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南京理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 論文 開題報告 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 專 業(yè) 設(shè) 計 論 文 題 目 車床數(shù)控化改造設(shè)計 CK6163 指 導(dǎo) 教 師 年 月 日 開題報告填寫要求 1 開題報告 含 文獻(xiàn)綜述 作為畢業(yè)設(shè)計 論文 答辯委 員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一 此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指 導(dǎo)下 由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計 論文 工作前期內(nèi)完成 經(jīng)指導(dǎo)教師簽 署意見及所在專業(yè)審查后生效 2 開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè) 計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式 可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載 打印 禁止打印 在其它紙上后剪貼 完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見 3 文獻(xiàn)綜述 應(yīng)按論文的格式成文 并直接書寫 或打印 在本開題報告第一欄目內(nèi) 學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于 15 篇科技論文的信息量 一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論 文的信息量 不包括辭典 手冊 4 有關(guān)年月日等日期的填寫 應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo) GB T 7408 94 數(shù)據(jù)元和交換格式 信息交換 日期和時間表示法 規(guī)定的要 求 一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫 如 2009 年 3 月 15 日 或 2009 03 15 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 開 題 報 告 1 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計 論文 課題情況 根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料 每人撰寫 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述 文 獻(xiàn) 綜 述 摘要 目前機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間 現(xiàn)在我國機床數(shù)控化 率不到3 用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差 品種少 檔次低 成本高 供貨期長 從而在國際 國內(nèi)市場上缺乏競爭力 直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品 市場 效益 影響企業(yè)的生存和發(fā)展 所以必須大力提高機床的數(shù)控化率 本文介紹了機床 數(shù)控改造的意義 闡述了數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 最后總結(jié)了數(shù)控化改造的分析方法以及 機床數(shù)控改造的特點 關(guān)鍵詞 數(shù)控 改造 車床 1 機床數(shù)控改造的意義 1 1 普通車床的數(shù)控化改造設(shè)計 機床的數(shù)控改造 主要是對原有機床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計 最終使機床達(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)控車床是機電一體化的典型代表 其機械結(jié)構(gòu)同普通的機床有諸多相似之處 然而 現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可 也不是在傳統(tǒng)機 床的基礎(chǔ)上 僅對局部加以改進(jìn)而成 那些受資金等條件限制 而將傳統(tǒng)機床改裝成 建議數(shù)控機床的另當(dāng)別論 傳統(tǒng)機床存在著一些弱點 如剛性不足 抗振性差 熱變 形大 滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等 難以勝任數(shù)控機床對加工精 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 論是其支承部件 主傳動系統(tǒng) 進(jìn)給傳動系統(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)控機床的獨特機械結(jié) 構(gòu) 因此 我們在對普通機床進(jìn)行數(shù)控改造的過程中 應(yīng)在考慮各種情況下 使普通 機床的各項性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機床相接近 1 3 1 2 節(jié)省資金 機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60 左右的費用 大型及特殊設(shè)備尤 為明顯 一般大型機床改造只需花新機床購置費的1 3 即使將原機床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底 改造升級也只需花費購買新機床60 的費用 并可以利用現(xiàn)有地基 4 5 1 3 性能穩(wěn)定可靠 因原機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效 幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度 1 4 提高生產(chǎn)效率 機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高 3至5倍 對復(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 隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展 傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革 各工業(yè)發(fā)達(dá)國家 投入巨資 對現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開發(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 計算機 信息處理 自動檢測 自動控制等 高新技術(shù)于一體 具有高精度 高效率 柔性自動化等特點 對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動 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 專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(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)實現(xiàn)了超薄型 超小型化 在智能化基礎(chǔ)上 綜合了計算機 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)實現(xiàn)了高速 高精 高效控制 加 工過程中可以自動修正 調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù) 實現(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 機床聯(lián)網(wǎng) 實現(xiàn)了中央集中控制的 群控加工 6 7 長期以來 我國的數(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床 運動控制器 加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定 加工程序在實際加工 前用手工方式或通過CAD CAM及自動編程系統(tǒng)進(jìn)行編制 CAD CAM和CNC之間沒有反饋控 制環(huán)節(jié) 整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu) 在復(fù)雜環(huán)境以及多變條 件下 加工過程中的刀具組合 工件材料 主軸轉(zhuǎn)速 進(jìn)給速率 刀具軌跡 切削深 度 步長 加工余量等加工參數(shù) 無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動 態(tài)調(diào)整 更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正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 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)雜的制造過程 因此 對 數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行 8 9 3 數(shù)控化改造的分析方法 其改造涉及到機械 電氣 計算機等領(lǐng)域 是一項理論深 實踐強的系統(tǒng)工程 在進(jìn)行數(shù)控改造時 應(yīng)該做好改造前的技術(shù)準(zhǔn)備 改造過程中 機械修理與電氣改造 相結(jié)合 先易后難 先局部后全局 由于本次設(shè)計是經(jīng)濟型數(shù)控改造 所以在考慮具體方案時 基本原則是在滿足使 用要求的前提下 對機床的改動盡可能少 以降低成本 我們主要的任務(wù)是對其主傳 動系統(tǒng) 進(jìn)給傳動系統(tǒng)進(jìn)行改造 通過改造使其具有數(shù)控機床的一般特性 10 3 1 主軸系統(tǒng)改造 拆除了原來的主軸變速箱 采用機械無級變速器和分級齒輪變速相結(jié)合的方案 分級齒輪采用撥叉的方式 主軸的調(diào)速范圍可以從100rpm到4000rpm 與原來的多級齒 輪調(diào)速相比 其機械結(jié)構(gòu)大大簡化 而且實現(xiàn)了從有級調(diào)速到無級調(diào)速的跨越 3 2 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 對縱向進(jìn)給系統(tǒng)可進(jìn)行開環(huán)控制 驅(qū)動元件可采用步進(jìn)電機 傳動系統(tǒng)采用滾珠 絲杠 縱向進(jìn)給系統(tǒng)如圖2所示 步進(jìn)電機經(jīng)一級齒輪減速后 帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動 從 而實現(xiàn)進(jìn)給運動 在進(jìn)行該傳動系統(tǒng)設(shè)計時 通常先根據(jù)系統(tǒng)的要求 對各個部分 進(jìn)行單獨設(shè)計 如滾珠絲杠副 齒輪副等 11 圖2 縱向進(jìn)給系統(tǒng) 4 機床數(shù)控改造的特點 我國制造企業(yè)現(xiàn)在有很大一部分機床屬于比較陳舊的普通車床 由于使用時間較 長 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)所面臨的激烈競爭 所以很 多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床 這種做法具有投資少 見效快的特點 事實證明 用較少的資金 將普通機床改造升級為數(shù)控機床 可以為企業(yè)帶來可觀的 經(jīng)濟效益 12 13 5 總結(jié) 經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性 實用性和穩(wěn)定性 其改 造涉及到機械 電氣 計算機等領(lǐng)域 是一項理論深 實踐強的系統(tǒng)工程 在進(jìn)行數(shù) 控改造時 應(yīng)該做好改造前的技術(shù)準(zhǔn)備 改造過程中 機械修理與電氣改造相結(jié)合 先易后難 先局部后全局 我國企業(yè)的傳統(tǒng)機床存量很大 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)機床是成 本低 見效快 效率高的好辦法 在數(shù)控改造中應(yīng)注意機械傳動系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)對數(shù) 控機床加工精度和機床性能的影響 否則 將直接影響數(shù)控機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 機電綜合設(shè)計指導(dǎo) M 北京 中國人民大學(xué)出版社 2001 2 能光華 數(shù)控機床 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 3 余英良 機床數(shù)控改造設(shè)計與實例 M 北京 機械工業(yè)出版社 2001 4 張俊生 金屬切削機床與數(shù)控機床 M 北京 機械工業(yè)出版社 2000 5 吳國華 金屬切削機床 M 北京 機械工業(yè)出版社 1998 6 董玉紅 邵俊明 機床數(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 機械工業(yè)出版社 1999 10 張新義 經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計 M 北京 機械工業(yè)出版社 1998 11 余英良 機床數(shù)控改造設(shè)計與實例 M 北京 機械工業(yè)出版社 1994 12 王明 數(shù)控實用技術(shù) M 北京 機械工業(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 機電傳動控制 M 武漢 華中科技大學(xué)出版社 2001 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 開 題 報 告 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 途徑 一 本課題要研究或解決的問題 本課題主要是采用微機數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為630mm的車床 要求學(xué)生在對 臥式車床的改造任務(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)計及縱 向進(jìn)給系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計 通過這一典型機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計 培養(yǎng)學(xué)生綜合運 用所學(xué)專業(yè)知識改造開發(fā)新產(chǎn)品及解決工程實際問題的能力 二 本畢業(yè)設(shè)計 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)生在對車床的改造任務(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)計及進(jìn)給系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計 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 撰寫開題報告 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)機械部分和控制部分的詳細(xì)設(shè)計 5 文檔整理 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書及使用說明書 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 當(dāng)數(shù)控車床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后 可根據(jù)此來確定改造方案 目前機 床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)日趨成熟 專用化的機床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般 均能滿足車床的常規(guī)加工要求 因此 較典型的車床數(shù)控改造方案可選擇為 配置專 用車床數(shù)控改造系統(tǒng) 更換進(jìn)給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動 采用步進(jìn)電機 驅(qū)動進(jìn)給運動 配置脈沖發(fā)生器實現(xiàn)螺紋加工功能 配置自動轉(zhuǎn)位刀架實現(xiàn)自動換刀 功能 目前較典型的經(jīng)濟型專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能 a 采用單片微機為主控 CPU 具有直線和圓弧插補 代碼編程 刀具補償和間 隙補償功能 數(shù)碼管二坐標(biāo)同時顯示 自動轉(zhuǎn)位刀架控制 螺紋加工等控制功能 b 配有步進(jìn)電機驅(qū)動系統(tǒng) 脈沖當(dāng)量或控制精度一般為 Z 為 0 01mm X 向為 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 掉電自動保護(hù)存儲器存儲 可以 對程序進(jìn)行現(xiàn)場編輯修改和試運行操作 d 具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序 循環(huán)執(zhí)行程序 機械極限位置自動限位 超程報 警 以及進(jìn)給速度程序自動終止等各類數(shù)控基本功能 2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 對縱向進(jìn)給系統(tǒng)可進(jìn)行開環(huán)控制 驅(qū)動元件可采用步進(jìn)電機 傳動系統(tǒng)采用滾珠 絲杠 縱向進(jìn)給系統(tǒng)如圖 3 所示 步進(jìn)電機經(jīng)一級齒輪減速后 帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動 從而實現(xiàn)進(jìn)給運動 在進(jìn)行該傳動系統(tǒng)設(shè)計時 通常先根據(jù)系統(tǒng)的要求 對各個部 分進(jìn)行單獨設(shè)計 如滾珠絲杠副 齒輪副等 圖3 縱向進(jìn)給系統(tǒng) 數(shù)控機床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開環(huán) 半閉環(huán)和閉環(huán)之分 因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡 單 設(shè)計制造容易 控制精度較好 容易調(diào)試 價格便宜 使用維修方便等優(yōu)點 所 以 本設(shè)計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)如圖 4 所示 采用步進(jìn)電機開環(huán)系 統(tǒng)方案如圖 5 所示 圖 4 開環(huán)控制系統(tǒng) 圖5 采用步進(jìn)電機開環(huán)系統(tǒng)方案 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見 1 對 文獻(xiàn)綜述 的評語 2 對本課題的深度 廣度及工作量的意見和對設(shè)計 論文 結(jié)果的預(yù)測 指導(dǎo)教師 年 月 日 所在專業(yè)審查意見 負(fù)責(zé)人 年 月 日