2020年数控方向开题报告范文

数控方向开题报告范文

导语：对于数控机床立柱的CAD/CAM设计这一论文，开题报告

可以怎样写呢？以下是的数控方向开题报告范文，供大家阅读和借鉴。

题目

数控机床立柱的CAD/CAM设计

开题报告范文

一、目的及意义：

当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电

一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随着微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，四大国际机床展早已成为各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。

随着世界科技进步和机床工业的发展，数控机床作为机床工业

的主流产品，已成为实现装备制造业现代化的关键设备，是国防军工装备发展的战略物资。数控机床的拥有量及其性能水平的高低，是衡量一个国家综合实力的重要标志。加快发展数控机床产业也是我国装备制造业发展的现实要求。根据中国机床工具工业协会组织用户调查表明，航天航空、国防军工制造业需要大型、高速、精密、多轴、高

效数控机床；汽车、摩托车、家电制造业需求高效、高可靠性、高自动化的数控机床和成套柔性生产线；电站设备、造船、冶金石化设备、轨道交通设备制造业需求高精度、重型为特征的数控机床；IT业、

生物工程等高技术产业需求纳米级亚微米级超精密加工数控机床；工程机械、农业机械等传统制造行业的产业升级，特别是民营企业的蓬勃发展，需要大量数控机床进行装备。当今数控机床的发展，除了要求机床重量轻、成本低、使用方便和具有良好工艺可能性外，还着重要求机床具有愈来愈高的加工性能。随着现代数控机床日益向着高速化、高性能、高精度方向发展，传统的设计方法己无法满足数控机床发展的要求[1].

数控机床床属于大型机械设备，在整个机床的各个组成部分中，机床立柱是一个极其重要的大件，它起着支撑工件和连接工作台、床身等关键零部件的作用。数控机床立柱结构的设计尺寸和布局形式，决定了其本身的各个动态特性。往往由于立柱结构设计不合理，导致立柱的刚度不足，产生各种变形、振动，加工时刀具与工件间产生相对变形和振动，也使零件加工精度降低。立式车床用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小，形状复杂的大型和重型工件。如各种盘，轮和套类工件的圆柱面，端面，圆锥面，圆柱孔，圆锥孔等。亦可借助附加装置进行车螺纹，车球面，仿形，铣削和磨削等加工。与卧式车床相比，立式车床主轴轴线为垂直布局，工作台台面处于水平平面内，因此工件的夹装与找正比较方便。这种布局减轻了主轴及轴承的荷载，因此立式车床能够较长期的保持工作精度。大量加工实践证明，将卧

式车床立起来使用（变成了立式车床）反倒显示出了更多的优越性，如占地面积小、排屑更加方便、承载能力增加等。同时立式车床还具有很好的主轴旋转精度和较强的切削能力，更加有利于实现生产的自动化，所以对立式车床的使用和需求也越来越多。立柱是数控立式车床重要结构部件之一，其结构特性对立式车床的性能影响很大，主要体现在加工精度、抗振性、切削效率、使用寿命等方面。因此，立柱结构的静、动态性能是决定整机性能的重要因素之一。由于立柱结构形状较复杂，采用一般方法对其进行静、动态特性计算比较困难。如何对立柱等部件进行精确、合理、科学可行的计算，是机床结构设计过程中需要迫切解决的重要课题[2].

因此，在设计数控机床立柱结构时，考虑立柱的动态特性显得尤为重要。针对这些因素，有必要对数控机床的立柱部分进行结构优化，本课题对数控机床的立柱部分进行优化设计有重要的实际意义。

二、研究动态：

1、国外研究动态：

国外的机床结构优化领域的研究比较多，在结构优化、有限元分析、参数化设计方面都有不少研究，美国机械工程师学会“Optimalsynthesisofpliantmechanismsusingsubdivisionandmerc ialFEA”一文中，利用有限元软件分析机械结构，提出全程参数化设计，并对其进行拓扑优化，全面分析了设计变量在优化程序中的变数。

国外机床结构优化设计存在以下特点：

（1）设计与分析平行。从以满足一定性能要求为目标的结构选型、结构设计，到具体设计方案的比较及确定、设计方案的模拟试验等。床身结构设计的各个阶段均有结构分析的参与。床身结构分析贯穿了整个设计过程，这样确定的床身结构设计方案，基本就是定型方案[3].

（2）结构优化的思想被用于设计的各个阶段。

（3）大量的虚拟试验代替实物试验。虚拟试验不仅可以在没有实物的条件下进行，而且实施迅速、信息量大。利用虚拟试验，一方面可以在多个设计方案中选择最优，减少设计的盲目性，另一方面可以及早发现在设计中的问题。从而减少设计成本，缩短设计周期[4].

随着工业的发展，对数控机床的要求越来越高。在机床的设计中，需要对其组成部件进行严密的分析与计算。车床床身等支承件的重量要占车床总重量的20%到30%,因此对支承件的单位重量刚度提

出较高的要求。在重量轻的条件下，需保证支承件具有足够的静刚度，所以对支承件材料的分布、支承件壁厚和开孔位置的合理性提出了要求，有必要进行分析计算。

2、国内研究动态：

目前国内在机床结构优化领域的研究比较活跃，机床结构优化

设计的内容十分丰富，涉及内容很多，包括静力学，结构非线性分析，拓扑优化，模态分析，动力学分析等。目前有限元方法在机床结构设计中的应用主要有以下几个方面：

（1）静力学分析。这是对二维或者三维机床零件承载后的应力和应变的分析，是有限元在机床设计中最基本、最常用的分析类型。

（2）模态分析。这是动力学分析的一种，用于研究结构的固有频率和各振型等振动特性，进行这种分析时所施加的载荷只能是位移载荷和预应力载荷[5].

（3）谐响应分析和瞬态动力学分析。这两类分析也属于动力学分析，用于研究机床对周期载荷和非周期载荷的动态响应。

（4）热应力分析。用于研究结构内部温度的分布，以及机床内部的热应力。

（5）接触分析。用于分析两个结构件接触时的接触面状态和法向力。