车床功能部件开发---动力刀头设计【文献综述】

毕业设计开题报告机械设计制造及其自动化车床功能部件开发---动力刀头设计1前言部分数控机床是当代机械制造业的主流装备。

用数控机床提高传统制造业装备水平的重大意义,已经成为有关各界人士的共识。

美国参议员考克斯发表报告, 又一次叫嚷要限制数控机床对我出口, 使大家进一步认识到, 数控机床的发展不仅关系到我国经济实力的增强, 还关系到国家的安全。

担负着我国机床数控化重任的我国数控机床和数控系统行业的状况怎样, 己成为普遍关心的重点。

这几年来, 机床行业向国民经济各部门提供了一大批先进适用的数控机床。

向航天等国防尖端、造船、大型发电设备制造、冶金设备制造、机车车辆制造等重要用户提供了一批高质量的数控机床和柔性制造单元。

如武汉重型机床厂和北京第二机床厂分别与大连理工大学合作, 先后为航天部门提供了大型数字化仿形三轴联动和四轴联动控制的数控立车和数控镗铣床、为打破国外限制发展国家航天事业作出了贡献[1]。

与人类科学技术进步同步,与社会经济发展并行,机床这一类生产装备已跨入高效化、精确化、智能化、节能化的新的发展高度[3]。

机床工业技术集成和生产组织方式,也随之产生了根本性的变化,这种变化的一种集中体现,便是机床功能部件行业应运而生,而且扮演着越来越重要的角色[2]。

这次课题所研究的是其中一部分的内容：车床功能部件开发---动力刀头的设计。

刀头的设计是和刀具密不可分的，由于考虑刀具受滚到挡边的限制，受排屑空间的限制，刀头设计既要满足使用要求，又要满足机夹刀具通用化，系列化的要求。

2主题部分美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。

因其社会条件不同，各有特点。

1.美国的数控发展史美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。

因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。

由於美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。

当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重於基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口。

从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。

2.德国的数控发展史德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。

，於1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。

企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。

德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。

尤其是大型、重型、精密数控机床。

德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。

如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。

3.日本的数控发展史日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展。

在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。

自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)[5]。

战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。

在上世纪80年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。

日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。

该公司现有职工3,674人，科研人员超过600人，月产能力7,000套，销售额在世界市场上占50%，在国内约占70%，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用[4]。

我国数控机床基本状况我国数控机床经过“十五”期间的快速发展已达到相当的规模, 2005年数控金切机床产量为59,639台, 是2000年的4.24倍, 平均年增长33.5%; 产值为140亿元( 17.5亿美元) , 是2000年的4.27倍, 平均年增长33.7%。

2005年我国数控金切机床生产59, 639台, 进口30, 746台。

除部分出口外, 总消费数量约85, 000多台, 消费金额51.7亿美元, 其中, 生产17.5亿美元,进口36.2亿美元, 出口2亿美元。

在生产的数控金切机床中, 经济型数控机床约占60%以上( 生产的数控车床中经济型数控车床占89%～90%) , 中档以上的数控金切机床不足40%。

对于中档以上的数控金切机床, 国产机床的市场占有率很低, 以数控车床、加工中心为例: 2005年, 数控车床按台数计为33%、按金额计为27%; 加工中心按台数约31%, 按金额约22.3%。

对于高档数控金切机床, 国产机床基本上处于市场开发阶段, 近几年虽然开发了不少新品, 但是, 仅少数新产品进入了生产使用现场。

目前, 国民经济和国防建设需要的基本上依赖从国外进口[8]。

这种局面如长期不解决,将危及产业安全和国家安全。

因而, 积极开发中高档数控机床, 实现商品化、产业化是振兴数控机床产业的必由之路。

国民经济各领域和国防建设对数控机床的需求。

机械工业机械制造业是机床工业的重要用户, 其消费机床约占我国机床销售额的40%以上。

机械制造业的快速发展为机床工业的发展提供了强大的动力。

机械制造业所需的数控金切机床范围很广, 包括了机床的各类品种。

特别要指出的是以发电设备、冶金机械为代表的重大装备制造业的发展, 需要增添不少数控重型机床, 如工作台宽度4000mm 左右的数控重型龙门镗铣床、镗杆直径250mm以上的数控落地镗铣床、重型数控卧式车床和重型数控立式车床和车铣床( 最大加工直径达16米) 以及专用重型数控机床, 为国产大重型数控机床发展提供了条件[6]。

为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，数控未来仍然继续向开放式、基于PC的第六代方向、高速化和高精度化、智能化等方向发展[7]。

1、开放式为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。

2、基于PC的第六代方向基于PC所具有的开放性、低成本、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。

至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。

PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。

远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。

3、高速化、高效化机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。

超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。

90年代以来，随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。

高速主轴单元（电主轴，转速15000－100000r/min）、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度60~120m/min，切削进给速度高达60m/min）、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平[10]。

根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展，高速直线电机的推广应用，开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求[9]。

还由于新产品更新换代周期加快，模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。

4、高精度化精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。

从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工业强国致力发展的方向。

其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（<10nm），其应用范围日趋广泛。

超精密加工主要包括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工（三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等）。

随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。

新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展[11]。

随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。

为了满足用户的需要，近10多年来，普通级数控机床的加工精度已由±10μm提高到±5μm，精密级加工中心的加工精度则从±3~5μm，提高到±1~1.5μm[12]。

5、高可靠性数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。

对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率P(t)＝99%以上的话，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。

MTBF大于3000小时，对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了，我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10：1的话（数控的可靠比主机高一个数量级）。

此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。

6、智能化随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面[14]。

综上所述，由于数控机床不断采纳科学技术发展中的各种新技术，使得其功能日趋完善，数控技术在机械加工中的地位也显得越来越重要，数控机床的广泛应用是现代制造业发展的必然趋势。

3总结部分上文介绍了数控机床的国内外发展现状和发展方向，我们也了解了在当前，国内外在数控装置、机床结构等的研究与开发方面不断取得成果，其水平和功能也日臻提高和完善，出现了新的发展特点[15]。