数控铣床设计说明书

1.1数控机床的产生和发展历程1.1.1数控机床的发展简史1946年世界上诞生了第一台电子计算机，同期美国北密执安的小型飞机承包商帕尔森斯公司(Parsosncoproraitno)为了制造飞机机翼轮廓的板状样板，提出了采用数字控制技术进行机械加工的思想，1949年由帕尔森斯公司与美国麻省理工学院伺服机构研究所合作开始从事数控机床的研制工作，1952年，研制出第一台实验性数控系统，并把它装在一台立式铣床上，成为世界上第一台数控机床，成功实现了同时控制三轴的运动。

1954年11月，在帕尔森斯专利基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司(Bendixocproratjno)生产出来，从此，传统机床产生了质的变化。

50多年过去了，数控系统由当时的电子管起步，经历了两个阶段六代的发展，即：硬件逻辑数控，简称为数控（NC）阶段经历了三代，即1952年第一代—电子管；1995年第二代—晶体管和印刷电路板；1965年第三代—小规模集成电路，由于它体积小，功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高，数控系统发展到第三代。

计算机数控(计算机数字的控制，简写为CNC)阶段也经历了三代，即1970年第四代—小型计算机，1974年第五代—微处理器(MNC)和1990年第六代—基于Pc的阶段。

数控系统发展到了第五代以后，从根本上解决了可靠性低、价格昂贵、应用不方便等极为关键的问题，并在上世纪七十年代末八十年代初以后首先在美国、日本、欧洲等工业发达国家得到大规模普及应用。

1.1.2 我国数控技术的发展1.1.2.1我国数控技术经过了研制开发、引进技术、消化吸收、科技攻关和产业攻关几个过程，并得到了飞速发展。

从1958年起，由一些科研院所、高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发，由于受到当时国产电子元器件水平低、部门经济等因素的制约，未能取得较大的进展。

在改革开放以后，经过“六五”(1981一1985年)的引进国外技术，“七五”(1986一1990年)的消化吸收和“八五”(1991一1995)国家组织的科技攻关和“九五”(1996一2000年)国家组织的产业化攻关，才使得我国数控技术逐步取得实质性的进展，一些较高档次的数控系统(五轴联动)，分辨率为0.002 m的高精度数控系统、数字仿形数控系统、为柔性单元配套的数控系统都开发出来，并造出样机，开始了专业化生产和使用。

1.1.2.2国内数控机床现状近年来，随着机床工业的发展，我国机床一“工作母机”一直保持两位数增长。

2003年产值达260亿元，产量居世界第四。

我国的机床消费则超过59亿美元(约合人民币488/亿元)，首次跃居“世界第一”，产值水平260亿元，消费超出220多亿元，其差额自然只有靠进口。

据海关统计，2003年我国进口机床产品金切机床及锻压设备约31.5亿美元，又是一个“世界第一”!而全行业出口仅为进口的1/10一3.1亿美元。

其中出口的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。

出口的数控机床品种以中低档为主。

机床业现状可以用“三大一小”一消费大国、生产大国、进口大国和出口小国来概括。

“母机”水平看“数控”。

1992年我国年产数控机床仅2400多台.到2003年这一数字已为2.48万多台，比上年增长了41.6l%。

10年来，我国数控金切机床产量翻了两番多，数控机床产品开发加快，一批反映当前世界数控机床发展潮流的高档次数控机床问世，如直线电机驱动加工中心、五轴车铣复合中心、五轴龙门加工中心等。

建立了以中、低档次数控机床为主的产业体系和高档次数控机床的研发和生产体系，可以说，我国机床业整体素质有了明显提高。

但与发达国家相比，我国机床数控化率还不高，目前生产产值数控化率还不到30%；消费值数控化率还不到50%，而发达国家大多在70%左右。

高档次的数控机床及配套部件只能靠进口。

我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。

这些数控机床，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。

1.1.3 数控机床发展趋势1高速、高效、高精度、高可靠性1）高速、高效加工进入21世纪，机床向高速化方向发展，大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工质量和精度。

上世纪90年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。

2）高精度、超精密化加工当前，机械加工高精度的要求较普通的加工精度提高了一倍，达到5微米；精密加工精度提高了两个数量级，超精密加工精度进入纳米级(0.001微米)，主轴回转精度要求达到0.01一0.05微米，加工圆度为0，1微米，加工表面粗糙度Ra=0.03微米等。

从精密加工发展到超精密加工(特高精度加工)，是世界各工业强国致力发展的方向。

其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级(<10nm)，其应用范围日趋广泛。

3)高可靠性高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠。

对于每天工作两班的无人工厂而言.如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率P(t)=99%以上的话，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。

当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上，驱动装置达30000小时以上。

2模块化、智能化、柔性化和集成化1)模块化、专门化与个性化为了适应数控机床多品种、小批量的特点，机床结构模块化，数控功能专门化机床性能价格比显著提高并加快优化。

个性化是近几年来特别明显的发展趋势。

2)智能化在数控系统中智能化的内容包括：①为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成；②为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算等；③简化编程、简化操作方面的智能化；④智能诊断、智能监控方面的内容等。

3)柔性化和集成化数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、工厂自动化FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。

3开放性为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国的OMAC、欧共体的OSACA及日本的OSEC发展开放式数控的计划等。

4出现新一代数控加工工艺与装备1.2课题背景、意义及研究目标1.2.1 课题背景、意义1)专家预言专家们预言:“二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争，最终是数控人才的竞争。

”中国加入世贸组织后，正在逐步变成“世界制造中心。

”制造企业已开始广泛使用先进的数控技术，而掌握数控技术的机电复合人才奇缺，“月薪6000难聘数控技工”、“年薪61万招不到模具技工”成为全社会普遍关注的热点问题，从而引起了中央领导、教育部、劳动与社会保障部等政府部门的高度重视。

2003年，教育部已明确把数控人才列为社会四大紫缺性人才之一。

2005年数控人才缺口仍高达60万。

2)企业人才需求现状(1)蓝领层主要从事数控机床的操作，在企业需求的数控岗位中占先70.13%，是企业数控人才需求量最大的部分；(2)银领层主要指企业目前急需的人才①具有扎实的数控加工工艺及编程基本理论知识和操作技能的工艺编程人员，在企业数控技术岗位中占12.6%；②具有较强的数控设备、机械、电气调试及维护、维修动手能力的数控设备维修人员，在企业数控技术岗位中占12.44%；(3)金领层主要指精通机电、机电联调、机床操作、编程及维修的数控高层次技术人才，在企业数控技术岗位中占4.83%。

3)数控技术教育现状张家口职业技术学院在校生达3000多人，其中数控、机电等工科专业学生占80%以上。

学院有两个实习工厂，供学生机加工、钳焊等工种实习，其中数控车、铣床不足十台。

随着社会经济的发展，社会大中型企业、集体企业、私营企业迫切需要数控人才，主要用于数控加工的编程、数控机床的操作、维护等，学校在设备数量、培养规模等方面，远远不能适应这一现状。

为改善数控实训条件，改变数控机床严重短缺的现状，满足学生数控机床的操作、编程、维护等实训要求，同时还能用微机控制铣削任意弧面及轮廓曲面，并且在学校所能承受的范围内，实习工厂需购置一些价格便宜的经济型数控铣床。

4）发展经济型数控铣床的意义在我国的国民生产总值中，民营企业占了60%以上。

，大多数又是中小企业。

由于中小企业资金匮乏，买不起价格高昂的高档数控铣床，所以格便宜但又能满足一般加工精度和加工要求的经济型数控铣床需求量很大。

中国的职业教育也正在快速的发展，经济型数控不但能满足学生对控机床的操作、编程、维护等实训的要求而且价格低。

综上所述，经济型数控铣床在我过有很大的市场和需求，发展经济型数控铣床业势在必行。

1.2.2 研究目标设计的目标是制造出一款操作方便，稳定性好，造价低的经济型数控铣床。

我主要完成的是机床机械部分进给系统的设计。

1）该机床的适用范围（1）多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件；（2）几何形状复杂的零件；（3）加工过程中必须进行多工序加工的零件；（4）用普通机床加工时，需要昂贵工装设备；（5）必须严格控制公差，对精度要求较高的零件；（6）价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件；（7）需要短生产周期的零件；2）该机床需达到的加工要求（1）可以加工具有一般复杂型面的工件数控机床的刀具运动轨迹是由加上程序决定的，因此只要能编制出程序，可以加工具有一般复杂型面的工件。

（2）加工精度高，尺寸一致性好数控机床本身的精度都比较高，该机床的轴向定位精度为0.015mm，重复定位精度为0.008mm，在加工过程中操作人员不参与操作，因此工件的加工精度全部由机床保证，消除了操作者的人为误差。

因而加工出来的工件精度高，尺寸一致性好，质量稳定。

（3）生产效率高数控机床的主轴转速、进给速度和快速定位速度高，通过合理选择切削参数，充分发挥刀具的切削性能，减少切削时间，不仅能保证高精度，而且加工过程稳定。

不需要在加工过程中进行中间测量，就能连续完成整个加工过程，减少了辅助动作时间和停机时间。

阅此，数控机床的生产效率高。

（4）可以减轻工人劳动强度，实现一人多机操作一般数控机床加工出第一个合格工件后，工人只需要进行工件的装卡和启动机床，因此减轻了工人的劳动强度。

该机床可靠性高，保护功能齐全，并且数控系统有白诊断和自停机功能，因此当一个工件的加工时间超出工件的装卡时间时，就能实现一人多机操作。