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1、毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：学 号：专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：卧式车床数控化改造设计 纵向进给系统设计 指 导 教 师: 2009年3月22日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）
2、在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量
3、差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。本文介绍了机床数控改造的意义，阐述了数控技术发展趋势，最后总结了数控化改造的分析方法以及机床数控改造的特点。 关键词 数控 改造 车床1 机床数控改造的意义11 普通车床的数控化改造设计机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态，改造后的组成结构如图1所示。图1 改造后系统组成结构数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备
4、上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成（那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论）。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近1-3
5、。12 节省资金机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基45。 13 性能稳定可靠因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。14 提高生产效率机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 2 数控技术发展趋势随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨
6、资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上
7、，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工6,7。长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CA
8、M中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行89。3 数控化改造的分析方法其改造涉及到机械、电气、计算机等领域，是一项理论深、实践强的系统工程。在进行数控改造时，应该做好改造前的技术准备。改造过程中，机械修理与电气改造相结合，先易后难、先局部后全局。由于本次设计是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。我们主要的任务是对其主传动系统、进给传动系统进行改造，通过改
9、造使其具有数控机床的一般特性10。31 主轴系统改造拆除了原来的主轴变速箱，采用机械无级变速器和分级齿轮变速相结合的方案，分级齿轮采用拨叉的方式，主轴的调速范围可以从100rpm到4000rpm，与原来的多级齿轮调速相比，其机械结构大大简化，而且实现了从有级调速到无级调速的跨越。32 进给系统的设计对纵向进给系统可进行开环控制, 驱动元件可采用步进电机, 传动系统采用滚珠丝杠，纵向进给系统如图2所示。步进电机经一级齿轮减速后, 带动滚珠丝杠转动, 从而实现进给运动。在进行该传动系统设计时 ，通常先根据系统的要求 , 对各个部分进行单独设计 ，如滚珠丝杠副、齿轮副等11。图2 纵向进给系统4 机
10、床数控改造的特点 我国制造企业现在有很大一部分机床属于比较陈旧的普通车床，由于使用时间较长、保养不利、操作不当等原因，已经不能适合当今企业所面临的激烈竞争。所以很多企业纷纷将现有机床改造成经济型数控机床，这种做法具有投资少、见效快的特点。事实证明：用较少的资金，将普通机床改造升级为数控机床，可以为企业带来可观的经济效益1213。5 总结经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。其改造涉及到机械、电气、计算机等领域，是一项理论深、实践强的系统工程。在进行数控改造时，应该做好改造前的技术准备。改造过程中，机械修理与电气改造相结合，先易后难、先局部后全局, 我国企业的传统机床
11、存量很大，随着数控技术的推广应用，众多中小企业面临的机床数控改造任务很大，利用先进的数控系统改造传统机床是成本低，见效快，效率高的好办法。在数控改造中应注意机械传动系统和电气系统对数控机床加工精度和机床性能的影响，否则，将直接影响数控机床的工作精度和工作稳定性，影响产品质量和生产效率1415。参 考 文 献1 吴振彪. 机电综合设计指导M. 北京：中国人民大学出版社，2001.2 能光华. 数控机床M. 北京：机械工业出版社，2004.3 余英良. 机床数控改造设计与实例M. 北京：机械工业出版社，2001.4 张俊生. 金属切削机床与数控机床M. 北京：机械工业出版社，2000.5 吴国华.
12、 金属切削机床M. 北京：机械工业出版社，1998.6 董玉红，邵俊明. 机床数控技术 M. 第二版，哈尔滨工业大学出版社，2001.7 王志平. 数控机床及应用M. 北京：高等教育出版社，1999.8 韩建海. 数控技术及装备M. 武汉: 华中科技大学出版社,2007. 9 朱晓春主. 数控技术M.北京：机械工业出版社，1999. 10 张新义经济型数控机床系统设计M北京：机械工业出版社，1998.11 余英良机床数控改造设计与实例M北京：机械工业出版社，1994.12 王明数控实用技术M北京：机械工业出版社，2001.13 张建纲,胡大锋数控技术M武汉：华中科技大学出版社，2000.14
13、张建明机电一体华系统控制M北京：高等教育出版社，2001.15 邓星钟机电传动控制M武汉：华中科技大学出版社，2001. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一本课题要研究或解决的问题本课题主要是采用微机数控技术改造最大加工直径为400mm的普通卧式车床。要求学生在对卧式车床的改造任务和功能需求作出认真分析的基础上，做好总体改造方案设计及纵向进给系统的详细设计。通过这一典型机电一体化产品的开发设计，培养学生综合运用所学专业知识改造开发新产品及解决工程实际问题的能力。二本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等
14、）本课题要求学生在对卧式车床的改造任务和功能需求作出认真分析的基础上，做好总体改造方案设计及纵向进给系统的详细设计。具体内容及要求如下：（1）调查研究、查阅及翻译文献资料，撰写开题报告；（2）改造任务及功能需求分析；（3）总体改造方案的确定；（4）纵向进给系统机械部分和控制部分的详细设计；（5）文档整理、撰写毕业设计说明书及使用说明书。相关设计技术条件及要求如下：（1）床身上最大加工直径：400mm；最大加工长度：1000mm；（2）横向进给脉冲当量：0.005mm/脉冲，纵向进给脉冲当量：0.01mm/脉冲；（3）横向最快的工进速度：400mm/min，纵向最快的工进速度：800mm/min
15、；（4）换刀时刀架转速：30r/min；（5）CNC系统主CPU采用单片机。三本课题拟采用的研究手段（途径）（1）整体进给系统的设计当数控车床的性能和精度等内容基本选定后，可根据此来确定改造方案。目前机床数控改造技术已经日趋成熟，专用化的机床数控改造系统所具备的性能和功能一般均能满足车床的常规加工要求。因此，较典型的车床数控改造方案可选择为：配置专用车床数控改造系统，更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动、采用步进电机驱动进给运动、配置脉冲发生器实现螺纹加工功能、配置自动转位刀架实现自动换刀功能。目前较典型的经济型专用车床数控改造系统具有下列基本配置和功能：（a）采用单片微机为主控CPU，具
16、有直线和圆弧插补、代码编程、刀具补偿和间隙补偿功能、数码管二坐标同时显示、自动转位刀架控制、螺纹加工等控制功能。 (b） 配有步进电机驱动系统，脉冲当量或控制精度一般为：Z为0.01mm，X向为0.005mm（要与相应导程的丝杠相配套）。 (c）加工程序大多靠面板按键输入，代码编制，掉电自动保护存储器存储；可以对程序进行现场编辑修改和试运行操作。 (d）具有单步或连续执行程序、循环执行程序、机械极限位置自动限位、超程报警，以及进给速度程序自动终止等各类数控基本功能。 (2)纵向进给系统的设计对纵向进给系统可进行开环控制, 驱动元件可采用步进电机, 传动系统采用滚珠丝杠，纵向进给系统如图3所示。
17、步进电机经一级齿轮减速后, 带动滚珠丝杠转动, 从而实现进给运动。在进行该传动系统设计时 ，通常先根据系统的要求 , 对各个部分进行单独设计 ，如滚珠丝杠副、齿轮副等。图3 纵向进给系统数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。 因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统，开环控制系统如图4所示，采用步进电机开环系统方案如图5所示。图4 开环控制系统图5 采用步进电机开环系统方案 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：该生通过阅读与本课题相关的参考文献，进行了一定的总结，撰写的本文献综述能够反映“卧式车床数控化改造设计纵向进给系统设计”的课题背景以及相关知识，论文撰写较通顺，符合规范，达到了撰写文献综述要求和目的，为毕业设计后期分析打下了良好的基础。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：“卧式车床数控化改造设计纵向进给系统设计”这一课题的深度、广度及工作量均适中，合适学生在毕业设计期间完成，希望该生能独立的进行总体改造方案设计及纵向进给系统的详细设计的研究，完成课题的要求，撰写毕业论文，达到进行科研训练和本科毕业设计的要求。 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日
卧式车床数控化改造设计纵向进给系统设计开题报告
