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1 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 級 類 專業(yè) 課 題： 支承套零件的專用夾具 姓 名： 指導老師： 2007 年 04 月 05 日 2 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 課題：支承套零件的專用夾具 圖面工作量 ： 工件零件圖 A4 4 張 總圖部分 ： 銑夾具裝配圖 A1 1 張 夾具零件部分： 銑夾具夾具體零件圖 A3 1 張 原始資料 ：支承套零件樣一張 設計、計算說明書 5000 字以上 3 摘要 本文首先介紹了夾具的研究背景和發(fā)展趨勢、課題的作用和意義、 夾具的組成以及銑床夾具的結構特點，通過對參考文獻進詳細的分 析，闡述了定位方案的選擇、夾緊方案的確定、夾具體與定位鍵、 夾具總圖上的尺寸、公差和技術要求以及加工精度分析。 關鍵詞 定位，夾緊，銑夾具 4 目 錄 1 課題介紹 .1 1.1 課題背景及發(fā)展趨勢 .1 1.2 課題的作用與意義 .2 1.3 夾具的組成 .3 1.4 銑床夾具的結構特點 .4 1.5 課題的任務 .5 2 銑床夾具設計 .6 2.1 定位方案 .6 2.2 夾緊方案 .7 2.3 夾具體 與定位鍵 .7 2.4 夾具總圖上的尺寸、公差和技術要求 .8 2.5 加工精度分析 .9 3 小結 .12 參考文獻 .13 課題介紹 在機械制造過程中，用來固定加工對象，使其占有正確的位置， 以便接受施工，檢測的裝置都可統(tǒng)稱為“夾具” 。廣義地說，夾具是 一種保證產品質量并便利和加速工藝過程的一種工藝裝備。夾具以 其數量和在生產中的地位來說， “機床夾具”最重要。機床夾具為機 5 床的一種輔助設備，用它來準確地確定工件與刀具的相對位置，即 將工件定位及夾緊，以完成加工所需要的相對運動。所以機床夾具 是用以使工件定位和夾緊的附加裝置。 機床夾具設計的基本要求有保證工件的加工精度，提高生產率， 工藝性好，使用性好，經濟性好。 1.1 課題背景及發(fā)展趨勢 夾具從產生到現在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要 表現在夾具與人的結合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工 具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之 間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。 人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有 著密切的關系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現為夾具與機 床的結合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工 藝裝備 在機械制造業(yè)中，為了適應新品種不斷發(fā)展的要求，夾具設計 有朝著下列方向發(fā)展的趨勢： 1. 發(fā)展通用夾具新品種 通用夾具是使用最廣泛的一種夾具，發(fā)展通用夾具以代替某些 專用夾具。內容包括以下： 1） 發(fā)展高精度通用夾具 2） 廣泛采用高效率通用夾具 3） 發(fā)展適用于各種類型零件工藝特征的專用夾具 6 2. 發(fā)展調整式夾具 調整式夾具經過部分零件的更換和重新調整組合，即可適應不 同工件的加工。適用程度介于通用和專用之間。主要有兩種類型： 1） 通用可調式夾具 2） 調整式夾具 3. 推廣和發(fā)展組合夾具及拼拆夾具 1） 組合夾具 組合夾具式有一套預先制好的各種不同形狀、不同規(guī)格尺寸、 具有互換性和耐磨性的標準元件與合件所組成。 2） 拼拆夾具 與組合夾具有相同之處，有一系列可多次利用的標準零件與基 礎零件，但又采用了部分具有一定專用性的部件，其夾緊部件多采 用液壓傳動裝置。 4. 加強專用夾具的標準化和規(guī)格化 加強夾具元件的標準化和規(guī)格化，不但能加速生產準備周期， 而且也可使夾具的生產由單件轉為成批，降低夾具制造成本。因此， 可節(jié)省勞動力，縮短生產準備周期。 5. 專用夾具中采用高精度、高效率的夾具 主要滿足高生產率的加工要求，使之有可能采用采用平行或平 行先后的加工方法，采用多件的加工方法，以及盡可能縮短或重合 輔助時間的方法來壓縮單件工時，提高生產率。 6. 大力推廣和使用機械化及自動化夾具 7 生產機械化及自動化是技術革命的中心內容，大力推廣和使用 機械化及自動化夾具以減少和消除繁重的體力勞動是機械制造中的 重要問題。 7. 推廣和發(fā)展擴大機床性能的夾具 具體的有仿形裝置、機床改裝用的各類夾具 8. 采用新結構、新工藝、新材料來設計和制造夾具 實踐證明，采用新結構、新工藝、新材料來設計和制造夾具， 能滿足機械加工中的定位要求，并簡化制造工藝，縮短了生產周期， 并能保證零件的加工精度。 1.2 課題的作用與意義 由于專用夾具可以按照工件加工的具體要求進行設計，故可事 先采取措施來保證操作的安全。 對工件進行機械加工時，為了保證加工要求，首先要使工件相 對刀具（或機床）有正確的位置，并使這個位置在加工過程中不因 外力的影響而變動，為此，進行機械加工之前，先將工件裝夾好。 工件的裝夾方法有兩種：一種使工件直接裝夾在機床的工作臺 或花盤上；另一種使工件裝夾在夾具上。 采用第一種方法裝夾工件時，一般要先按圖樣要求在工件表面 劃線，劃出加工表面的尺寸和位置，裝夾時用劃針或百分表找正后 再夾緊。這種方法不需專門裝備，但效率低，一般用于單件或者小 批生產。批量較大時，大都采用夾具裝夾工件。 用夾具裝夾工件有以下優(yōu)點： 8 1.2.1 保證加工精度，降低人工等級 零件的加工精度，包括尺寸精度，幾何形狀精度和表面相互位 置精度三種。實用夾具的最大功用，是保證零件上加工表面的位置 精度。例如，在搖臂鉆床上使用鉆夾具加工孔系時，可保證達到 0.100.20mm 的中心距精度，而按劃線找正加工時，僅能保證 0.41.0mm，而且受到操作技術的影響，同批零件的質量也不穩(wěn)定。 當工件的形狀復雜及精度要求高時，往往不易或不能依靠通用 機床及其附件來達到加工要求，因此需要采用專用夾具 1.2.2 提高勞動生產率和降低加工成本 使用夾具后，免除了每件都要找正、對刀等時間，加速工件的 裝卸，從而大大減少了有關工件安裝的輔助時間。特別對那些機動 時間較短而輔助時間長的中小件加工意義更大。此外，用夾具安裝 還容易實現多件加工、多工位加工、可進一步縮短輔助時間，提高 勞動生產率。 1.2.3 擴大機床工藝范圍 工件的結構形狀時各式各樣的，現在對精度和生產率的要求也 越來越高，在某些情況下，原有機床難以適應。為解決這一困難， 往往采用專用夾具以擴大機床的適用范圍，實現“一機多用” 。例如 在機床上使用鏜夾具，就可以代替鏜床來做鏜孔工作，解決缺乏設 備的困難 9 1.2.4 改變原機床的用途，擴大機床適用范圍 在產品更換時，工廠現有的機床設備，有時往往不能適應新產 品的要求。為此，可以采用夾具來改變機床的用途 1.2.5 減輕操作的勞動強度，做到安全生產 由于夾具中可以采用擴力機構來減小操作的原始力，而且有時 還可以采用各種機動夾緊裝置，故可使操作省力，減輕勞動強度。 由于專用夾具可以按照工件加工的具體要求進行設計，故可事先采 取措施來保證操作的安全。 1.3 夾具的組成 根據夾具元件在結構中所起的作用不同，可將各種夾具元件分 為下列幾種： 10 1.3.1 分度裝置用于改變工件與刀具相對位置以獲得多個工位的 一種裝置，可作為某些夾具的一部分。 1.3.2 夾具本體用來連接夾具上的所有各種元件和裝置成為一個 夾具整體。 1.3.3 靠模裝置它是作為用來加工型面的一種特殊裝置。 1.3.4 動力裝置在非手動夾具中，作為產生動力的部分，如氣缸， 油缸，電磁裝置等。 1.3.5 其他件包括與機床連接用的零件，各種連接件，特殊元件 及其它輔助裝置等。 1.3.6 分度裝置用于改變工件與刀具相對位置以獲得多個工位的 一種裝置，可作為某些夾具的一部分。 1.3.7 夾具本體用來連接夾具上的所有各種元件和裝置成為一個 夾具整體。 1.3.8 靠模裝置它是作為用來加工型面的一種特殊裝置。 1.3.9 動力裝置在非手動夾具中，作為產生動力的部分，如氣缸， 油缸，電磁裝置等。 但是并非所有夾具都包括上述各類元件，然而其中定位元件， 夾緊裝置和夾具體本體則是每一夾具都不可缺少的組成部分。 11 1.4 銑床夾具的結構特點 銑床夾具主要用于加工零件上的平面、凹槽、花鍵及各種成型 面。銑削加工的切削用量和切削力一般較大，切削力的大小和方向 也是變化的，而且又是斷續(xù)切削，因而，加工時的沖擊和振動也較 嚴重。所以設計這類夾具時，要特別注意工件定位穩(wěn)定性和夾緊可 靠性；夾緊裝置要能產生足夠的夾緊力，手動夾緊時要有良好的自 鎖性能，夾具上個組成元件的強度和剛度要高。為此，要求銑床夾 具得結構比較粗壯低矮，以降低夾具重心，增加剛度、強度，銑削 得切屑較多，夾具上應有足夠得排屑空間，以盡量避免切屑堆積在 定位支承面上。因此，定位支承面應高出周圍的平面，而且在夾具 體內盡可能做出便于清除切屑和排出冷卻液的出口。 粗銑時振動較大，不宜采用偏心夾緊，因為振動時偏心夾緊容 易松開。 在側面夾緊工作（如加工薄而大的平面）時，壓板的著力點應 低于工件側面的定位支承點，并使夾緊力有一垂直分力，將工件壓 向主要定位支承面，以避免工件向上抬起；對于毛坯件，壓板與工 件接觸處應開有尖齒紋，以增大摩擦系數。 1.5 課題的任務 課題來源：支承套零件的專用夾具 圖 1-1 示為支承套零件圖，工件的材料為 45 鋼，大批量 生產。 簡介： 12 在支承套長度方向，選擇左端面為定位基準，以保證 17mm 孔深尺寸 11 +00。5，設計一專用夾具。 圖 1-1 支承套零件 16 設計工藝 161 選擇加工方法 由于毛呸為棒料，因此所有孔都是在實體上加工，為防止鉆偏， 需先用中心孔鉆鉆孔正孔，然后再鉆孔?？?35H7 及 2X15H7 選擇鉸削作其最終加工方法。對 60 的孔，根據孔徑精度，孔深 尺寸和孔底平面要求，用銑削方法同時完成孔壁和孔底平面的加 工。各加工表面選擇的加工方案如下： 2X15H7 孔 鉆中心孔鉆孔擴孔鉸孔 35H7 孔 鉆中心孔鉆孔粗鏜半精鏜鉸孔 60 孔 粗銑精銑 2X11 孔 鉆中心孔鉆孔 13 2X17 孔 忽孔（在 11 底孔上） 2XM66H 螺孔 鉆中心孔鉆底孔孔端倒角攻螺紋 162 確定加工順序 為減少變換工位的輔助時間和工作臺分度誤差的影響，各個工位 上的加工表面在工作臺一次分度下按先粗后精的原則加工完畢。具 體的加工順序是：第一工位（B0 度）：鉆 35H7、2X11 中心孔 鉆 35H7 孔鉆 2X11 孔忽 2X17 孔粗鏜 35H7 孔粗 銑、精銑 60X12 孔 半精鏜 35H7 孔 鉆 2XM66H 螺紋中心 孔鉆 2XM66H 螺紋底孔 2XM66H 螺紋孔端角 攻 2M6 6H 螺紋鉸 35H7 孔；第 2 工位（B90 度）：鉆 2X15H7 中心孔 鉆 2X15H7 孔擴 2X15H7 孔鉸 2X15H7 孔。 14 2 銑床夾具設計 2.1 定位方案 首先按照基準重合原則考慮選擇定位基準。由于 35H7 孔、 60 孔、2X11 孔及 2X17 孔的設計基準均為 100f9 外圓中心線， 所以選擇 100f9 外圓中心線為主要定位基準。因孔 100f9 外圓不 是整圓。故用 V 形塊做定位元件。支承套長度方向的定位基準，若 選右端面定位，對 17 孔深 11 不重合誤差，精度不能保證（因5.0 工序尺寸 80 的公差為 0.5mm） ，故選左端面定位。在裝夾時應使5.0 工件上平面在夾具中保持垂直，以消除轉動自由度。 方案：工件以 外圓在在壓板的作用力下以 V 型塊為定位基98.10f 準，端面加二個壓蓋以支承套的左端面定位，如圖 2-1 所示。 圖 2-1 定位方案 15 2.2 夾緊方案 根據夾緊力的方向應朝向主要限位面和作用點應落在定位元件 的支承范圍內的原則，如 夾緊力的作用線應落在區(qū)域內（N為接觸點的法線） ，夾緊力 與垂直方向的夾角應盡量小，以保證夾緊穩(wěn)定可靠。鉸鏈壓板的兩 個弧形面的曲率半徑應大于工件的最大半徑。 2.3 夾具體與定位鍵 為保證夾具在工作臺上安裝穩(wěn)定，應按照夾具體的高寬比不大 于 1.25 的原則確定其寬度，并在兩端設置耳座，以便固定。如圖 2.2 夾具體 如圖 2.2 夾具體 為了保證側面的二個圓孔平行度的要求，夾具體壓板應具有可 調節(jié)性，壓板面應當與 V 形塊的側面平行。為減少夾具的安裝誤差， 宜采用有可調節(jié)螺母。 16 2.4 夾具總圖上的尺寸、公差和技術要求 1. 夾具最大輪廓尺寸為 181mm ,225mm ,150mm。 2. 影響工件定位精度的尺寸和公差為壓板是否與 V 型塊側面平行， 用可調節(jié)螺母來控制其精度。 3. 影響夾具在機床上安裝精度的尺寸和公差為定位鍵與銑床工作臺 U 形槽的配合尺寸 18 h 8（T 形槽為 18H8） 。 2.5 加工精度分析 在支承套零件工序中，側面對二個 軸線的平行度要求較715H 高，應進行精度分析，其它加工要求未注公差或公差不是在本夾具 中進行精度分析。 鍵槽側面對 軸線的平行度的加工誤差715H 1.定位誤差D 由于 V 形塊 2.一般在裝配后一起精加工 V 形面，它 們的相互位置誤差極小，可視為一長 V 形塊，所以D =0。 17 2.安裝誤差A 定位鍵的位置所示 mm。038.)2840 5.(Am 3.夾具誤差z 影響平行度的制造誤差是 I 工位 V 形塊設計心軸軸線 與定位鍵側面 B 的平行度（0.03 mm）所以，z=0.03 mm。 18 表 52 頂尖套銑雙槽夾具的加工誤差 加 加工要 求 代 號 平行度 0.05mm D A Z 0 0.038 0.03 19 2鉆削力計算： 所加工的支承套零件的材料為 HT200，并采用硬質合金刀具.根 據 T200 鉆削連線表上查得鉆削的深度 ap和進給量 f 連線，確 定 Fc和 Ft。其中，F c主切削力，F t垂直于 Fc的，F f和 Fp的合 力。1/切削深度 ap的確定：由表 3.3 可知，鉆孔時， ap=0.50.8，根據表 3.3 說明，切削深度，當工件的加工直徑 較大及需轉位或兩次安裝時，則取較大值，加工直徑較小及要 求較高的加工精度和表面光潔度是，則取較小值，所以，由于 夾具所要加工的工件的直徑較小且是在一次裝夾中完成的，取 較小值 ap=0.5 表 3.3 鉆削深度表 工序名稱 切削深度（直徑上）mm 粗加工 鉆孔 精加工 . 粗加工 .鉸孔 精加工 . （1） 進給量 f 的確定：根據精鏜、硬質合金刀具及 45 材料的 工件，查表 3.4，可得進給量 f=0.060.10，取 f=0.08mm/r。 20 表 3.4 鉆孔時的進給量 f 工序名稱 刀具名稱 材料 進給量 fmm/r 鑄鐵 D1 級=0.08,D 級：0.120.15 鋼 0.120.15 鉆孔 硬質合金 鋁合金 0.060.10 連接切削深度 ap和進給量 f 連線，交 Fc和 Ft的直線，交點值 為 Fc=7.5kgf, Ft= 1.6kgf。 根據工件材料、刀具材料和幾何參數的不同，對 Fc和 Ft分別 乘以修正系數 KFc和 KFt3。 其中，K Fc= KFc1* KFc2* KFc3 ; KFt = KFt1* KFt2 因為工件是 45 材料，其硬度為 50150HB，所以為了保證加工 的安全性，取最大值 150HB。 21 表 3.5 修正系數與工件材料的關系 HB 140 160工件材料硬 度 KFc1 0.78 0.84 kr 30 刀具主偏角 KFc2 1.05 re 1 1.5刀尖圓弧半 徑 KFc3 0.95 表 3.6 修正系數與工件材料的關系 HB 140 160工件材料硬 度 KFt1 0.61 0.67 Kr 30 刀具主偏角 KFt2 0.63 查表 3.5、表 3.6 知：K Fc1=0.84 KFc2=1.05 KFc3=0.95 KFt1=0.67 KFt2=0.63 所以，最終 K Fc= KFc1* KFc2* KFc3=0.841.050.95=0.8379 22 KFt = KFt1* KFt2=0.670.63=0.4221 Fc0 = KFcFc=0.83797.5=6.28425 kN Ft0= KFtFt=0.42211.6=0.67536 kN 即，最終的切削力為軸向 6.28425 kN，徑向 0.67536 kN。 夾緊力與鉆削力的比較：由計算得知，夾緊力大于鉆削力，所以所設計的夾具 所使用的螺旋夾緊機構的擰緊螺絲是適用的，達到了夾緊的作用，使工件在加 工時不會移位，保證了加工的精度。 小結 通過做這次小設計，更深刻地了解了夾具方面的知識。而所設 計的銑床夾具，在夠滿足精度要求下，由于一次走刀過程能有兩個 工步，大大提高了效率。另外，工件的夾緊采用液壓彈簧裝置，裝 夾穩(wěn)定拆卸迅速。不過感覺還有不盡理想的地方，比如工件從第一 工位到第二工位時要換向翻轉。而且工位二的安裝要考慮到定位銷 與鍵槽的正確定位，這個過程相對效率不高。 從總的看，本銑床夾具能夠滿足要求，達到了設計要求 23 參考文獻 1 徐憬 .機械設計手冊.機械工業(yè)出版社，2000.6 2 張普禮.機械加工工藝裝備.東南大學出版社，2002.3 3 劉守勇等.機械制造工藝與機床夾具.機械工業(yè)出版社，1994.7 4 徐發(fā)仁.機床夾具設計.重慶大學出版社，1996.7 5 白成軒.機床夾具設計新原理.機械工業(yè)出版社，1997.7 6 韋彥成.金屬切削機床構造與設計.國防工業(yè)出版社，1991 7 柯明揚.機械制造工藝學.北京航天航空大學出版社，1995 8 武良臣.敏捷夾具設計理論及應用 煤炭工業(yè)出版社，2003 9融亦鳴 .計算機輔助夾具設計 機械出版社，2002 24 翻譯 金陵科技學院畢業(yè)論文
附錄1 外文譯文
數控技術和裝備發(fā)展趨勢及對策
—機械論文
裝備工業(yè)的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代化程度，數控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術及其產業(yè)、生物技術及其產業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產業(yè)）的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經說過“各種經濟時代的區(qū)別，不在于生產什么，而在于怎樣生產，用什么勞動資料生產”。制造技術和裝備就是人類生產活動的最基本的生產資料，而數控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數控技術及其產業(yè)，而且在“高精尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發(fā)達國家加速經濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
????數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品，即所謂的數字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域：(1)機械制造技術；(2)信息處理、加工、傳輸技術；(3)自動控制技術；(4)伺服驅動技術；(5)傳感器技術；(6)軟件技術等。
??? ?1?數控技術的發(fā)展趨勢
????數控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計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，因為這些行業(yè)所需裝備的數字化已是現代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面［1～4］。
????1．1?高速、高精加工技術及裝備的新趨勢
????效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現代制造技術之一，國際生產工程學會（CIRP）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。
????在轎車工業(yè)領域，年產30萬輛的生產節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業(yè)領域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
????從EMO2001展會情況來看，高速加工中心進給速度可達80m/min，甚至更高，空運行速度可達100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經采用以高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉速已達60?000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達12*!000r/mm和1g。
????在加工精度方面，近10年來，普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。
????在可靠性方面，國外數控裝置的MTBF值已達6?000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達到30000h以上，表現出非常高的可靠性。
為了實現高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應用領域進一步擴大。
????1.2?五軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展
????采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數控系統(tǒng)、主機結構復雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數控機床高出數倍，加之編程技術難度較大，制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。
????當前由于電主軸的出現，使得實現5軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復合加工機床（含5面加工機床）的發(fā)展。
????在EMO2001展會上，新日本工機的5面加工機床采用復合主軸頭，可實現4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺機床上實現，還可實現傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動加工，可由CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制。
????1.3?智能化、開放式、網絡化成為當代數控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢。
????21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內容包括在數控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
????為解決傳統(tǒng)的數控系統(tǒng)封閉性和數控應用軟件的產業(yè)化生產存在的問題。目前許多國家對開放式數控系統(tǒng)進行研究，如美國的NGC(未來的工作站/ 機器控制)、歐共體的OSACA、日本的OSEC，中國的ONC等。數控系統(tǒng)開放化已經成為數控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數控系統(tǒng)就是數控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象（數控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產品。目前開放式數控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數控系統(tǒng)功能庫以及數控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。
????網絡化數控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數控機床和數控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction?Center”（智能生產控制中心，簡稱CPC)；日本大隈（Okuma）機床公司展出“IT?plaza”（信息技術廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子(Siemens)公司展出的開放制造環(huán)境，簡稱OME）等，反映了數控機床加工向網絡化方向發(fā)展的趨勢。
????1.4?重視新技術標準、規(guī)范的建立
????1.4.1?關于數控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范
????如前所述，開放式數控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃，并進行開放式體系結構數控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個最大的經濟體在短期內進行了幾乎相同的科學計劃和規(guī)范的制定，預示了數控技術的一個新的變革時期的來臨。我國在2000年也開始進行中國的ONC數控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。
???1.4.2?關于數控標準
????數控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數控技術誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現代數控技術高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產品整個生命周期內的統(tǒng)一數據模型，從而實現整個制造過程，乃至各個工業(yè)領域產品信息的標準化。
????STEP-NC的出現可能是數控技術領域的一次革命，對于數控技術的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產生深遠的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個計算機上。而在新標準下，NC程序可以分散在互聯(lián)網上，這正是數控技術開放式、網絡化發(fā)展的方向。其次，STEP-NC數控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75％）、加工程序編制時間（約35％）和加工時間（約50％）。
????目前，歐美國家非常重視STEP-NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP-NC的IMS計劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項計劃的有來自歐洲和日本的20個CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學術機構。美國的STEP?Tools公司是全球范圍內制造業(yè)數據交換軟件的開發(fā)者，他已經開發(fā)了用作數控機床加工信息交換的超級模型(Super?Model)，其目標是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數據交換格式已經在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數控系統(tǒng)的原型樣機上進行了驗證。
???? 2?對我國數控技術及其產業(yè)發(fā)展的基本估計
我國數控技術起步于1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為3個階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術封鎖和我國的基礎條件的限制，數控技術的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進技術，消化吸收，初步建立起國產化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善，我國數控技術的研究、開發(fā)以及在產品的國產化方面都取得了長足的進步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即實施產業(yè)化的研究，進入市場競爭階段。在此階段，我國國產數控裝備的產業(yè)化取得了實質性進步。在“九五”末期，國產數控機床的國內市場占有率達50％，配國產數控系統(tǒng)（普及型）也達到了10％。
????縱觀我國數控技術近50年的發(fā)展歷程，特別是經過4個5年計劃的攻關，總體來看取得了以下成績。
????1.奠定了數控技術發(fā)展的基礎，基本掌握了現代數控技術。我國現在已基本掌握了從數控系統(tǒng)、伺服驅動、數控主機、專機及其配套件的基礎技術，其中大部分技術已具備進行商品化開發(fā)的基礎，部分技術已商品化、產業(yè)化。
????2.初步形成了數控產業(yè)基地。在攻關成果和部分技術商品化的基礎上，建立了諸如華中數控、航天數控等具有批量生產能力的數控系統(tǒng)生產廠。蘭州電機廠、華中數控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機生產廠以及北京第一機床廠、濟南第一機床廠等若干數控主機生產廠。這些生產廠基本形成了我國的數控產業(yè)基地。
????3.建立了一支數控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊伍。
雖然在數控技術的研究開發(fā)以及產業(yè)化方面取得了長足的進步，但我們也要清醒地認識到，我國高端數控技術的研究開發(fā)，尤其是在產業(yè)化方面的技術水平現狀與我國的現實需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快，但橫向比（與國外對比）不僅技術水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數控裝備的技術水平差距有擴大趨勢。從國際上來看，對我國數控技術水平和產業(yè)化水平估計大致如下。
??? 1.技術水平上，與國外先進水平大約落后10～15年，在高精尖技術方面則更大。
?? 2.產業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產；功能部件專業(yè)化生產水平及成套能力較低；外觀質量相對差；可靠性不高，商品化程度不足；國產數控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應，用戶信心不足。
?? ? 3.可持續(xù)發(fā)展的能力上，對競爭前數控技術的研究開發(fā)、工程化能力較弱；數控技術應用領域拓展力度不強；相關標準規(guī)范的研究、制定滯后。
????分析存在上述差距的主要原因有以下幾個方面。
??? 1.認識方面。對國產數控產業(yè)進程艱巨性、復雜性和長期性的特點認識不足；對市場的不規(guī)范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計不足；對我國數控技術應用水平及能力分析不夠。
?? 2.體系方面。從技術的角度關注數控產業(yè)化問題的時候多，從系統(tǒng)的、產業(yè)鏈的角度綜合考慮數控產業(yè)化問題的時候少；沒有建立完整的高質量的配套體系、完善的培訓、服務網絡等支撐體系。
??? 3.機制方面。不良機制造成人才流失，又制約了技術及技術路線創(chuàng)新、產品創(chuàng)新，且制約了規(guī)劃的有效實施，往往規(guī)劃理想，實施困難。
??? 4.技術方面。企業(yè)在技術方面自主創(chuàng)新能力不強，核心技術的工程化能力不強。機床標準落后，水平較低，數控系統(tǒng)新標準研究不夠。
????3?對我國數控技術和產業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考
????3.1?戰(zhàn)略考慮
????我國是制造大國，在世界產業(yè)轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移，即要掌握先進制造核心技術，否則在新一輪國際產業(yè)結構調整中，我國制造業(yè)將進一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經濟格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術的制造中心的地位，這樣將會嚴重影響我國現代制造業(yè)的發(fā)展進程。
????我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數控技術和產業(yè)問題，首先從社會安全看，因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定；其次從國防安全看，西方發(fā)達國家把高精尖數控產品都列為國家的戰(zhàn)略物質，對我國實現禁運和限制，“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。
????3.2?發(fā)展策略
????從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經濟的市場需求為導向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產業(yè)化水平為目標，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導21世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關鍵技術以及支持產業(yè)化發(fā)展的支撐技術、配套技術作為研究開發(fā)的內容，實現制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。
????強調市場需求為導向，即以數控終端產品為主，以整機（如量大面廣的數控車床、銑床、高速高精高性能數控機床、典型數字化機械、重點行業(yè)關鍵設備等）帶動數控產業(yè)的發(fā)展。重點解決數控系統(tǒng)和相關功能部件（數字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等）的可靠性和生產規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產品；沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產品；當然，沒有規(guī)模中國的數控裝備最終難以有出頭之日。
????在高精尖裝備研發(fā)方面，要強調產、學、研以及最終用戶的緊密結合，以“做得出、用得上、賣得掉”為目標，按國家意志實施攻關，以解決國家之急需。
????在競爭前數控技術方面，強調創(chuàng)新，強調研究開發(fā)具有自主知識產權的技術和產品，為我國數控產業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。
參考文獻：
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［3］?中國機床工具工業(yè)協(xié)會?數控系統(tǒng)分會.CIMT2001巡禮［J］.世界制造技術與裝備市場，2001(5)：13-17.
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附錄2 外文原文
Numerical control technology and equipment trend of
development and countermeasure
For mechanical paper
The equipment industry technical level and the modernized degree were deciding the entire national economy level and the modernized degree, the numerical control technology and the equipment are the development emerging high technology and new technology industry and the state-of-art industry (for example defense industry industries and so on information technology and industry, biological technology and industry, aviation, astronautics) enables the technology and the most basic equipment. Marx had said “each kind of economical time difference, does not lie in produces any, but how lies in produces, with any means of labor production”. The technique of manufacture and the equipment is the humanity produces active the most basic producer goods, but the numerical control technology also is advanced now the technique of manufacture and the equipment most core technology. Now the various countries manufacturing industry widely uses the numerical control technology, sharpens the manufacturing capacity and the level, enhances to the dynamic changeable market adaptiveness and competitive ability. In addition in the world various industries developed country also lists as the national strategic resources the numerical control technology and the numerical control equipment, not only takes the significant measure to develop own numerical control technology and the industry, moreover implements the blockade and the limit policy in “precise and advanced” the numerical control key technologies and the equipment aspect to our country. In brief, develops vigorously take the numerical control technology has become the world each developed country acceleration economy development as the core advanced technique of manufacture, enhances the comprehensive national strength and the national status important way.
The numerical control technology is carries on the control with the numerical information to the mechanical movement and the work process the technology, the numerical control equipment is take the numerical control technology as representative's new technology the integration of machinery product which forms to the traditional manufacture industry and the emerging manufacturing industry seepage, namely so-called digitized equipment, its technical scope cover very many domains: (1) machine manufacture technology; (2) information processing, processing, transmission technology; (3) automatic control technology; (4) servo actuates the technology; (5) sensor technology; (6) software technology and so on.
1 numerical control technology trend of development
Not only the numerical control technology application has brought the revolutionary change for the traditional manufacturing industry, causes the manufacturing industry to become the industrialization the symbol, moreover along with numerical control technology unceasing development and application domain expansion, he to national economy and the people's livelihood some important professions (IT, automobile, light industry, medical service and so on) development more and more vital role, because these professions must equip the digitization already was the modern development major tendency. The numerical control technology and the equipment development tendency looked from the present world that, its main research hot spot has following several aspect [1~4].
1.1 high speed, high precision work technology and equipment new tendency
The efficiency, the quality are the advanced technique of manufacture main bodies. High speed, the high precision work technology may enhance the efficiency enormously, enhances the product the quality and the scale, reduces the production cycle and sharpens the market competition ability. Lists as one of 5 great modern techniques of manufacture for this Japan Tip Technology Research board it, the international production project learns (CIRP) its determination is one of 21st century central research directions.
In the passenger vehicle industry domain, yearly produces 300,000 production metres was 40/s，moreover the multi-variety processing is one of key questions which the passenger vehicle equipment must solve; In the aviation and the astronavigation industry domain, its processing spare part many for the thin wall and the thin muscle, the rigidity is very bad, material for aluminum or aluminum alloy, only then in the high cutting speed and the cutting force very small situation, can to these muscles, the wall carry on the processing. Recently uses the large-scale overall aluminum alloy semifinished materials “pull out spatially” the method to make the wing, the fuselage and so on the large-scale components substitutes many components through the multitudinous rivets, the bolt and other joint way assembling, causes the component the intensity, the rigidity and the reliability obtains the enhancement. These all to processed the equipment to propose high speed, Gao Jing and the high flexible request.
Unfolds from EMO2001 meets the situation to look that, processes the center feed rate to be possible high speed to reach 80m/min, even higher, the aerial transport stroke speed may reach 100m/About min. At present in the world many automotive factories, including our country's Shanghai General Motors, already used by the high speed processing center composition production line part substitution aggregate machine-tool. American CINCINNATI Corporation's HyperMach engine bed feed rate reaches 60m/most greatlymin, fast is 100m/min, the acceleration reaches 2g, the main axle rotational speed has reached 60 000r/min. Processes a thin wall airplane part, only uses 30min, but the same components need 3h in the common high speed milling machine processing, needs 8h in the plain milling machine processing; The German DMG Corporation's double main axle lathe main axle speed and the acceleration respectively reach 12*! 000r/mm和1g。
In the processing precision aspect, in the recent 10 years, the ordinary level numerical control engine bed processing precision from 10μm enhanced 5μm, the fine level of secrecy processing center from 3~5 μm, enhances to 1~1.5 μm, and the ultra precise processing precision started to enter a nanometer level (0.01μm).
In the reliable aspect, the overseas numerical control installment value has reached above 6 000h, the servosystem value achieved above 30000h, displays the extremely high reliability.
In order to realize, the high precision work high speed, with it necessary function part like electricity main axle, the straight line electrical machinery obtained the fast development, the application domain further expanded.
1.2 5 axis linkage processing and compound processing engine bed fast development
Uses 5 axis linkages to the three dimensional curved surface components processing, the available cutting tool best geometry shape carries on the cutting, not only the smooth finish is high, moreover the efficiency also large scale enhances. Believed generally that, 1 5 axis linkage engine bed efficiency may be equal to 2 3 axis linkage engine bed, specially uses when the cubic boron nitride and so on the ultra hard material milling cutter carries on the high speed milling hardened steel components, 5 axis linkage processing may compared to 3 axis linkage processing display a higher benefit. Because but past 5 axis linkage numerical control system, main engine structure complex and so on reasons, its price must outdo the several fold compared to 3 axis linkage numerical control engine bed, added the programming technology difficulty to be big, has restricted 5 axis linkage engine bed development.
Current as a result of electricity main axle appearance, causes to realize 5 axis linkage processing compound host axle neck structure is greatly the simplification, its manufacture difficulty and the cost reduce large scale, numerical control system price disparity reduction. Therefore promoted the compound host axle neck type 5 axis linkage engine bed and the compound processing engine bed (including 5 processing engine beds) development.
Unfolds at the meeting in EMO2001, the new Japanese labor machine 5 processing engine beds use the compound host axle neck, may realize 4 vertical plane processings and the random angle processing, causes 5 processings and 5 axis processings may realize on the identical Taiwan engine bed, but also may realize the inclined plane and the back taper hole processing. German DMG Corporation displays the DMUVoution series processing center, may clamp the next 5 processings and 5 axis linkage processing in an attire, may by the CNC systems or CAD/CAM which are controled deract or inderact.
1.3 intellectualizations, open style, the network becomes the contemporary numerical control system development the main tendency
The 21st century numerical control equipments will be has certain intellectualized system, the intellectualized content including in numerical control system each aspect: In order to pursue the processing efficiency and the processing quality aspect intellectualization, like processing process adaptive control, craft parameter automatic production; In order to enhance the actuation performance and the use connection convenient intellectualization, like feed-forward control, electrical machinery parameter auto-adapted operation, automatic diagnosis load automatic designation model, self regulating grade; Simplification programming, simplification operation aspect intellectualization, like intellectualized automatic programming, intellectualized man-machine contact surface and so on; Also has the intelligence to diagnose, the intelligent monitoring aspect content, the convenience system diagnosis and the service and so on.
In order to solve the traditional numerical control system closeness and the numerical control application software industrial production production existence question. At present many countries conduct the research to the open style numerical control system, like US NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、European Economic Community OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、Japanese OSEC(Open System Environment for Controller)，Chinese ONC(Open Numerical Control System) and so on。The numerical control system will open already becomes the numerical control system road of the future. The so-called open style numerical control system is the numerical control system development may in the unified movement platform, face the engine bed factory and the end-user, through the change, the increase or the tailor structure object (numerical control function), forms the seriation, and may conveniently integrates user's special application and the technical knack in the control system, the fast realization different variety, the different scale open style numerical control system, forms has the bright individuality famous brand goods. At present the open style numerical control system architecture standard, the correspondence standard, the disposition standard, the movement platform, the numerical control system function storehouse as well as the numerical control system function software development kit and so on is the current research core.
The network numerical control equipment is a near two year international famous engine bed exposition new luminescent spot. The numerical control equipment network enormously will satisfy the production line, the manufacture system, the manufacture enterprise to the information integration demand, also will be realizes new manufacture pattern like agile manufacture, hypothesized enterprise, the global manufacture foundation unit. The domestic and foreign some famous numerical control engine bed and the numerical control system manufacture company all has promoted the related new concept and the prototype in the nearly two years. 1.4 takes the new technical standard, the standard establishment
1.4.1 about numerical control system design development standard
As mentioned above, the open style numerical control system has a better versatility, the flexibility, the compatibility, the extension, countries and so on US, European Economic Community and Japan implements the strategy development plan in abundance, and carries on the open style architecture numerical control system specification (OMAC, OSACA, OSEC) the research and the formulation, the world 3 biggest economies have carried on the nearly same science plan and the standard formulation in the short-term, has indicated a numerical control technology new transformation time oncoming. Our country also started in 2000 to conduct China's ONC numerical control system standard frame research and the formulation.
1.4.2 about numerical control standard
The numerical control standard is the manufacturing industry informationization development one tendency. The numerical control technology is born after 50 year exchanges of information all is based on the ISO6983 standard, how namely uses the G, M code to describe the (how) processing, its substantive characteristics faces the processing process, obviously, he has more and more not been able to satisfy mode