关于自增减材数控机床的设想

张楠 冯金豪 刘晓伟 孙钰凯 刘佳佳

一.机器基本性能及介绍

1、零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等;

2、能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件;

3、能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件;

4、加工精度高、加工质量稳定可靠，数控加工还避免了操作人员的操作失误;

5、生产自动化程度高，可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化;

6、生产效率高，数控设备一般不需要使用专用夹具等专用工艺设备，在更换工件时只需调用存储于数控装置中的加工程序，因而大大缩短了生产周期。使工序高度集中有利于选择最佳切削用量大大提高了生产效率。

7、三位一体，可进行切削和增材、切割工作，简化了加工步骤。

8、可视摄像头定位与微型计算机进行最优化增减料的智能化行进

二.研究目的

当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需求频繁改型，特别是在宇航、军事、造船等领域所需的机械零件，精度要求高，形状复杂，批量小。加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通车床或专用化程度高的自动化车床已不能适应这些要求。为了解决上述问题，一种新型机床——三位一体重型机应运而生。这种新型数控设备具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。

研究内容

数控加工技术的应用是机械制造业的一次技术革命，使机械制造的的发展进入了一个崭新的阶段。由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果具有高柔性、高精度与高度自动化的特点，因此它提高了机械制造的制造水平，解决了接卸制造中的常规加工技术难以解决甚至无法解决的发杂型面零件加工，为社会提供了高质量、多品种及高可靠的机械产品已取得了巨大的经济效益。

1.了解数控机床的工作原理、掌握数控机床主传动系统和进给系统的运动过程和方法、提高对数控机床主传动系统结构的设计能力。

2.通过运用所学知识及查阅相关资料提高独立思考和解决问题的能力。

3.通过对数控机床主传动系统的设计，优化了主传动系统、改造数控系统，对数控技术的广泛应用和推广数控机床的改造有着深远意义。

三.国、内外研究现状和发展动态

国内发展情况：

我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为三个阶段：第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。纵观我国数控技术近五十年的发展历程，特别是经过四个五年计划的攻关，总体来看取得的成绩还是不小。

国外发展情况：

从1951年将计算机技术运用到机床上起，数控系统经历了数控和计算机数控两个发展阶段。目前，数控系统这个处于基于PC的第六代更新阶段。这是因为PC可靠性高、成本低、软硬件资源比较丰富等，正是因为PC的这些优点，故受到大部分数控系统生产厂家的青睐。目前，国际数控系统正向智能化方向飞速发展，数控系统可以检测出一些重要信息，而且能自动调节系统的相关参数，进而达到改进系统运行状态的目的。另外，主传动系统引入了故障诊断系统，能通过自动识别负载，调整参数，使驱动系统处于最佳运行状态。

四.创新点与项目特色

整合了多种结构相似用途不同的机器，可以共用一套系统可进行。极大节约材料，使机床集成度更高、综合实用性更广。极大简化了机加工工程的工艺繁琐问题，提高加工工效率，简化工艺工程，节约加工时间和加工成本。改变了原有生产工艺中既要通过人力加工的短板，将现有的数控加工技术，3D打印技术，制图软件的多维化等先进的加工技术进行合理的平衡调试，和创新技术加工。使各种技术工艺整合与于同一种机械，并对各独立机构进行合理的工作分配。解决了多种图纸出现的配合误差，图纸之间存在的公差配合问题，将待加工图纸进行理论配合后再加工，提高了加工工件的之间的配合合理眭。将加工误差和配合误差带来的废品率降到最低。整体加工过程的效率提高，误差减小带来的加工精度提高，简化人工带来的效费比的提高，原材料的合理化运用使未来企业或者从事此大类产品工作的生产线的支出收益比率降低。使未来采用此创新项目的加工过程对比于现在的机加工方式在能源运用，人力的使用，产品的质量等方面获得长足发展。

五.拟解决的问题及预期成果

（1）拟解决问题及解决方案：

1、同步带、传动轴、并联臂的不同轴、不水平的情况。解决方案：水平测量仪测量水平高度、并联臂使用弹簧紧固。

2、連接件、非标件的采购和使用。解决方案：无法采购的非标件特殊件使用三维建模设计后使用桌面级打印机打印生产验证，用于实际工程中。

3、雕刻深浅不一或刻不深。解决方案：重新校正焦距，光路，调节两侧皮带。

4、复位不正常，结局方案：修剪数据线重新拔插或更换数据线。

5、漏刻。解决方案：更正数据，重新输出。

6、受力情况难以估计。解决方法：利用三维设计软件CATIA进行力学仿真。首先利用CATIA设计三维实体图，然后对其进行受力分析。主要包括主机床受力、主电机支座抗拉、抗压等受力分析。

（2）预期成果：

通过我们制作的数控铣床，仅用一套系统可以将削、增材、切割和激光雕刻等多种功能融为一体，提高机床的实用性，提高加工效率，让使用多种机器加工工件的情况得到改善，同时由于CAM技术的使用，去除原先繁琐的绘图程序，提高在保证加工质量和加工精度的同时提升了加工效率。同时我们可以将系统简化，用于兼有两种功能的微小型机器，在数控系统和机器技术方面进行改进。