模块化数控机床实验系统设计 机械设计及其自动化专业毕业设计文献综述

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1、燕山大学本科毕业设计文献综述课题名称：模块化数控机床实验系统设计学院（系）：机械工程学院年级专业：07级机械设计制造及其自动化学生姓名：黄东梅指导教师：胡占齐教授完成日期：2011-3-24一、课题国内外现状及主要成果自从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床技术得到了长足的发展。数控铣床是一种加工能力很强的数控机床，目前迅速发展起来的加工中心、柔性加工单元都是在数控铣床的基础上生产的，所以对数控铣床及铣削加工的研究一直是数控机床行业研究工作的重点。从数控铣床性能角度来看，随着制造业对数控机床的大量需求，汽车、国防、航空、航天

2、等行业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，数控铣床的发展总体呈现出高速化、高精度化、多轴化、复合化、网络化、智能化等趋势[1，2]。从数控铣床的设计角度来看，由于市场已经转向以用户为主导的买方市场，产品需求呈现多样化和个性化，大规模定制[3，4]成为主要的生产模式。实现大规模定制的关键就是对现代先进设计方法和手段的使用。这些设计方法包括模块化设计、柔性化设计、计算机辅助设计，并行设计等。其中，模块化设计是实现大规模定制的基本设计方法。不同于传统的设计方法，模块化设计是一种“自上而下”的设计方法，有利于并行设计、协同设计，缩短设

3、计周期；产品设计的主要任务也转向选用模块，并进行接口和组装设计，简化了设计，实现了技术和资源共享，使设计人员能将更多的精力和时间投入到产品的创新发展中。所以为了满足用户和市场的需要，数控铣床设计朝着模块化设计的方向发展实属必然，并且模块化的程度将越来越高。模块化设计是一种高度综合、概括、凝练的方法，对其有效的实施离不开必要的技术手段，计算机辅助设计技术就是其中的关键。通过计算机辅助设计技术，可以实现模块的重复利用、技术资源的共享等，极大提高设计的效率。文献[5]综合目前国内外在模块化设计方面的应用情况，提出了模块化设计过程的3

4、个层次，即产品模块化分解、模块系列设计及产品配置与组装。其中，模块系列设计过程，是对模块进行详细设计的过程，是一个机械结构设计过程，但其设计对象是模块，而非独立的机械零部件；产品模块化分解过程、产品配置与组装过程，是模块化设计过程与传统机械设计过程之间最明显的区别之处，其中涉及到的关键技术有模块划分、模块综合等，同时这些关键技术也是当今模块化设计的研究热点。它们的研究现状如下：(一)模块划分技术的研究现状及成果模块划分是模块化设计的前提和基础。模块划分是否合理，直接影响模块化系统的功能、性能和成本。模块划分可以有不同的方法和层

5、次，但一般主要从功能的角度进行分析和讨论模块的划分问题。在功能分析的基础上，进行合理的功能分解，实现合理的模块划分，创建出满足特定功能的模块。文献[6-9]对模块划分技术进行了研究，分别提出了不同的模块划分算法，并将这些算法应用于实际的模块化设计工作中。(二)模块组合技术的研究现状及成果模块组合就是选择合适的模块进行组合，以得到满足用户需求的产品。前苏联学者证明，在模块组合时，对所有可能组合的每个方案进行简单枚举是不可行的，他们使用有向图来表示机床的布局结构，用图的顶点表示模块，顶点之间的边连接表示模块之间的装配关系；把机床划

6、分为动力部分和安装部分，分别用两个子图表示，通过对子图上始点与终点问路径的分析确定可能的组合[6]。此外，文献[6,7]中对模块组合技术算法也进行了深入的研究。模块化设计的研究内容除了以上提及的模块划分技术的研究、模块组合技术的研究外，还包括计算机辅助模块化设计的研究，以及其他诸如模块化设计条件下的管理技术等方面的研究[9,10]。模块化本身是现代设计方法之一，必须充分综合运用其它各种现代设计方法和手段才能充分发挥模块化设计的优势。将计算机辅助技术与模块化技术结合起来的计算机辅助模块化设计充分利用计算机辅助工具进行产品模块化的

7、数据管理、产品设计需求的分析、模块化设计方案的求解；通过CAD系统构造模块结构模型，实现产品模块化的结构装配；用CAE工具分析、优化产品动、静态性能。目前，计算机辅助模块化设计技术得到大量的研究，大量文献[5,11-15]阐述了不同的系统建立方法和相关技术。它也是目前模块化设计研究的热点之一。二、发展趋势：与计算机相结合的数控机床的模块化设计成为发展的一个趋势首先数控机床结构简化，有其自身的特点，并且结构中存在许多功能独立的单元，如动力头、导轨件、丝杆副等，数控铣床的设计过程中不可避免会遇到许多设计原理和准则；同时，不同型号的

8、数控铣床在结构上具有相似之处，也存在使用相同的标准件的实际，所以在数控机床设计过程中将会存在许多的重复劳动。无论是对有经验的数控机床机械设计工程师或是新入行的设计人员，这些因素都会降低其设计效率和效益。传统的计算机辅助设计技术，诸如优化设计或是计算机辅助绘图等，都是利用计算机