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南京理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 專(zhuān) 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 題 目 車(chē)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) CK6163 指 導(dǎo) 教 師 年 月 日 開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求 1 開(kāi)題報(bào)告 含 文獻(xiàn)綜述 作為畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 答辯委 員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一 此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指 導(dǎo)下 由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 工作前期內(nèi)完成 經(jīng)指導(dǎo)教師簽 署意見(jiàn)及所在專(zhuān)業(yè)審查后生效 2 開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè) 計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式 可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載 打印 禁止打印 在其它紙上后剪貼 完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn) 3 文獻(xiàn)綜述 應(yīng)按論文的格式成文 并直接書(shū)寫(xiě) 或打印 在本開(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi) 學(xué)生寫(xiě)文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于 15 篇科技論文的信息量 一般一本參考書(shū)最多相當(dāng)于三篇科技論 文的信息量 不包括辭典 手冊(cè) 4 有關(guān)年月日等日期的填寫(xiě) 應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo) GB T 7408 94 數(shù)據(jù)元和交換格式 信息交換 日期和時(shí)間表示法 規(guī)定的要 求 一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě) 如 2009 年 3 月 15 日 或 2009 03 15 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 開(kāi) 題 報(bào) 告 1 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 課題情況 根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料 每人撰寫(xiě) 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述 文 獻(xiàn) 綜 述 摘要 目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)在我國(guó)還有很大的發(fā)展空間 現(xiàn)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控化 率不到3 用普通機(jī)床加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差 品種少 檔次低 成本高 供貨期長(zhǎng) 從而在國(guó)際 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力 直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品 市場(chǎng) 效益 影響企業(yè)的生存和發(fā)展 所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率 本文介紹了機(jī)床 數(shù)控改造的意義 闡述了數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 最后總結(jié)了數(shù)控化改造的分析方法以及 機(jī)床數(shù)控改造的特點(diǎn) 關(guān)鍵詞 數(shù)控 改造 車(chē)床 1 機(jī)床數(shù)控改造的意義 1 1 普通車(chē)床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 機(jī)床的數(shù)控改造 主要是對(duì)原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì) 最終使機(jī)床達(dá)到 比較理想的狀態(tài) 改造后的組成結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 圖 1 改造后系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 數(shù)控車(chē)床是機(jī)電一體化的典型代表 其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有諸多相似之處 然而 現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可 也不是在傳統(tǒng)機(jī) 床的基礎(chǔ)上 僅對(duì)局部加以改進(jìn)而成 那些受資金等條件限制 而將傳統(tǒng)機(jī)床改裝成 建議數(shù)控機(jī)床的另當(dāng)別論 傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點(diǎn) 如剛性不足 抗振性差 熱變 形大 滑動(dòng)面的摩擦阻力大及傳動(dòng)元件之間存在間隙等 難以勝任數(shù)控機(jī)床對(duì)加工精 度 表面質(zhì)量 生產(chǎn)率以及使用壽命等要求 現(xiàn)代的數(shù)控技術(shù) 特別是加工中心 無(wú) 論是其支承部件 主傳動(dòng)系統(tǒng) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 刀具系統(tǒng) 輔助功能等部件結(jié)構(gòu) 還 是整體布局 外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化 已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床的獨(dú)特機(jī)械結(jié) 構(gòu) 因此 我們?cè)趯?duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的過(guò)程中 應(yīng)在考慮各種情況下 使普通 機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機(jī)床相接近 1 3 1 2 節(jié)省資金 機(jī)床的數(shù)控改造同購(gòu)置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60 左右的費(fèi)用 大型及特殊設(shè)備尤 為明顯 一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的1 3 即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底 改造升級(jí)也只需花費(fèi)購(gòu)買(mǎi)新機(jī)床60 的費(fèi)用 并可以利用現(xiàn)有地基 4 5 1 3 性能穩(wěn)定可靠 因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期時(shí)效 幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度 1 4 提高生產(chǎn)效率 機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3至5倍 對(duì)復(fù)雜 零件而言難度越高功效提高得越多 且可以不用或少用工裝 不僅節(jié)約了費(fèi)用而且可 以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期 2 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展 傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革 各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家 投入巨資 對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā) 提出了全新的制造模式 在現(xiàn)代制造系統(tǒng) 中 數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù) 它集微電子 計(jì)算機(jī) 信息處理 自動(dòng)檢測(cè) 自動(dòng)控制等 高新技術(shù)于一體 具有高精度 高效率 柔性自動(dòng)化等特點(diǎn) 對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng) 化 集成化 智能化起著舉足輕重的作用 目前 數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革 由 專(zhuān)用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展 在集成化 基礎(chǔ)上 數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型 超小型化 在智能化基礎(chǔ)上 綜合了計(jì)算機(jī) 多媒 體 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速 高精 高效控制 加 工過(guò)程中可以自動(dòng)修正 調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù) 實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理 在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上 CAD CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體 機(jī)床聯(lián)網(wǎng) 實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的 群控加工 6 7 長(zhǎng)期以來(lái) 我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu) CNC只能作為非智能的機(jī)床 運(yùn)動(dòng)控制器 加工過(guò)程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定 加工程序在實(shí)際加工 前用手工方式或通過(guò)CAD CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制 CAD CAM和CNC之間沒(méi)有反饋控 制環(huán)節(jié) 整個(gè)制造過(guò)程中CNC只是一個(gè)封閉式的開(kāi)環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 在復(fù)雜環(huán)境以及多變條 件下 加工過(guò)程中的刀具組合 工件材料 主軸轉(zhuǎn)速 進(jìn)給速率 刀具軌跡 切削深 度 步長(zhǎng) 加工余量等加工參數(shù) 無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng) 態(tài)調(diào)整 更無(wú)法通過(guò)反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD CAM中的設(shè)定量 因而影響CNC的工作 效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量 由此可見(jiàn) 傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系 結(jié)構(gòu) 限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展 已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過(guò)程 因此 對(duì) 數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢(shì)在必行 8 9 3 數(shù)控化改造的分析方法 其改造涉及到機(jī)械 電氣 計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域 是一項(xiàng)理論深 實(shí)踐強(qiáng)的系統(tǒng)工程 在進(jìn)行數(shù)控改造時(shí) 應(yīng)該做好改造前的技術(shù)準(zhǔn)備 改造過(guò)程中 機(jī)械修理與電氣改造 相結(jié)合 先易后難 先局部后全局 由于本次設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造 所以在考慮具體方案時(shí) 基本原則是在滿足使 用要求的前提下 對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少 以降低成本 我們主要的任務(wù)是對(duì)其主傳 動(dòng)系統(tǒng) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造 通過(guò)改造使其具有數(shù)控機(jī)床的一般特性 10 3 1 主軸系統(tǒng)改造 拆除了原來(lái)的主軸變速箱 采用機(jī)械無(wú)級(jí)變速器和分級(jí)齒輪變速相結(jié)合的方案 分級(jí)齒輪采用撥叉的方式 主軸的調(diào)速范圍可以從100rpm到4000rpm 與原來(lái)的多級(jí)齒 輪調(diào)速相比 其機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化 而且實(shí)現(xiàn)了從有級(jí)調(diào)速到無(wú)級(jí)調(diào)速的跨越 3 2 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 對(duì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)可進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制 驅(qū)動(dòng)元件可采用步進(jìn)電機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠 絲杠 縱向進(jìn)給系統(tǒng)如圖2所示 步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒輪減速后 帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng) 從 而實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 在進(jìn)行該傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 通常先根據(jù)系統(tǒng)的要求 對(duì)各個(gè)部分 進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì) 如滾珠絲杠副 齒輪副等 11 圖2 縱向進(jìn)給系統(tǒng) 4 機(jī)床數(shù)控改造的特點(diǎn) 我國(guó)制造企業(yè)現(xiàn)在有很大一部分機(jī)床屬于比較陳舊的普通車(chē)床 由于使用時(shí)間較 長(zhǎng) 保養(yǎng)不利 操作不當(dāng)?shù)仍?已經(jīng)不能適合當(dāng)今企業(yè)所面臨的激烈競(jìng)爭(zhēng) 所以很 多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 這種做法具有投資少 見(jiàn)效快的特點(diǎn) 事實(shí)證明 用較少的資金 將普通機(jī)床改造升級(jí)為數(shù)控機(jī)床 可以為企業(yè)帶來(lái)可觀的 經(jīng)濟(jì)效益 12 13 5 總結(jié) 經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性 實(shí)用性和穩(wěn)定性 其改 造涉及到機(jī)械 電氣 計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域 是一項(xiàng)理論深 實(shí)踐強(qiáng)的系統(tǒng)工程 在進(jìn)行數(shù) 控改造時(shí) 應(yīng)該做好改造前的技術(shù)準(zhǔn)備 改造過(guò)程中 機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合 先易后難 先局部后全局 我國(guó)企業(yè)的傳統(tǒng)機(jī)床存量很大 隨著數(shù)控技術(shù)的推廣應(yīng)用 眾多中小企業(yè)面臨的機(jī)床數(shù)控改造任務(wù)很大 利用先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)機(jī)床是成 本低 見(jiàn)效快 效率高的好辦法 在數(shù)控改造中應(yīng)注意機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)對(duì)數(shù) 控機(jī)床加工精度和機(jī)床性能的影響 否則 將直接影響數(shù)控機(jī)床的工作精度和工作穩(wěn) 定性 影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率 14 15 參 考 文 獻(xiàn) 1 吳振彪 機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo) M 北京 中國(guó)人民大學(xué)出版社 2001 2 能光華 數(shù)控機(jī)床 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 3 余英良 機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 4 張俊生 金屬切削機(jī)床與數(shù)控機(jī)床 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 5 吳國(guó)華 金屬切削機(jī)床 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1998 6 董玉紅 邵俊明 機(jī)床數(shù)控技術(shù) M 第二版 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2001 7 王志平 數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用 M 北京 高等教育出版社 1999 8 韓建海 數(shù)控技術(shù)及裝備 M 武漢 華中科技大學(xué)出版社 2007 9 朱曉春主 數(shù)控技術(shù) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 10 張新義 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1998 11 余英良 機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1994 12 王明 數(shù)控實(shí)用技術(shù) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 13 張建綱 胡大鋒 數(shù)控技術(shù) M 武漢 華中科技大學(xué)出版社 2000 14 張建明 機(jī)電一體華系統(tǒng)控制 M 北京 高等教育出版社 2001 15 鄧星鐘 機(jī)電傳動(dòng)控制 M 武漢 華中科技大學(xué)出版社 2001 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 開(kāi) 題 報(bào) 告 本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段 途徑 一 本課題要研究或解決的問(wèn)題 本課題主要是采用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為630mm的車(chē)床 要求學(xué)生在對(duì) 臥式車(chē)床的改造任務(wù)和功能需求作出認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上 做好總體改造方案設(shè)計(jì)及縱 向進(jìn)給系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì) 通過(guò)這一典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì) 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn) 用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)改造開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品及解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力 二 本畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 課題任務(wù)的內(nèi)容和要求 包括原始數(shù)據(jù) 技術(shù)要求 工 作要求等 本課題要求學(xué)生在對(duì)車(chē)床的改造任務(wù)和功能需求作出認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上 做好總 體改造方案設(shè)計(jì)及進(jìn)給系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì) 具體內(nèi)容及要求如下 1 調(diào)查研究 查閱及翻譯文獻(xiàn)資料 撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 2 改造任務(wù)及功能需求分析 3 總體改造方案的確定 4 縱向進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分和控制部分的詳細(xì)設(shè)計(jì) 5 文檔整理 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及使用說(shuō)明書(shū) 三 本課題擬采用的研究手段 途徑 1 整體進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 當(dāng)數(shù)控車(chē)床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后 可根據(jù)此來(lái)確定改造方案 目前機(jī) 床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)日趨成熟 專(zhuān)用化的機(jī)床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般 均能滿足車(chē)床的常規(guī)加工要求 因此 較典型的車(chē)床數(shù)控改造方案可選擇為 配置專(zhuān) 用車(chē)床數(shù)控改造系統(tǒng) 更換進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)為滾珠絲杠傳動(dòng) 采用步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 配置脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn)螺紋加工功能 配置自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀 功能 目前較典型的經(jīng)濟(jì)型專(zhuān)用車(chē)床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能 a 采用單片微機(jī)為主控 CPU 具有直線和圓弧插補(bǔ) 代碼編程 刀具補(bǔ)償和間 隙補(bǔ)償功能 數(shù)碼管二坐標(biāo)同時(shí)顯示 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架控制 螺紋加工等控制功能 b 配有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 脈沖當(dāng)量或控制精度一般為 Z 為 0 01mm X 向?yàn)?0 005mm 要與相應(yīng)導(dǎo)程的絲杠相配套 c 加工程序大多靠面板按鍵輸入 代碼編制 掉電自動(dòng)保護(hù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ) 可以 對(duì)程序進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編輯修改和試運(yùn)行操作 d 具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序 循環(huán)執(zhí)行程序 機(jī)械極限位置自動(dòng)限位 超程報(bào) 警 以及進(jìn)給速度程序自動(dòng)終止等各類(lèi)數(shù)控基本功能 2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 對(duì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)可進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制 驅(qū)動(dòng)元件可采用步進(jìn)電機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠 絲杠 縱向進(jìn)給系統(tǒng)如圖 3 所示 步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒輪減速后 帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng) 從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 在進(jìn)行該傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 通常先根據(jù)系統(tǒng)的要求 對(duì)各個(gè)部 分進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì) 如滾珠絲杠副 齒輪副等 圖3 縱向進(jìn)給系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開(kāi)環(huán) 半閉環(huán)和閉環(huán)之分 因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單 設(shè)計(jì)制造容易 控制精度較好 容易調(diào)試 價(jià)格便宜 使用維修方便等優(yōu)點(diǎn) 所 以 本設(shè)計(jì)決定采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)如圖 4 所示 采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系 統(tǒng)方案如圖 5 所示 圖 4 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 圖5 采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)方案 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 開(kāi) 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 1 對(duì) 文獻(xiàn)綜述 的評(píng)語(yǔ) 2 對(duì)本課題的深度 廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì) 論文 結(jié)果的預(yù)測(cè) 指導(dǎo)教師 年 月 日 所在專(zhuān)業(yè)審查意見(jiàn) 負(fù)責(zé)人 年 月 日