本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告
論 文 題 目： 銑加工中心換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 、班 級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師（職稱(chēng)）：
年 12 月 29 日 填
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告要求
開(kāi)題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題；
2. 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路）；
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開(kāi)題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開(kāi)題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開(kāi)始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開(kāi)題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過(guò)；
3. 開(kāi)題報(bào)告不合格或沒(méi)有做開(kāi)題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開(kāi)題報(bào)告通過(guò)后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開(kāi)題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（部分專(zhuān)業(yè)可根據(jù)需要手寫(xiě)在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打印）。
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一、選題依據(jù)
1、研究領(lǐng)域
加工中心是指?jìng)溆械稁?kù)，具有自動(dòng)換刀功能，對(duì)工件一次裝夾后進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。本設(shè)計(jì)涉及到的研究領(lǐng)域是機(jī)電一體化和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容。
2、論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
加工中心是高度機(jī)電一體化產(chǎn)品，加工中心集傳統(tǒng)的車(chē)床、銑床、鉆床為一體， 在機(jī)械加工方面具有很大的作用，特別是制作零件方面，通過(guò)編程來(lái)控制加工的速度及進(jìn)給量，加工出來(lái)的零件具有較高的精度，有的還帶刀庫(kù)可自動(dòng)換刀，工作效率非常高，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無(wú)人化生產(chǎn)操作，能帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。加工中心它通過(guò)刀具的自動(dòng)交換，可以一次裝夾完成多工序的加工，實(shí)現(xiàn)了工序的集中和工藝的復(fù)合， 從而縮短了輔助加工時(shí)間，提高了機(jī)床的效率，減少了零件安裝，定位次數(shù)，提高了加工精度。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
加工中心的工作原理是根據(jù)零件圖紙制定工藝方案，采用手工或計(jì)算機(jī)自動(dòng)編制零件加工程序，把零件所需的機(jī)床各種動(dòng)作及全部工藝參數(shù)變成機(jī)床的數(shù)控裝置能接受的信息代碼,并把這些代碼存儲(chǔ)在信息載體(穿孔帶、磁盤(pán)等)上，將信息載體送到輸入裝置。讀出信息并送入數(shù)控裝置，或利用計(jì)算機(jī)和加工中心直接進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)零件程序的輸入和輸出．
進(jìn)人數(shù)控裝置的信息經(jīng)過(guò)一系列處理和運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào)。有的信號(hào)送到機(jī)床的伺服系統(tǒng)，通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大，再經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)機(jī)床有關(guān)零部件使刀具和工件嚴(yán)格執(zhí)行零件程序所規(guī)定的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)．還有的信號(hào)送到可編程序控制器中用于順序控制機(jī)床的其他輔助動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)更換。
1952 年，麻省理工學(xué)院在一臺(tái)立式銑床上，裝上了一套試驗(yàn)性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)了同時(shí)控制三軸的運(yùn)動(dòng)。這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被大家稱(chēng)為世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。1962 年研制出第一臺(tái) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工中心。1967 年，英國(guó)首先把幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床連接成具 有 柔 性 的 加 工 系 統(tǒng) ， 這 就 是 所 謂 的 柔 性 制 造 系 統(tǒng)(FlexibleManufacturingSystem--FMS)之后，美、歐、日等也相繼進(jìn)行開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。 1974 年以后，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器直接用于數(shù)控機(jī)床，使數(shù)控的軟件功能加強(qiáng)，發(fā)展成計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床(簡(jiǎn)稱(chēng)為 CNC 機(jī)床)，進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展。我國(guó)是從 1958 年開(kāi)始研究數(shù)控技術(shù),雖然目前我國(guó)是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國(guó)家，但數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力在國(guó)際市場(chǎng)中仍處于較低水平，與國(guó)外先進(jìn)水平相比仍存在著較大的差距。
進(jìn)入 21 世紀(jì)，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的加工中心在現(xiàn)代制造業(yè)中起著愈來(lái)愈重要的作用，對(duì)加工中心的需求愈來(lái)愈多，它能縮短產(chǎn)品的制造周期， 提高產(chǎn)品的加工精度，適合柔性加工。自動(dòng)換刀系統(tǒng)一般由刀庫(kù)、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置
組成。一般來(lái)說(shuō)，刀庫(kù)容量可大可小，其裝刀數(shù)量在 20～180 把之間。刀庫(kù)的功能是存儲(chǔ)刀具并把下一把即將要用的刀具準(zhǔn)確地送到換刀位置，供換刀機(jī)械手完成新舊刀具的交換。當(dāng)?shù)稁?kù)容量大時(shí)，常遠(yuǎn)離主軸配置且整體移動(dòng)不易，這就需要在主軸和刀庫(kù)之間配置換刀機(jī)構(gòu)來(lái)執(zhí)行換刀動(dòng)作。完成此功能的機(jī)構(gòu)包括送刀臂、擺刀站和換刀臂，總稱(chēng)為機(jī)械手。具體來(lái)說(shuō)，它的功能是完成刀具的裝卸和在主軸頭與刀庫(kù)之間的傳遞。驅(qū)動(dòng)裝置則是使刀庫(kù)和機(jī)械手實(shí)現(xiàn)其功能的裝置，一般由步進(jìn)電機(jī)或液壓(或氣液機(jī)構(gòu))或凸輪機(jī)構(gòu)組成。機(jī)械手完成刀庫(kù)里的刀與主軸上的刀的交換工作。由于數(shù)控加工中心的刀庫(kù)容量、換刀可靠性及換刀速度直接影響到加工中心的效率，而自動(dòng)換刀就是進(jìn)一步壓縮非切削時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件。所以數(shù)控機(jī)床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時(shí)間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動(dòng)換刀裝置。隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機(jī)床制造商共同追求的目標(biāo)，所以向高可靠性方面發(fā)展已經(jīng)不可忽視。為不斷滿(mǎn)足復(fù)雜工件所提出的加工要求,多軸聯(lián)動(dòng)
加工中心的發(fā)展也日新月異。最初的多軸聯(lián)動(dòng)加工中心,是在立柱上加一個(gè)連續(xù)分度頭或連續(xù)轉(zhuǎn)臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)的,但這不能解決復(fù)雜異形件加工的需要,特別是葉片與葉輪，因此五軸聯(lián)動(dòng)控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)。五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床以其無(wú)可替代的性能優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為各大機(jī)床廠家積極開(kāi)發(fā)和競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)也有了較快的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展具體表現(xiàn)在硬件的不斷變革,操作系統(tǒng)的更新也十分迅速,軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器與顯示器的分辨率亦同步提高,系統(tǒng)的可靠性更有較大延長(zhǎng)隨著網(wǎng)絡(luò)通信功能的不斷增強(qiáng),加工中心的應(yīng)用范圍將更加廣泛。
步入 21 世紀(jì)，隨著我國(guó)綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力的快速提高，加工中心市場(chǎng)進(jìn)入了快速發(fā)展期，汽車(chē)及其零部件、通用機(jī)械、航空航天、模具等各行業(yè)對(duì)加工中心的需求大幅上升，國(guó)產(chǎn)加工中心擇優(yōu)選擇國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)、功能部件等配套件，加快了產(chǎn)業(yè)化步伐， 質(zhì)量大幅度提高，性?xún)r(jià)比具有優(yōu)勢(shì)，逐步得到了國(guó)內(nèi)用戶(hù)的肯定和認(rèn)可。同時(shí)，企業(yè)加大了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究的資金投入，一批國(guó)內(nèi)急需長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的高檔加工中心，如高速加工中心、五軸加工中心等取得了突破，有的已進(jìn)入批量生產(chǎn)。
本設(shè)計(jì)所涉及的換刀機(jī)構(gòu)在加工中心中起著至關(guān)重要的作用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床的各個(gè)組成部分提出了更高的性能指標(biāo)。當(dāng)今的數(shù)控機(jī)床正在不斷采用最新技術(shù)成就，朝著高速化、高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化與高可靠性等方向發(fā)展。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1. 重點(diǎn)解決的問(wèn)題
1) 銑加工中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；
2) 換刀機(jī)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
3) 換刀機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
4) 換刀機(jī)構(gòu)整套圖紙表達(dá)。
2. 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路）
1） 查閱相關(guān)資料，掌握加工中心及各個(gè)部件的工作原理，提出整體設(shè)計(jì)方案；
2） 通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，確定相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)；
3） 對(duì)換刀裝置機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)；
4） 針對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)
5） 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
通過(guò)學(xué)習(xí)及查閱有關(guān)資料掌握加工中心工作原理及整體設(shè)計(jì)方案。把數(shù)控技術(shù)和加工中心的知識(shí)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出符合加工需求的加工中心換刀機(jī)構(gòu)。同時(shí)確保加工中心的精度、效率、自動(dòng)化等綜合性得到提高。使換刀機(jī)構(gòu)的換刀時(shí)間有所提高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度增加，提高通用性和可靠性，進(jìn)一步提高自動(dòng)化的程度，使加工中心性能和復(fù)合性都有所提高，并且能夠提高其設(shè)計(jì)價(jià)值。最終可以很好的完成設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；主要設(shè)計(jì)參數(shù)：
X，Y，Z 軸的行程分別是 600，300，400mm；進(jìn)給精度 0.001mm；X，Y，Z 軸的移動(dòng)速度分別是 2.5，2，1mm/min；工作臺(tái)面尺寸 320×1000mm；脈沖當(dāng)量 0.1mm/步；重復(fù)定位精度 0.1 mm。
1. 銑加工中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；
2. 關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算和選擇；
3. 換刀機(jī)構(gòu)三維設(shè)計(jì)；
4. 換刀機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
5. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
6. 外文翻譯一篇。
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周：布置設(shè)計(jì)任務(wù),明確設(shè)計(jì)要求；查閱相關(guān)資料,了解課題研究領(lǐng)域；
第 2 周：撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告；確定外文翻譯文章。
第 3 周：修改開(kāi)題報(bào)告，完成文獻(xiàn)綜述。
第 4 周：完成外文翻譯，開(kāi)題答辯。
第 5 周：銑加工中心機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；
第 6 周：了解換刀機(jī)構(gòu)功能、要求和結(jié)構(gòu)；
第 7 周：換刀機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)；
第 8 周：換刀機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)；
第 9 周：換刀機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)；
第 10 周：換刀機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)；中期檢查；
第 11 周：關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算和選擇；
第 12 周：換刀機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
第 13 周：換刀機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
第 14 周：整理資料，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
第 15 周：修改完善整套設(shè)計(jì)，評(píng)閱，準(zhǔn)備答辯；
第 16 周：評(píng)閱，修改，答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
[1] 楊仙.數(shù)控技術(shù)[M]. 北京，機(jī)械工業(yè)出版社,2012.
[2] 張玉峰.淺談我國(guó)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 金屬加工(冷加工). 2010(21) [3]龔仲華.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)典例[M]. 北京，機(jī)械工業(yè)出版社,2014.
[4] 韓越梅.加工中心自動(dòng)換刀裝置的研究進(jìn)展[J]. 裝備制造技術(shù). 2010(05)
[5] 李加明,陶衛(wèi)軍,馮虎田.自動(dòng)換刀裝置發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)[J]. 機(jī)床與液壓
2013(05)
[6] 魏杰.數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)[M].北京，化學(xué)工業(yè)出版社,2009.
[7] 文懷興.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京，化學(xué)工業(yè)出版社,2011.
[8] 李宗斌.加工中心換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)與計(jì)算[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工系統(tǒng),19
（12）:2-7
[9] 劉延俊,關(guān)浩，周德繁.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京，高等教育出版社,2007.
[10] 張祺,侯力,劉松等.加工中心換刀機(jī)械手控制系統(tǒng)研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2010（8）：42-44.
[11] 李加明,陶衛(wèi)軍,馮虎田.自動(dòng)換刀裝置發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)[J].機(jī)床與液壓. 2013(05)
[12] 張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京，高等教育出版社,2014.
[13] 李艷生,張延恒,孫漢旭,趙順利.自動(dòng)換刀裝置動(dòng)態(tài)特性測(cè)試技術(shù)研究及實(shí)現(xiàn)[J]. 振動(dòng).測(cè)試與診斷. 2014(02)..
[14] 高永強(qiáng),李全普,李凱.加工中心機(jī)械手換刀與主軸凸輪松刀的聯(lián)動(dòng)技術(shù)[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床. 2011(12)
[15] 李加明,陶衛(wèi)軍,馮虎田.自動(dòng)換刀裝置發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)[J]. 機(jī)床與液壓. 2013(05)
[16] Mutellip Ahmat,Iliham Abduruyim.THE MODELING AND ANALYSIS OFGEOMETRIC ERRORFOR MACHINING CENTER BY HOMOGENEOUSCOORDINATE TRANSFORMATION METHOD [J]. University,21，2006.
[17] Jui-Pin Hung,Yuan-Lung Lai,Ching-Yuan Lin,Tzu-Liang Lo. Modeling the machining stability of a vertical milling machine under the influence of the preloaded linear guide[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture . 2011 (9)
附：文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
一、概述
數(shù)字控制是 20 世紀(jì)中期發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行控
制的一種方法。采用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機(jī)床，稱(chēng)為數(shù)控機(jī)床加工中心（Machining Center,簡(jiǎn)稱(chēng) MC）。加工中心是一種備有刀庫(kù)并能自動(dòng)更換刀具對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。它是適應(yīng)省力、省時(shí)和節(jié)能的時(shí)代要求而發(fā)展起來(lái)的，它綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、拖動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)在控制理論、測(cè)量及傳感技術(shù)以及通訊診斷、刀具和應(yīng)用編程技術(shù)的高技術(shù)產(chǎn)品，將數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能聚集在一臺(tái)加工設(shè)備上，且增設(shè)有自動(dòng)換刀裝置和刀庫(kù)，可以在一次安裝工件后，數(shù)控系統(tǒng)控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其他輔助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、內(nèi)外倒角、環(huán)形槽及攻螺紋等加工。由于加工中心能集中完成多種工序， 因而可減少工件裝夾、測(cè)量和調(diào)整時(shí)間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)存放時(shí)間，使機(jī)床的切削利用率高于通用機(jī)床 3~4 倍，達(dá) 80%以上。所以說(shuō)，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機(jī)床中生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度的綜合性機(jī)床。
隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，以及各種性能良好的傳感器的出現(xiàn)和運(yùn)用，加工中心的功能日趨完善，這些功能包括：刀具壽命的監(jiān)視功能，刀具磨損和損傷的監(jiān)視功能， 切削狀態(tài)的監(jiān)視功能，切削異常的監(jiān)視、報(bào)警和自動(dòng)停機(jī)功能，自動(dòng)檢測(cè)和自我診斷功能及自適應(yīng)控制功能等。加工中心還與載有隨行夾具的自動(dòng)托板進(jìn)行有機(jī)連接，并能進(jìn)行切屑自動(dòng)處理，使得加工中心成為柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)合自動(dòng)化工廠的關(guān)鍵設(shè)備和基本單元。
二、數(shù)控加工中心的基本組成和工作原理
加工中心自問(wèn)世至今世界各國(guó)出現(xiàn)了各種類(lèi)型的加工中心，雖然外形結(jié)構(gòu)各異，
但從總體來(lái)看主要由以下幾大部分組成。
（1） 基礎(chǔ)部分：由床身、立柱和工作臺(tái)等大件組成，它們是加工中心結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)部件。這些大件有鑄鐵件，也有焊接的鋼結(jié)構(gòu)件，它們要承受加工中心的靜載荷以及在加工時(shí)的切削負(fù)荷，因此必須具備更高的靜動(dòng)剛度，也是加工中心中質(zhì)量和體積最大的部件。
（2） 主軸部件：由主軸箱、主軸電動(dòng)機(jī)、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟動(dòng)、停止等動(dòng)作和轉(zhuǎn)速均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過(guò)裝在主軸上的刀具進(jìn)行切削。主軸部件是切削加工的功率輸出部件，是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的好壞，對(duì)加工中心的性能有很大的影響。
（3） 數(shù)控系統(tǒng)：加工中心的數(shù)控系統(tǒng)由 CNC 裝置，可編程序控制器，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及面板操作系統(tǒng)組成。它是執(zhí)行順序控制動(dòng)作和加工過(guò)程的控制中心。CNC 裝置是一種位置控制系統(tǒng)，其控制過(guò)程是根據(jù)輸入的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，插補(bǔ)運(yùn)算以獲得理想的運(yùn)動(dòng)軌跡信息，然后輸出到執(zhí)行部件，加工出所需要的工件。
（4） 自動(dòng)換刀裝置（ATC）：換刀系統(tǒng)主要由刀庫(kù)，機(jī)械手等部件組成。如需要更換刀具時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令后，由機(jī)械手從刀庫(kù)中取出相應(yīng)的刀具裝入主軸孔內(nèi)， 然后再把主軸上的刀具送回到刀庫(kù)完成整個(gè)換刀動(dòng)作
（5） 輔助裝置：包括潤(rùn)滑，冷卻，排屑，防護(hù)，沖壓，氣動(dòng)和檢測(cè)系統(tǒng)等部分 。這些裝置雖然不直接參與切削運(yùn)動(dòng)，但是加工中心不可或缺的部分。對(duì)加工中心的加工效率，加工精度和可靠性起著保障作用。
加工中心的工作原理是根據(jù)零件圖紙制定工藝方案，采用手工或計(jì)算機(jī)自動(dòng)編制零件加工程序，把零件所需的機(jī)床各種動(dòng)作及全部工藝參數(shù)變成機(jī)床的數(shù)控裝置能接
受的信息代碼,并把這些代碼存儲(chǔ)在信息載體(穿孔帶、磁盤(pán)等)上，將信息載體送到輸入裝置。讀出信息并送入數(shù)控裝置，或利用計(jì)算機(jī)和加工中心直接進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)零件程序的輸入和輸出．
進(jìn)人數(shù)控裝置的信息經(jīng)過(guò)一系列處理和運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào)。有的信號(hào)送到機(jī)床的伺服系統(tǒng)，通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大，再經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)機(jī)床有關(guān)零部件使刀具和工件嚴(yán)格執(zhí)行零件程序所規(guī)定的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)．還有的信號(hào)送到可編程序控制器中用于順序控制機(jī)床的其他輔助動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)更換。
三、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀
數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展經(jīng)歷了30年跌宕起
伏，已經(jīng)由成長(zhǎng)期進(jìn)入了成熟期，可提供市場(chǎng)1,500種數(shù)控機(jī)床，覆蓋超重型機(jī)床、高精度機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓設(shè)備、前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域，產(chǎn)品種類(lèi)可與日、德、意、美等國(guó)并駕齊驅(qū)。特別是在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床、數(shù)控超重型機(jī)床、立式臥式加工中心、數(shù)控車(chē)床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床領(lǐng)域部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。其中， 五軸(坐標(biāo))聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是數(shù)控機(jī)床技術(shù)的制高點(diǎn)標(biāo)志之一。它集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)和精密加工技術(shù)于一體，應(yīng)用于復(fù)雜曲面的高效、精密、自動(dòng)化加工，是發(fā)電、船舶、航天航空、模具、高精密儀器等民用工業(yè)和軍工部門(mén)迫切需要的關(guān)鍵加工設(shè)備。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，其加工效率相當(dāng)于2 臺(tái)三軸機(jī)床，甚至可以完全省去某些大型自動(dòng)化生產(chǎn)線的投資，大大節(jié)約了占地空間和工作在不同制造單元之間的周轉(zhuǎn)運(yùn)輸時(shí)間及費(fèi)用。國(guó)產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床品種日趨增多，國(guó)際強(qiáng)手對(duì)中國(guó)限制的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、五軸數(shù)控銑床、五軸龍門(mén)銑床、五軸落地銑鏜床等均在國(guó)內(nèi)研制成功，改變了國(guó)際強(qiáng)手對(duì)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的壟斷局面。
從技術(shù)發(fā)展水平來(lái)看。隨著“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備重大專(zhuān)項(xiàng)”重點(diǎn)任務(wù)陸續(xù)完成，我國(guó)國(guó)產(chǎn)機(jī)床數(shù)控化率由“十五”末的35.5%提高到“十一五”末的51.9%。我國(guó)在數(shù)控系統(tǒng)方面已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多軸多通道、總線式高檔數(shù)控裝置產(chǎn)品。武漢華中數(shù)控股份有限公司、沈陽(yáng)高精數(shù)控技術(shù)有限公司等單位已完成50多套開(kāi)放式全數(shù)字高檔數(shù)控裝置的生產(chǎn)。國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品覆蓋超重型機(jī)床、高精度機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓設(shè)備、前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域。特別是在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床、數(shù)控超重型機(jī)床、立式臥式加工中心、數(shù)控車(chē)床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床領(lǐng)域，部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。國(guó)產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床品種日趨增多，五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、五軸數(shù)控銑床、五軸龍門(mén)銑床、五軸落地銑鏜床等均在國(guó)內(nèi)研制成功，改變了國(guó)際強(qiáng)手對(duì)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的壟斷局面，加速了我國(guó)從機(jī)床生產(chǎn)大國(guó)走向機(jī)床制造強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程。
從市場(chǎng)需求情況來(lái)看。目前中國(guó)是世界上最大的數(shù)控機(jī)床進(jìn)口國(guó)和消費(fèi)國(guó)，2010 年，中國(guó)機(jī)床消費(fèi)同比增長(zhǎng)43%，達(dá)到284.8億美元，進(jìn)口約為94億美元，中國(guó)成為世界第一大機(jī)床消費(fèi)國(guó)。雖然“十一五”期間機(jī)床行業(yè)實(shí)現(xiàn)了較快發(fā)展，但高檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值僅約占金屬加工機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值的10～15%，面對(duì)巨大的消費(fèi)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力無(wú)法滿(mǎn)足迅速膨脹的市場(chǎng)需求，多數(shù)高檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品仍需大量從國(guó)外進(jìn)口。
國(guó)外數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展較早，其發(fā)展現(xiàn)狀可概括為以下幾點(diǎn)：（1）高速高精與多軸加工成為數(shù)控機(jī)床的主流，納米控制已經(jīng)成為高速高精加工的潮流。（2）多任務(wù)和多軸加工數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多地應(yīng)用到能源、航空航天等行業(yè)。（3）機(jī)床與機(jī)器人的集成應(yīng)用日趨普及，且結(jié)構(gòu)形式多樣化，應(yīng)用范圍擴(kuò)大化，運(yùn)動(dòng)速度高速化，多傳感器融合技術(shù)實(shí)用化，控制功能智能化，多機(jī)器人協(xié)同普及化。（4）智能化加工與監(jiān)測(cè)功能不斷擴(kuò)充，車(chē)間的加工監(jiān)測(cè)與管理可實(shí)時(shí)獲取機(jī)床本身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)， 預(yù)測(cè)機(jī)床的狀態(tài)，提前進(jìn)行相關(guān)的維護(hù)，避免事故的發(fā)生，減少機(jī)床的故障率，提高機(jī)床的利用率。（5）最新的機(jī)床誤差檢測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)機(jī)床
的補(bǔ)償測(cè)量，與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對(duì)機(jī)床誤差的補(bǔ)償精度能夠提高3～4倍，同時(shí)效率得到大幅度提升。（6）最新的CAD/CAM技術(shù)為多軸多任務(wù)數(shù)控機(jī)床的加工提供了強(qiáng)有力的支持，可以大幅度提高加工效率。（7）刀具技術(shù)發(fā)展迅速，眾多刀具的設(shè)計(jì)涵蓋了整個(gè)加工過(guò)程，并且新型刀具能夠滿(mǎn)足平穩(wěn)加工以及抗振性能的要求。
四、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)
今后世界上數(shù)控機(jī)床將以較高的速度發(fā)展，在金切機(jī)床中幾乎所有品種均可實(shí)現(xiàn)
數(shù)控化；數(shù)控系統(tǒng)向高度集成(采用 64 位 CPU)、高分辨率(0.1um)、小型化方向發(fā)展I 加工中心的定位精度在 5tun 以?xún)?nèi)，主軸轉(zhuǎn)速達(dá) 1 萬(wàn)轉(zhuǎn)／min 以上，最高迭 4—5 萬(wàn)轉(zhuǎn)／min，快速進(jìn)給速度達(dá) lOOm／min。機(jī)械加工向工序復(fù)合化、智能化方向發(fā)展。未來(lái)工廠將廣泛應(yīng)用數(shù)控機(jī)床、柔性加工單元和柔性加工生產(chǎn)線，最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。工廠可以靈活地根據(jù)用戶(hù)需要，在短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)、制造出全新的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)更高精度、效率和效益。
1、高精度化。國(guó)外效控系統(tǒng)的設(shè)定單位由 1um 發(fā)展到 0.1um 和 0.01um。1992 年
7 月，日本 FANUC 公司在慶祝該公司成立二十周年的新成果展示會(huì)上，展示了實(shí)現(xiàn)納米加工的整套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了 0.001um／脈沖的控制系統(tǒng)，能牘利執(zhí)行每個(gè)脈沖當(dāng)量為0．001um 的伺服單元，伺服電機(jī)、氣浮絲杠、氣浮主軸等部件，能檢測(cè)納米級(jí)精度的高精度檢測(cè)反饋系統(tǒng)。據(jù)資料介紹，這是世界上第一個(gè)真正實(shí)現(xiàn)納米加工的成套技術(shù)。
2、高速化?？焖傩谐桃褟?24m／min 提高到 240m／min(當(dāng)設(shè)計(jì)單位為 1um 時(shí))， 加工中心的切削進(jìn)給速度可達(dá) 10m／min 以上。數(shù)控系統(tǒng)已從 16 位微機(jī)發(fā)展到 32 位、64 位機(jī)，或用 40 多個(gè) CPU 的結(jié)構(gòu)。FANUC 公司開(kāi)發(fā)的 15B 數(shù)控系統(tǒng)就采用了 64 位微機(jī)的 RISC 技術(shù)(壓縮、優(yōu)化程序、消除跟蹤誤差)。
3、高可靠性。FANUC 公司的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的平均無(wú)故障工作時(shí) (MTBF)是 0.01 次／月·臺(tái)，即實(shí)現(xiàn)了 100 個(gè)月里出現(xiàn)一次故障的高可靠性 t 從而使機(jī)器人也實(shí)現(xiàn)了
0.013 次／月·臺(tái)的高可靠性(另一種說(shuō)法是國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)的 MTBF 在 1 萬(wàn)小時(shí)以上)。4、系統(tǒng)化。在新廠籌建和老廠擴(kuò)建過(guò)程中，人們已注意到了耍在系統(tǒng)工程觀念
指導(dǎo)下來(lái)添置數(shù)控機(jī)床、柔性加工單位及柔性制造系統(tǒng)、機(jī)器人等機(jī)電一體化產(chǎn)品。德國(guó)的維勒爾公司已經(jīng)給世界各國(guó)提供了上百條柔性制造系統(tǒng)。FANUC 公司還在筑波科學(xué)城中按計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(O1MS)的五層結(jié)構(gòu)建成 CIMS 模式的工廠。富士通公司建立了紹津 CIMS 工廠，富士電機(jī)也建立了吹上 C1MS 工廠}德國(guó)的西門(mén)子公司建立了 CIMS 數(shù)控系統(tǒng)制造廠。
5、微型化。FANUC 公司由于采用了 64 位傲處理囂、RISC 技術(shù)、SMT 技術(shù)(表面涂裝技術(shù))，用液晶顯示器代替 CRT 及三維立體安裝等新技術(shù)．已將 16、18 等新數(shù)控系統(tǒng)鰭小到原有數(shù)控系統(tǒng)的 1/3。同時(shí)，已開(kāi)始與其它公司，政府部門(mén)合作，開(kāi)展了徽型機(jī)器人的研制工作。用于醫(yī)學(xué)頓域的傲型機(jī)器人要能進(jìn)入人體，執(zhí)行打通血管阻塞的任務(wù)，還要在任務(wù)完成后自動(dòng)退出人體。
6、智能化。視覺(jué)、觸覺(jué)、模糊邏輯控制等智能化工作仍在積極進(jìn)行。如 FANUC 公司展示的 7 軸雙腕智能化機(jī)器人。日本在無(wú)人化工廠的研制上長(zhǎng)期保持 l～2 個(gè)示范工廠的狀態(tài)現(xiàn)已打破，目前已有 7 個(gè)無(wú)人化工廠。FANUC 公司在無(wú)人化工廠的研制上每年投入 1 億美元的研制費(fèi)。
7、由傳統(tǒng)的萬(wàn)能機(jī)床向機(jī)床功能專(zhuān)用化和產(chǎn)品多樣化發(fā)展。由于機(jī)床的萬(wàn)能性和多功能性，造成機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造周期長(zhǎng)、成本也相應(yīng)提高。用戶(hù)往往只需要都分功能，但付出的卻是多功能的代價(jià)，功能浪費(fèi)了，根不經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)在機(jī) l 床制造業(yè)從品種少、批量大的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換為多品種、專(zhuān)業(yè)化和小批量生產(chǎn)。對(duì)每一種具體的機(jī)床產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，它的功能應(yīng)該是有限的，適合用戶(hù)特定需要的，盡量步帶不必要的功能。如加工中心的刀庫(kù)，原來(lái)一般為 60 把刀，后考慮多數(shù)用戶(hù)需要的刀數(shù)還不到一半，生
產(chǎn)企業(yè)把刀庫(kù)容量降到 25 把刀或以下。
8、以模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，功能專(zhuān)用化，已成為當(dāng)前機(jī)床發(fā)展的主流。這類(lèi)機(jī)床是較為專(zhuān)用化的機(jī)床。這類(lèi)機(jī)床在機(jī)床鎊售額中所占的比重，過(guò)去 5～10 年為 3%，現(xiàn)在已達(dá)到 10%，再過(guò) 5～lO 年，將達(dá)到 50%以上。生產(chǎn)企業(yè)要為每個(gè)不同的用戶(hù)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)機(jī)床，而規(guī)格和功能完全相同的機(jī)床將缸來(lái)愈少。甚至于以后有可能不再出現(xiàn)。
9、發(fā)展經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和加工中心也成為當(dāng)前數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一種趨勢(shì)。經(jīng)濟(jì)型(國(guó)外多稱(chēng)為廉價(jià)型)數(shù)控機(jī)床，加工中心，是美國(guó)、日本等國(guó)的機(jī)床業(yè)作為一個(gè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的新策略而再現(xiàn)的。起初這些企業(yè)為擴(kuò)大銷(xiāo)售市場(chǎng)，眼光從西方轉(zhuǎn)向東方什對(duì)中國(guó)大陸和東南亞這一片市場(chǎng)，如以功能復(fù)雜、檔次高而價(jià)格昂貴的效控機(jī)床、加工中心在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)并不有利，相反，以?xún)r(jià)廉和便于操作的數(shù)控機(jī)床來(lái)適應(yīng)，則更加符合于這些地區(qū)的實(shí)際需要。
10、“電子—— 機(jī)械”商品化。一般認(rèn)為機(jī)電一律化商品，機(jī)械部分成本較高。現(xiàn)在國(guó)際市場(chǎng)上機(jī)電一體化商品中的“電子”部分的比啻 I 不斷增加。FANUC 公司正準(zhǔn)備將成本中的電子都分增加到占 60%，機(jī)械部分占 40%，即形成以“電子”為主， 以“機(jī)械”為輔的機(jī)電一體化商品。