關于自增減材數控機床的設想

張楠 馮金豪 劉曉偉 孫鈺凱 劉佳佳

一.機器基本性能及介紹

1、零件加工的適應性強、靈活性好，能加工輪廓形狀特別復雜或難以控制尺寸的零件，如模具類零件、殼體類零件等;

2、能加工普通機床無法加工或很難加工的零件，如用數學模型描述的復雜曲線零件以及三維空間曲面類零件;

3、能加工一次裝夾定位后，需進行多道工序加工的零件;

4、加工精度高、加工質量穩定可靠，數控加工還避免了操作人員的操作失誤;

5、生產自動化程度高，可以減輕操作者的勞動強度。有利于生產管理自動化;

6、生產效率高，數控設備一般不需要使用專用夾具等專用工藝設備，在更換工件時只需調用存儲于數控裝置中的加工程序，因而大大縮短了生產周期。使工序高度集中有利于選擇最佳切削用量大大提高了生產效率。

7、三位一體，可進行切削和增材、切割工作，簡化了加工步驟。

8、可視攝像頭定位與微型計算機進行最優化增減料的智能化行進

二.研究目的

當今世界各國制造業廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業發達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰略物資，不僅采取重大措施來發展自己的數控技術及其產業，而且在“高精尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。總之，大力發展以數控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發達國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。

隨著社會生產和科學技術的迅速發展，機械產品日趨精密復雜，且需求頻繁改型，特別是在宇航、軍事、造船等領域所需的機械零件，精度要求高，形狀復雜，批量小。加工這類產品需要經常改裝或調整設備，普通車床或專用化程度高的自動化車床已不能適應這些要求。為了解決上述問題，一種新型機床——三位一體重型機應運而生。這種新型數控設備具有適應性強、加工精度高、加工質量穩定和生產效率高等優點。

研究內容

數控加工技術的應用是機械制造業的一次技術革命，使機械制造的的發展進入了一個嶄新的階段。由于數控機床綜合應用了電子計算機、自動控制、伺服驅動、精密檢測與新型機械結構等方面的技術成果具有高柔性、高精度與高度自動化的特點，因此它提高了機械制造的制造水平，解決了接卸制造中的常規加工技術難以解決甚至無法解決的發雜型面零件加工，為社會提供了高質量、多品種及高可靠的機械產品已取得了巨大的經濟效益。

1.了解數控機床的工作原理、掌握數控機床主傳動系統和進給系統的運動過程和方法、提高對數控機床主傳動系統結構的設計能力。

2.通過運用所學知識及查閱相關資料提高獨立思考和解決問題的能力。

3.通過對數控機床主傳動系統的設計，優化了主傳動系統、改造數控系統，對數控技術的廣泛應用和推廣數控機床的改造有著深遠意義。

三.國、內外研究現狀和發展動態

國內發展情況：

我國數控技術起步于1958年，近50年的發展歷程大致可分為三個階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發展階段。在此階段，由于國外的技術封鎖和我國的基礎條件的制，數控技術的發展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進技術，消化吸收，初步建立起國產化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開發環境和國際環境的改善，我國數控技術的研究、開發以及在產品的國產化方面都取得了長足的進步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即實施產業化的研究，進入市場競爭階段。縱觀我國數控技術近五十年的發展歷程，特別是經過四個五年計劃的攻關，總體來看取得的成績還是不小。

國外發展情況：

從1951年將計算機技術運用到機床上起，數控系統經歷了數控和計算機數控兩個發展階段。目前，數控系統這個處于基于PC的第六代更新階段。這是因為PC可靠性高、成本低、軟硬件資源比較豐富等，正是因為PC的這些優點，故受到大部分數控系統生產廠家的青睞。目前，國際數控系統正向智能化方向飛速發展，數控系統可以檢測出一些重要信息，而且能自動調節系統的相關參數，進而達到改進系統運行狀態的目的。另外，主傳動系統引入了故障診斷系統，能通過自動識別負載，調整參數，使驅動系統處于最佳運行狀態。

四.創新點與項目特色

整合了多種結構相似用途不同的機器，可以共用一套系統可進行。極大節約材料，使機床集成度更高、綜合實用性更廣。極大簡化了機加工工程的工藝繁瑣問題，提高加工工效率，簡化工藝工程，節約加工時間和加工成本。改變了原有生產工藝中既要通過人力加工的短板，將現有的數控加工技術，3D打印技術，制圖軟件的多維化等先進的加工技術進行合理的平衡調試，和創新技術加工。使各種技術工藝整合與于同一種機械，并對各獨立機構進行合理的工作分配。解決了多種圖紙出現的配合誤差，圖紙之間存在的公差配合問題，將待加工圖紙進行理論配合后再加工，提高了加工工件的之間的配合合理眭。將加工誤差和配合誤差帶來的廢品率降到最低。整體加工過程的效率提高，誤差減小帶來的加工精度提高，簡化人工帶來的效費比的提高，原材料的合理化運用使未來企業或者從事此大類產品工作的生產線的支出收益比率降低。使未來采用此創新項目的加工過程對比于現在的機加工方式在能源運用，人力的使用，產品的質量等方面獲得長足發展。

五.擬解決的問題及預期成果

（1）擬解決問題及解決方案：

1、同步帶、傳動軸、并聯臂的不同軸、不水平的情況。解決方案：水平測量儀測量水平高度、并聯臂使用彈簧緊固。

2、連接件、非標件的采購和使用。解決方案：無法采購的非標件特殊件使用三維建模設計后使用桌面級打印機打印生產驗證，用于實際工程中。

3、雕刻深淺不一或刻不深。解決方案：重新校正焦距，光路，調節兩側皮帶。

4、復位不正常，結局方案：修剪數據線重新拔插或更換數據線。

5、漏刻。解決方案：更正數據，重新輸出。

6、受力情況難以估計。解決方法：利用三維設計軟件CATIA進行力學仿真。首先利用CATIA設計三維實體圖，然后對其進行受力分析。主要包括主機床受力、主電機支座抗拉、抗壓等受力分析。

（2）預期成果：

通過我們制作的數控銑床，僅用一套系統可以將削、增材、切割和激光雕刻等多種功能融為一體，提高機床的實用性，提高加工效率，讓使用多種機器加工工件的情況得到改善，同時由于CAM技術的使用，去除原先繁瑣的繪圖程序，提高在保證加工質量和加工精度的同時提升了加工效率。同時我們可以將系統簡化，用于兼有兩種功能的微小型機器，在數控系統和機器技術方面進行改進。