在机械制造业中的发展应用J.科技创业家，2014,(3):84 12商小虎. 我国装备制造业技术创新模式研究D. 上海：上海社会科学院，2013. 13 Ridwan, F., and Xu, X., 2013, “Advanced CNC System With In-Process Feed-Rate Optimisation,” Rob. Comput.-Integr. Manuf., 29(3), pp. 1220. 14Zhang, Q., and Li, S. R., 2013, “Efficient Computation of Smooth Minimum Time Trajectory for CNC Machining,” Int. J. Adv. Manuf. Technol., 68(14), pp. 683692. 15 YUSOF Y， LATIF K. Development of an Integrated Approach to the Design of Reconfigurable Micro/Mesoscale CNC Machine ToolsJ. Journal of Manufacturing Science and Engineering ,2014,136:1-10.、 附：文献综述 文献综述一、概述数控技术，是通过计算机用数字化信息控制生产过程的全自动化技术。随着科学技术的飞速发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加；同时随着航空、汽车、军事、海洋和轻工业等消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高；此外，激励的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状的高效高质量加工要求。因此，将机械技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术和成组技术有机结合在一起的，以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术，有效解决复杂、精密、小批量多变化零件的加工问题。数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术。具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，是当代机械制造业的主流装备。应用数控加工可大大提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密件的自动化加工，易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少、节省人力、改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力并提高企业综合经济效益。数控技术是数控机床的核心技术、是机械制造业技术改造和技术更新的必由之路。是未来工厂自动化的重要基础。数控技术的应用和发展正改变着机械制造业的面貌。随着电子、信息技术等高新技术的不断发展，随着市场需求个性化与多样化、未来先进制造技术发展的总体趋势是向着精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。数控技术是制造业实现这些先进制造技术的基础，而数控技术水平的高低和数控设备的拥有量是体现国家综合国力水平、衡量国家工业现代化的重要标志之一。二、数控技术的原理数字控制技术是通过对计算机技术、自动控制技术、电气传动技术以及精密测量技术和机械制造等多种技术的综合运用而形成的产物，同时，它是自动化机械系统、机器人系统以及计算机集成制造系统等一系列先进的高科技技术的根本所在。数控技术主要依靠程序的储存功能来对各类机床实现不同的控制工作，整个数字控制系统的主要组成部分有：相应的控制程序、输入设备、输出设备、计算机数字控制装置以及速度控制单元、可变控制单元和主轴控制单元等。该种系统人们一般习惯性的称之为 CNC 系统，该系统同时能够对输入设备上实现给出的数字值进行自动阅读工作，并能够将其自动解码。从而确保机床正常运行，并能使其加工出合格的零件。数控技术系统的主要核心是装置，其装置实际上就是一种计算机，不过该计算机是系统中专用的计算机，它在具备普通计算机的基本功能与结构的基础之上，还有和相关的数字控制机床功能相关联的一些功能，和专用的接口单元，该装置主要包括硬件与软件两大重要部分，其主要工作过程是通过硬件设备的支持下来进行软件执行操作的过程。该装置的工作原理主要是通过对输入设各与输入机床在工作时所需要的相关数据进行采集，并对其进行编码翻译，通过计算机的处理运算工作将所得到的数据命令合理地分配到相关的驱动电路装置当中，并通过相应的转换与放大工作，对伺服电机进行相应的驱动，同时带动相关的坐标轴运动，使每个坐标轴都能有效准确的移动到指定需要的位置。三、数控技术的载体数控机床数控机床是一种装有计算机数字控制系统的机床，数控系统能够处理加工程序， 控制机床自动完成各种加工运动和辅助运动。与普通的车床相比，数控机床能够自动换刀、自动变更切削参数，完成平面、回旋面、平面曲线和空间曲线的加工，加工精度和生产率都比较高，因而应用日益广泛。一般来说，数控机床由机械部分，数字控制系统、液压和气压传动系统、冷却润滑及排屑装置等组成。机械部分因各种机床的结构不同而不同，主要包括机床的支撑件、工作台、滑座、导轨、主轴部件、刀库和装刀机构及传动机构等。数字控制系统包括计算机、伺服系统、检测系统、PC 控制部分等。计算机用来完成加工过程中各种数据的计算，利用这些数据有伺服系统完成各坐标轴的运动控制；检测系统是用来检测运动部件的坐标位置，将测量的数据提供给计算机，与计算机插补运算的数据进行比较，控制机床各坐标轴的运动位置；PC 控制部分用来控制电器开关元件，例如电动机及其他控制电动机的启动与停止、各类液压与气压阀的动作、冷却液的供给与停止、照明控制等。数控技术除广泛用于各种机床上外，也用于各种机械的运动控制上。由于控制系统及传感元件的发展，机床的智能化越来越高，工艺范围也越来越广。从控制原理和主要的性能上看，可按下列方法分类。1. 按工艺用途分类按工艺特点分可以分为普通数控车床和加工中心。1） 普通的数控机床有数控车床、数控镗铣床、数控磨床、数控齿轮加工车床、数控压力加工车床、数控电加工机床等等。2） 加工中心是带有刀库和自动换刀机械手的数控机床，在一台机床上可实现不同工艺加工，通常可以完成钻、扩、铰、攻螺纹、镗、铣等多工序加工，为扩大加工范围和减少辅助时间，有些加工中心还能自动更换工作台、刀库和主轴。2. 按加工路线分类按加工路线分类可以分为点位控制数控机床和轮廓加工数控机床。1） 点位控制数控机床只要求机床的移动部件从一点移动到另一点的定位精度， 对其移动的路线不做要求。主要用在孔加工机床，如钻床、镗床、冲床等，因为这些机床只要求获得孔系坐标位置的精度，不要求从一孔到另一空孔的运动轨迹精度。为提高效率，空行程时要快速移动。2） 轮廓加工数控机床，这种机床的数控系统能够控制多个坐标轴联合动作，对不同形状的工件轮廓表面进行加工，如数控车床能够车削各种回转体表面，数控铣床能够铣削轮廓表面。这类机床不但能够加工各种回转体曲面、三维曲面，有的还能加工螺旋桨表面，并且可以达到很高的精度。3. 按有无检测装置分类按有无检测装置可以分为开环、半闭环、闭环控制系统的数控机床。1） 开环控制系统的数控机床，没有位置检测装置，因此加工精度较低，通常由步进电机驱动。这种系统结构简单、价格便宜，适用于精度要求不高的数控机床。2） 半闭环控制系统的数控机床也有位置检测元件，与闭环控制的数控机床不同之处是位置检测元件为圆盘形，装在伺服驱动电机的尾部，用测量电动机转角的方式检测坐标位置。由于电动机到工作台之间的传动部件有间隙、弹性变形和热变形等因素，因而检测的数据与实际的坐标值有误差。但由于半闭环系统价格便宜、结构简单、安装调试方便、检测元件不容易损害等优点，多用于加工精度要求不是很高的数控机床上。3） 闭环控制系统的数控机床有位置检测元件，且位置检测装置装在床身和移动部件上，可以吧坐标移动的准确位置检测出来并反馈给计算机，因此装有闭环系统的数控机床的加工精度很高。四、国内外数控技术的研究现状国内数控系统基本占领了低端数控系统市场，在中高档数控系统的研发和应用上也取得了一定的成绩。其中，武汉华中数控股份有限公司、北京机电院高技术股份有限公司、北京航天数控系统有限公司和上海电气（集团）总公司等已成功开发了五轴联动的数控系统，分别应用于数控加工中心、数控龙门铣床和数控铣床。近期，武汉重型机床集团有限公司应用华中数控系统，成功开发了 CKX5680 数控七轴五联动车铣复合加工机床。国内主要数控系统生产基地有华中数控、航天数控、广州数控和上海开通数控等。然而，由于我国原有数控系统的封闭性及数控软硬件研究开发的基础较差，技术积累较少，研发队伍的实力较弱，研发的投入力度不够，国产中高档数控系统在性能、功能和可靠性方面与国外相比仍有较大的差距，限制了数控系统的发展。在国际市场，德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。国外的主要数控系统制造商有西门子、发那克、三菱电机、海德汉、博世力士乐、日本大隈等。当前，在数控机床精密化方面，美国的水平最高，不仅生产中小型精密机床，而且由于国防和尖端技术的需要，研究开发了大型精密机床。其代表产品有 LLL 实验室研制成功的 DTM 一 3 型精密车床和 LODTM 大型光学金刚石车床，它们是世界公认水平最高的、达到当前技术最前沿的大型精密机床。其它国家也相应研制成功各种类似的装备，如英国的 Cranfield、日本的东芝机械等。近年来我国对超精密机床的研制也一直在进行。北京机床研究所研制成功了 JCS 一 027 型超精密车床、JCS 一 03 型超精密铣床、JCS 一 035 型数控超精密车床等五、国内外数控技术的发展趋势数控技术已经深入到生产生活的各个角落。但是仍不能满足现在人们的要求，未来的发展不可限量。数控技术将向着以下趋势发展。1）高速、高精度化高速切削加工不仅可以提高生产效率，而且可以改善加工质量，所以自 20 世纪90 年代初以来，便成为机床技术重要的发展方向。各国相继推出了许多主轴转速 10000 rrain 至 60 000 rmin 以上的加工中心和数控铣床。高速切削加工正与硬切削加工、于切削和准干切削加工以及超精密切削加工相结合；正从铣削向车、钻、镗等其他工艺扩展；正向较大切削负荷方向发展。高速加工对机床和功能部件的要求是： 主轴功能部件的速度应能达到 12 00040 000 rmin；工作台最高进给速度应达到4060 mmin；加速度达到 lg；高刚性的机械部件结构；高稳定、高刚度、冷却良好的高速主轴；精确的热补偿系统；高速处理能力的控制系统(具有 NURBS 插补功能和预处理能力的控制系统)。2）智能化、开放式、网络化21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制， 工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电动机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、specid Repons 综述能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。3） 环保化随着人们环境保护意识的加强，对环保的要求越来越高。不仅要求在机床制造过程中不产生对环境的污染，也要求在机床的使用过程中不产生二次污染。在这种形势下，装备制造领域对机床提出了无冷却液、无润滑液、无气味的环保要求，机床的排屑、除尘等装置也发生了深刻的变化。上述绿色加工工艺愈来愈受到机械制造业的重视。