【正文】 ..25 ...................................................................26 ....................................................................................27第4章 產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計 ..................................................................................................29 ............................................................29 ........................................................................................................30 .......................................................................................30 .......................................................................33 ...............................................................................34 ........................................................................................................34第5章 三維建模及模型制作 .....................................................................................36 ....................................................................................36 犀牛建模 ..............................................................................................36 HYPERSHOT渲染 ...............................................................................37 ........................................................................................38 ...............................................................................................38 ...............................................................................38 ...............................................................................39第6章 結(jié)論 .................................................................................................................40參 考 文 獻 ..................................................................................................................41致 謝 .........................................................................................................................42附 錄I ........................................................................................................................43附 錄II .......................................................................................................................44展板設(shè)計1 ...................................................................................................................44附 錄Ⅴ .....................................................................................................................44第1章 緒 論 我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過“六五” 期間引進數(shù)控技術(shù)，“七五 ”期間組織消化吸收 “科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績 [1]。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2022年國%%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從2022年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，國內(nèi)數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口 [2]。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等 [3]。我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識國產(chǎn)數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之問的差距 [4]。 國外機床的發(fā)展?fàn)顩r 在國外，數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀可以概括如下幾點： （1）高速高精與多軸加工成為數(shù)控機床的主流，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)控機床越來越多地應(yīng)用到能源、航空航天等行業(yè)。 （3）機床與機器人的集成應(yīng)用日趨普及，且結(jié)構(gòu)形式多樣化，應(yīng)用范圍擴大化，運動速度高速化，多傳感器融合技術(shù)實用化，控制功能智能化，多機器人協(xié)同普及化 [5]。 （4）智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴充，車間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)測機床的狀態(tài)，提前進行相關(guān)的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率。 （5）最新的機床誤差檢測與補償技術(shù)能夠在較短的時間內(nèi)完成對機床的補償測量，與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機床誤差的補償精度能夠提高3～4倍，同時效率得到大幅度提升 [6]。 (6) 最新的CAD/CAM 技術(shù)為多軸多任務(wù)數(shù)控機床的加工提供了強有力的支持，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)計涵蓋了整個加工過程，并且新型刀具能夠滿足平穩(wěn)加工以及抗振性能的要求。 SET因素分析此表描述數(shù)控機床的SET因素分析，從社會，經(jīng)濟，技術(shù)三方面的因素解釋了數(shù)控機床的發(fā)展有待于改變，設(shè)計一款創(chuàng)新型機床不僅是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要，也是現(xiàn)代社會發(fā)展的需要。表11 數(shù)控機床SET因素表數(shù)控機床設(shè)計 SET因素分析列表社會的（S） 經(jīng)濟的(E) 技術(shù)的(T)工業(yè)社會的發(fā)展 企業(yè)的投資 科技技術(shù)的前進追求高效的理念 國家的投資 新型材料出現(xiàn)與合成機械加工的要求 自己本身價值 先進的制造行業(yè)綜合以上情況分析表明，（見表11） 社會需要一些新型實用創(chuàng)新的機床，來滿足機械加工和工業(yè)行業(yè)的需求。并且有一定的市場前景與社會預(yù)見性！ 未來數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對數(shù)控機床加工的高速化要求越來越高。 （1）主軸轉(zhuǎn)速：機床采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機），主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min； （2）進給率：，最大進給率達(dá)到240m/min且可獲得復(fù)雜型面的精確加工； （3）運算速度：微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障，開發(fā)出CPU 已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng)，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運算速度的極大提高，、m時仍能獲得高達(dá)24～240m/min的進給速度； （4）換刀速度：目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右。德國Chiron公司將刀庫設(shè)計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置， [8]. 數(shù)控機床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視。 （1）提高CNC 系統(tǒng)控制精度：采用高速插補技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給，使CNC 控制單位精細(xì)化，并采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本已開發(fā)裝有106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器的交流伺服電機，其位），位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法； （2）采用誤差補償技術(shù)：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù)，對設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結(jié)果表明，綜合誤差補償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%～80%； （3）采用網(wǎng)格解碼器檢查和提高加工中心的運動軌跡精度，并通過仿真預(yù)測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重復(fù)定位精度，使其性能長期穩(wěn)定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務(wù)，并保證零件的加工質(zhì)量 [9]。 復(fù)合機床的含義是指在一臺機床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心、車銑復(fù)合——車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機床如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機床進行加工，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。 加工過程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu)，該加工中心能夠完成車削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成復(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯(lián)動數(shù)控機床越來越受到各大企業(yè)的歡迎。 在2022年中國國際機床展覽會（CIMT2022）上，國內(nèi)外制造商展出了形式各異的多軸加工機床（包括雙主軸、雙刀架、9軸控制等）以及可實現(xiàn)4～5軸聯(lián)動的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動高速銑削中心等 [10]。 隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求，數(shù)控機床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個方面： （1）加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實時調(diào)整加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運行的安全性； （2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器” ，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間的目的； （3）智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位； （4）智能故障回放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對數(shù)控機床發(fā)生的各種錯誤和事故進行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產(chǎn)經(jīng)驗； （5）智能化交流伺服驅(qū)動裝置：能自動識別負(fù)載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機及負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行； （6）智能4M數(shù)控系統(tǒng)：在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，將測量（Measurement）、建模（Modelling）、加工（Manufacturing ）、機器操作（Manipulator）四者（即4M ）融合在一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化 [11]。 本課題設(shè)計的可行性 市場發(fā)展前景分析 數(shù)控機床的市場前景分析如圖11所示：圖中反映了數(shù)控機床的市場需求關(guān)系，從市場概況，市場供需，價格關(guān)系，進出口結(jié)論預(yù)測等角度反映了數(shù)控機床