【正文】 屬于大型機(jī)械設(shè)備，在整個(gè)機(jī)床的各個(gè)組成部分中，機(jī)床立柱是一個(gè)極其重要的大件，它起著支撐工件和連接工作臺、床身等關(guān)鍵零部件的作用。數(shù)控機(jī)床立柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸和布局形式，決定了其本身的各個(gè)動態(tài)特性。往往由于立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致立柱的剛度不足，產(chǎn)生各種變形、振動，加工時(shí)刀具與工件間產(chǎn)生相對變形和振動，也使零件加工精度降低。立式車床用于加工徑向尺寸大而軸向尺寸相對較小，形狀復(fù)雜的大型和重型工件。如各種盤，輪和套類工件的圓柱面，端面，圓錐面，圓柱孔，圓錐孔等。亦可借助附加裝置進(jìn)行車螺紋，車球面，仿形，銑削和磨削等加工。與臥式車床相比，立式車床主軸軸線為垂直布局，工作臺臺面處于水平平面內(nèi)，因此工件的夾裝與找正比較方便。這種布局減輕了主軸及軸承的荷載，因此立式車床能夠較長期的保持工作精度。大量加工實(shí)踐證明，將臥式車床立起來使用（變成了立式車床）反倒顯示出了更多的優(yōu)越性，如占地面積小、排屑更加方便、承載能力增加等。同時(shí)立式車床還具有很好的主軸旋轉(zhuǎn)精度和較強(qiáng)的切削能力，更加有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，所以對立式車床的使用和需求也越來越多。立柱是數(shù)控立式車床重要結(jié)構(gòu)部件之一，其結(jié)構(gòu)特性對立式車床的性能影響很大，主要體現(xiàn)在加工精度、抗振性、切削效率、使用壽命等方面。因此，立柱結(jié)構(gòu)的靜、動態(tài)性能是決定整機(jī)性能的重要因素之一。由于立柱結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜，采用一般方法對其進(jìn)行靜、動態(tài)特性計(jì)算比較困難。如何對立柱等部件進(jìn)行精確、合理、科學(xué)可行的計(jì)算，是機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要迫切解決的重要課題[2].因此，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床立柱結(jié)構(gòu)時(shí)，考慮立柱的動態(tài)特性顯得尤為重要。針對這些因素，有必要對數(shù)控機(jī)床的立柱部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，本課題對數(shù)控機(jī)床的立柱部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)有重要的實(shí)際意義。二、研究動態(tài)：國外研究動態(tài)：國外的機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域的研究比較多，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、有限元分析、參數(shù)化設(shè)計(jì)方面都有不少研究，美國機(jī)械工程師學(xué)會“OptimalsynthesisofpliantmechanismsusingsubdivisionandmercialFEA”一文中，利用有限元軟件分析機(jī)械結(jié)構(gòu)，提出全程參數(shù)化設(shè)計(jì)，并對其進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，全面分析了設(shè)計(jì)變量在優(yōu)化程序中的變數(shù)。國外機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)存在以下特點(diǎn)：（1）設(shè)計(jì)與分析平行。從以滿足一定性能要求為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到具體設(shè)計(jì)方案的比較及確定、設(shè)計(jì)方案的模擬試驗(yàn)等。床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段均有結(jié)構(gòu)分析的參與。床身結(jié)構(gòu)分析貫穿了整個(gè)設(shè)計(jì)過程，這樣確定的床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，基本就是定型方案[3].（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化的思想被用于設(shè)計(jì)的各個(gè)階段。（3）大量的虛擬試驗(yàn)代替實(shí)物試驗(yàn)。虛擬試驗(yàn)不僅可以在沒有實(shí)物的條件下進(jìn)行，而且實(shí)施迅速、信息量大。利用虛擬試驗(yàn)，一方面可以在多個(gè)設(shè)計(jì)方案中選擇最優(yōu)，減少設(shè)計(jì)的盲目性，另一方面可以及早發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)中的問題。從而減少設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期[4].隨著工業(yè)的發(fā)展，對數(shù)控機(jī)床的要求越來越高。在機(jī)床的設(shè)計(jì)中，需要對其組成部件進(jìn)行嚴(yán)密的分析與計(jì)算。%到30%,因此對支承件的單位重量剛度提出較高的要求。在重量輕的條件下，需保證支承件具有足夠的靜剛度，所以對支承件材料的分布、支承件壁厚和開孔位置的合理性提出了要求，有必要進(jìn)行分析計(jì)算。國內(nèi)研究動態(tài)：目前國內(nèi)在機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域的研究比較活躍，機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容十分豐富，涉及內(nèi)容很多，包括靜力學(xué)，結(jié)構(gòu)非線性分析，拓?fù)鋬?yōu)化，模態(tài)分析，動力學(xué)分析等。目前有限元方法在機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：（1）靜力學(xué)分析。這是對二維或者三維機(jī)床零件承載后的應(yīng)力和應(yīng)變的分析，是有限元在機(jī)床設(shè)計(jì)中最基本、最常用的分析類型。（2）模態(tài)分析。這是動力學(xué)分析的一種，用于研究結(jié)構(gòu)的固有頻率和各振型等振動特性，進(jìn)行這種分析時(shí)所施加的載荷只能是位移載荷和預(yù)應(yīng)力載荷[5].（3）諧響應(yīng)分析和瞬態(tài)動力學(xué)分析。這兩類分析也屬于動力學(xué)分析，用于研究機(jī)床對周期載荷和非周期載荷的動態(tài)響應(yīng)。（4）熱應(yīng)力分析。用于研究結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度的分布，以及機(jī)床內(nèi)部的熱應(yīng)力。（5）接觸分析。用于分析兩個(gè)結(jié)構(gòu)件接觸時(shí)的接觸面狀態(tài)和法向力。國內(nèi)的機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用在剛度和強(qiáng)度分析方面。廣西大學(xué)陳文鋒、毛漢領(lǐng)“‘’一文中，得到磨床前幾階模態(tài)的頻率和振型圖，尋找出機(jī)床振動的薄弱環(huán)節(jié)和主要振源，并提出一些機(jī)床改造的措施。此外還有對主要零部件進(jìn)行有限元分析，優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[6].東南大學(xué)和無錫機(jī)床股份有限公司對內(nèi)圓磨床M2120A床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，得到床身前幾階的固有頻率和振型，分析床身的內(nèi)部筋板布置對結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的影響。張海偉，利用動態(tài)實(shí)驗(yàn)分析和理論模型分析兩種方法對臥式加工中心的動態(tài)性能進(jìn)行了分系，通過實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)與理論計(jì)算結(jié)果對比分析，驗(yàn)證了理論模型的合理性，找出了機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié)，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。優(yōu)化后分析結(jié)果證明機(jī)床結(jié)構(gòu)的最大變形值都相應(yīng)降低。陳慶堂，運(yùn)用工程軟件ANSYS的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，根據(jù)主軸箱的實(shí)際工況及機(jī)床零件加工精度要求，在參數(shù)化建模及結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析基礎(chǔ)上，對XK713數(shù)控銑床軸箱結(jié)構(gòu)以減輕重量為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析，%,三個(gè)方向上剛度和應(yīng)力得到了合理的分布[7].東南大學(xué)機(jī)械工程系，利用有限元法對機(jī)床床身進(jìn)行靜、動態(tài)分析，并使用漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法對床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于基頻約束和剛度約束的拓?fù)鋬?yōu)化，為ESO方法在機(jī)床大件結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化中的應(yīng)用做了有益的嘗試。王艷輝、伍建國等人，在”精密機(jī)床床身結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)‘’一文中，在確定精密機(jī)床床身合理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用ANSYS有限元軟件提供的APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語言和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以床身的肋板布置和肋板厚度為設(shè)計(jì)參數(shù)，對床身進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化，確定了床身結(jié)構(gòu)的合理參數(shù)。不僅大大提高了床身的動態(tài)性能：而且節(jié)省了材料，降低了生產(chǎn)成本[8].課題的主要內(nèi)容：確定數(shù)控機(jī)床立柱體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)方案；確立數(shù)控機(jī)床立柱系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的數(shù)學(xué)建模（包括相應(yīng)的G功能代碼、幾何仿真過程中能實(shí)現(xiàn)的M代碼等）；加工過程的動態(tài)建模；分析并編寫零件加工程序；編制相應(yīng)的仿真軟件。研究方法、設(shè)計(jì)方案：研究方法：以WINDOWS為平臺，以CAD軟件為工作語言設(shè)計(jì)系統(tǒng)各個(gè)零件，在用UG繪制三維立體圖，并對其進(jìn)行裝配，再用UG編寫零件的加工程序，對其講過仿真，實(shí)現(xiàn)數(shù)控代碼的實(shí)時(shí)、動態(tài)的切削過程。設(shè)計(jì)方案：系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，其總體結(jié)構(gòu)方案如圖11所示，各模塊的功能如下：（1）利用CAD軟件對整個(gè)系統(tǒng)的零件進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）用UG對各個(gè)零件進(jìn)行三維建模。（3）裝配各個(gè)零件，形成立柱的整體結(jié)構(gòu)。（4）檢查裝配中零件設(shè)計(jì)的合理性及建模的正確性。（5）NC程序：利用UG對零件進(jìn)行三維建模，并用UG編寫用于加工仿真的程序。（6）插補(bǔ)算法：采用逐點(diǎn)比較法對直線、圓弧進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。（7）仿真顯示：利用UG提供的建模環(huán)境建立毛坯和刀具，并顯示刀具運(yùn)動軌跡。（8）最后對編寫的程序進(jìn)行仿真，分析刀路及加工出的零件是否符合要求。完成期限和預(yù)期進(jìn)度：①畢業(yè)設(shè)計(jì)課題調(diào)研階段：（第1~2周）：課題調(diào)研及文獻(xiàn)檢索、完成英文翻譯；②畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告階段：（第3~4周）：完成開題報(bào)告；③畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作階段：（第5~12周）；（1）完成系統(tǒng)的總體規(guī)劃。（第5~6周）；（2）各零件的設(shè)計(jì)。（第7~9周）；（3）數(shù)控仿真。（第10周）；（4）完成設(shè)計(jì)說明書的撰寫工作。（第11~12周）；④畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯階段：（第13~15周）。數(shù)控專業(yè)開題報(bào)告2學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題目：學(xué)生姓名：學(xué) 號：專 業(yè)：指導(dǎo)教師：典型軸類零件加工090113054 20xx年 11月08 日，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫600字左右的文獻(xiàn)綜述：隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，數(shù)控加工技術(shù)對國計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)樾省①|(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。而對于數(shù)控加工,無論是手工編程還是自動編程，在編程前都要對所加工的零件進(jìn)行工藝分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量，對一些工藝問題(如對刀點(diǎn)、加工路線等)也需做一些處理。并在加工過程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的產(chǎn)品。本文根據(jù)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，針對具體的零件，進(jìn)行了工藝方案的分析，工裝方案的確定，刀具和切削用量的選擇，確定加工順序和加工路線，數(shù)控加工程序編制。通過整個(gè)工藝的過程的制定，充分體現(xiàn)了數(shù)控設(shè)備在保證加工精度，加工效率，簡化工序等方面的優(yōu)勢。： 研究問題：本次設(shè)計(jì)是能夠利用數(shù)控機(jī)床加工出典型的軸類零件。研究手段：先用cad把零件圖畫出來，對零件圖進(jìn)行分析，確定零件的加工方法。確定零件的定位基準(zhǔn)及裝夾方式和刀具的選擇。并能利用數(shù)控機(jī)床手工編程制造出零件。