畢業設計（論文）題目確定後，學生應儘快徵求指導教師意見，討論題意與整個畢業設計（論文）的工作計劃，然後根據課題要求查閱、收集有關資料並編寫開題報告。以下是小編整理的數控專業開題報告，歡迎閱讀。
課題目的、意義及相關研究動態：
一、目的及意義：
當今世界，工業發達國家對機牀工業高度重視，競相發展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機牀，以加速工業和國民經濟的發展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰線，特別是隨着微電子、計算機技術的進步，數控機牀在20世紀80年代以後加速發展，各方用戶提出更多需求，四大國際機牀展早已成爲各國機牀製造商競相展示先進技術、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國加入WTO後，正式參與世界市場激烈競爭，今後如何加強機牀工業實力、加速數控機牀產業發展，實是緊迫而又艱鉅的任務。
隨着世界科技進步和機牀工業的發展，數控機牀作爲機牀工業的主流產品，已成爲實現裝備製造業現代化的關鍵設備，是國防軍工裝備發展的戰略物資。數控機牀的擁有量及其性能水平的高低，是衡量一個國家綜合實力的重要標誌。加快發展數控機牀產業也是我國裝備製造業發展的現實要求。根據中國機牀工具工業協會組織用戶調查表明，航天航空、國防軍工製造業需要大型、高速、精密、多軸、高效數控機牀；汽車、摩托車、家電製造業需求高效、高可靠性、高自動化的數控機牀和成套柔性生產線；電站設備、造船、冶金石化設備、軌道交通設備製造業需求高精度、重型爲特徵的數控機牀；IT業、生物工程等高技術產業需求納米級亞微米級超精密加工數控機牀；工程機械、農業機械等傳統制造行業的產業升級，特別是民營企業的蓬勃發展，需要大量數控機牀進行裝備。當今數控機牀的發展，除了要求機牀重量輕、成本低、使用方便和具有良好工藝可能性外，還着重要求機牀具有愈來愈高的加工性能。隨着現代數控機牀日益向着高速化、高性能、高精度方向發展，傳統的設計方法己無法滿足數控機牀發展的要求[1].
數控機牀牀屬於大型機械設備，在整個機牀的各個組成部分中， 機牀立柱是一個極其重要的大件， 它起着支撐工件和連接工作臺、牀身等關鍵零部件的作用。數控機牀立柱結構的設計尺寸和佈局形式， 決定了其本身的各個動態特性。往往由於立柱結構設計不合理， 導致立柱的剛度不足， 產生各種變形、振動，加工時刀具與工件間產生相對變形和振動， 也使零件加工精度降低。立式車牀用於加工徑向尺寸大而軸向尺寸相對較小，形狀複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。亦可藉助附加裝置進行車螺紋，車球面，仿形，銑削和磨削等加工。與臥式車牀相比，立式車牀主軸軸線爲垂直佈局，工作臺檯面處於水平平面內，因此工件的夾裝與找正比較方便。這種佈局減輕了主軸及軸承的荷載，因此立式車牀能夠較長期的保持工作精度。大量加工實踐證明，將臥式車牀立起來使用（變成了立式車牀）反倒顯示出了更多的優越性，如佔地面積小、排屑更加方便、承載能力增加等。同時立式車牀還具有很好的主軸旋轉精度和較強的切削能力，更加有利於實現生產的自動化，所以對立式車牀的使用和需求也越來越多。立柱是數控立式車牀重要結構部件之一，其結構特性對立式車牀的性能影響很大，主要體現在加工精度、抗振性、切削效率、使用壽命等方面。因此，立柱結構的靜、動態性能是決定整機性能的重要因素之一。由於立柱結構形狀較複雜，採用一般方法對其進行靜、動態特性計算比較困難。如何對立柱等部件進行精確、合理、科學可行的計算，是機牀結構設計過程中需要迫切解決的重要課題[2].
因此，在設計數控機牀立柱結構時， 考慮立柱的動態特性顯得尤爲重要。針對這些因素，有必要對數控機牀的立柱部分進行結構優化，本課題對數控機牀的立柱部分進行優化設計有重要的.實際意義。
二、研究動態：
1、 國外研究動態：
國外的機牀結構優化領域的研究比較多，在結構優化、有限元分析、參數化設計方面都有不少研究，美國機械工程師學會“Optimal synthesis ofcompliantmechanisms using subdivision and commercial FEA”一文中，利用有限元軟件分析機械結構，提出全程參數化設計，並對其進行拓撲優化，全面分析了設計變量在優化程序中的變數。
國外機牀結構優化設計存在以下特點：
（1）設計與分析平行。從以滿足一定性能要求爲目標的結構選型、結構設計， 到具體設計方案的比較及確定、設計方案的模擬試驗等。牀身結構設計的各個階段均有結構分析的參與。牀身結構分析貫穿了整個設計過程，這樣確定的牀身結構設計方案，基本就是定型方案[3].
（2）結構優化的思想被用於設計的各個階段。
（3）大量的虛擬試驗代替實物試驗。虛擬試驗不僅可以在沒有實物的條件下進行，而且實施迅速、資訊量大。利用虛擬試驗，一方面可以在多個設計方案中選擇最優，減少設計的盲目性，另一方面可以及早發現在設計中的問題。從而減少設計成本，縮短設計週期[4].
隨着工業的發展，對數控機牀的要求越來越高。在機牀的設計中，需要對其組成部件進行嚴密的分析與計算。車牀牀身等支承件的重量要佔車牀總重量的20%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佈、支承件壁厚和開孔位置的合理性提出了要求，有必要進行分析計算。
2、國內研究動態：
目前國內在機牀結構優化領域的研究比較活躍，機牀結構優化設計的內容十分豐富，涉及內容很多，包括靜力學，結構非線性分析，拓撲優化，模態分析，動力學分析等。目前有限元方法在機牀結構設計中的應用主要有以下幾個方面：
（1）靜力學分析。這是對二維或者三維機牀零件承載後的應力和應變的分析，是有限元在機牀設計中最基本、最常用的分析類型。
（2）模態分析。這是動力學分析的一種，用於研究結構的固有頻率和各振型等振動特性，進行這種分析時所施加的載荷只能是位移載荷和預應力載荷[5].
（3）諧響應分析和瞬態動力學分析。這兩類分析也屬於動力學分析，用於研究機牀對週期載荷和非週期載荷的動態響應。
（4）熱應力分析。用於研究結構內部溫度的分佈，以及機牀內部的熱應力。
（5）接觸分析。用於分析兩個結構件接觸時的接觸面狀態和法向力。
國內的機牀結構優化設計主要是應用在剛度和強度分析方面。廣西大學陳文鋒、毛漢領“MXBS.1320型高速外圓磨牀動態性能的試驗研究‘’一文中，對 MXBS.1320型高速外圓磨牀的動態性能使用脈衝激振法進行了試驗研究，得到磨牀前幾階模態的頻率和振型圖，尋找出機牀振動的薄弱環節和主要振源，並提出一些機牀改造的措施。此外還有對主要零部件進行有限元分析，優化零部件結構的設計[6].東南大學和無錫機牀股份有限公司對內圓磨牀M2120A牀身結構進行有限元分析，得到牀身前幾階的固有頻率和振型，分析牀身的內部筋板佈置對結構動態特性的影響。張海偉，利用動態實驗分析和理論模型分析兩種方法對臥式加工中心的動態性能進行了分系，透過實驗測試數據與理論計算結果對比分析，驗證了理論模型的合理性，找出了機牀的薄弱環節，並進行了結構優化。優化後分析結果證明機牀結構的最大變形值都相應降低。陳慶堂，運用工程軟件ANSYS的優化設計模組，根據主軸箱的實際工況及機牀零件加工精度要求，在參數化建模及結構應力分析基礎上，對XK713數控銑牀軸箱結構以減輕重量爲目標進行優化設計。透過優化設計及分析，主軸箱結構重量減輕了23.2%,三個方向上剛度和應力得到了合理的分佈[7].東南大學機械工程系，利用有限元法對機牀牀身進行靜、動態分析，並使用漸進結構優化算法對牀身結構進行基於基頻約束和剛度約束的拓撲優化，爲ESO方法在機牀大件結構拓撲優化中的應用做了有益的嘗試。王豔輝、伍建國等人，在”精密機牀牀身結構參數的優化設計‘’一文中，在確定精密機牀牀身合理結構的基礎上，利用ANSYS有限元軟件提供的APDL參數化設計語言和優化設計方法，以牀身的肋板佈置和肋板厚度爲設計參數，對牀身進行結構設計參數的優化，確定了牀身結構的合理參數。不僅大大提高了牀身的動態性能：而且節省了材料，降低了生產成本[8].
課題的主要內容：
1、 確定數控機牀立柱體系結構的設計以及實現方案；
2、 確立數控機牀立柱系統中關鍵部分的數學建模（包括相應的G功能代碼、幾何仿真過程中能實現的M代碼等）；
3、 加工過程的動態建模；
4、 分析並編寫零件加工程序；
5、 編制相應的仿真軟件。
研究方法、設計方案：
1、研究方法：
以WINDOWS爲平臺，以CAD軟件爲工作語言設計系統各個零件，在用UG繪製三維立體圖，並對其進行裝配，再用UG編寫零件的加工程序，對其講過仿真，實現數控代碼的實時、動態的切削過程。
2、設計方案：
系統採用模組化設計，其總體結構方案如圖1-1所示，各模組的功能如下：
（1） 利用CAD軟件對整個系統的零件進行設計。
（2） 用UG對各個零件進行三維建模。
（3） 裝配各個零件，形成立柱的整體結構。
（4） 檢查裝配中零件設計的合理性及建模的正確性。
（5） NC程序：利用UG對零件進行三維建模，並用UG編寫用於加工仿真的 程序。
（6） 插補算法：採用逐點比較法對直線、圓弧進行插補運算。
（7） 仿真顯示：利用UG提供的建模環境建立毛坯和刀具，並顯示刀具運動 軌跡。
（8） 最後對編寫的程序進行仿真，分析刀路及加工出的零件是否符合要求。
完成期限和預期進度：
① 畢業設計課題調研階段：（第1~2周）：課題調研及文獻檢索、完成英文翻譯；
② 畢業設計開題報告階段：（第3~4周）：完成開題報告；
③ 畢業設計主要工作階段：（第5~12周）；
（1）完成系統的總體規劃。（第5~6周）；
（2）各零件的設計。（第7~9周）；
（3）數控仿真。（第10周）；
（4）完成設計說明書的撰寫工作。（第11~12周）；
④ 畢業設計答辯階段：（第13~15周）。
主要參考資料：
[1] Horrey, W. J., Alexander, A. L., Wickens, C. D., 2003, Doise Workload Modulate the Effects of In-Vehicle Display Location on Concurrent Drivinand Side Task Performance, Procs. of DSC.
[2]《現代實用機牀設計手冊》編委會。現代實用機牀設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2006
[3]張良，楊爲，陳小安，劉德永。CK6310型數控機牀主軸箱動態特性研究[J].機牀與液壓，2008（3）：12-17
[4]邵蘊秋。ANSYS8.0有限元分析實例導航報[J].北京：中國鐵道出版社，2004（2）：20-23
[5]張志文，韓清凱，劉亞忠。機械結構有限元分析[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2006
[6]胡國良，任繼文。ANSYSll.0有限元分析入門與提高[M].北京：國防工業出版社，2009
[7]楊明亞，楊濤，湯本金，陰紅，楊穎潔，周永良，盧燦舉。機牀立柱動態特性的分析
[8]郭策，孫慶鴻，蔣書運，陳南，朱壯瑞，秦緒柏，王金娥。高速高精度數控車牀主軸系統的溫度場建模與仿真[J]煒0造業自動化，2003（4）：5-9
[9]何發誠，海燕。CK53100數控單柱移動立式車牀的技術性能與結構特點[J].產品與技術，2005（4）：10-20
[10]張興朝，徐燕申。機牀龍門式立柱結構參數化動態優選設計[J].吉林工業大學自然科學學報，2001（4）13-21