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南京理工大學
畢業(yè)設計(論文)開題報告
學 生 姓 名：
學 號：
專 業(yè)：
設計(論文)題目：
車床數(shù)控化改造設計
CK6163
指 導 教 師:
年 月 日
開題報告填寫要求
1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導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處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；
3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）；
4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標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，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫
2000字左右的文獻綜述：
文 獻 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)控技術發(fā)展趨勢，最后總結了數(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)控化改造設計
機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結構進行創(chuàng)造性的設計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)，改造后的組成結構如圖1所示。
圖1 改造后系統(tǒng)組成結構
數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結構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)機床的基礎上，僅對局部加以改進而成（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?，F(xiàn)代的數(shù)控技術，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結構，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構。因此，我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中，應在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標盡可能地與數(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。即使將原機床的結構進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
因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度。
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)準備周期。
2 數(shù)控技術發(fā)展趨勢
隨著計算機技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術是關鍵技術，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。在集成化基礎上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等多學科技術，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)絡化基礎上，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)的封閉式體系結構，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。在復雜環(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構，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術實行變革勢在必行[8][9]。
3 數(shù)控化改造的分析方法
其改造涉及到機械、電氣、計算機等領域，是一項理論深、實踐強的系統(tǒng)工程。在進行數(shù)控改造時，應該做好改造前的技術準備。改造過程中，機械修理與電氣改造相結合，先易后難、先局部后全局。
由于本次設計是經(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。我們主要的任務是對其主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)進行改造，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，其機械結構大大簡化，而且實現(xiàn)了從有級調(diào)速到無級調(diào)速的跨越。
3．2 進給系統(tǒng)的設計
對縱向進給系統(tǒng)可進行開環(huán)控制, 驅(qū)動元件可采用步進電機, 傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠，縱向進給系統(tǒng)如圖2所示。步進電機經(jīng)一級齒輪減速后, 帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動, 從而實現(xiàn)進給運動。在進行該傳動系統(tǒng)設計時 ，通常先根據(jù)系統(tǒng)的要求 , 對各個部分進行單獨設計 ，如滾珠絲杠副、齒輪副等[11]。
圖2 縱向進給系統(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?shù)仍?，已?jīng)不能適合當今企業(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
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、計算機等領域，是一項理論深、實踐強的系統(tǒng)工程。在進行數(shù)控改造時，應該做好改造前的技術準備。改造過程中，機械修理與電氣改造相結合，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)控技術的推廣應用，眾多中小企業(yè)面臨的機床數(shù)控改造任務很大，利用先進的數(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
[1] 吳振彪. 機電綜合設計指導[M]. 北京：中國人民大學出版社，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 [M]. 第二版，哈爾濱工業(yè)大學出版社，2001.
[7] 王志平. 數(shù)控機床及應用[M]. 北京：高等教育出版社，1999.
[8] 韓建海. 數(shù)控技術及裝備[M]. 武漢: 華中科技大學出版社,2007.
[9] 朱曉春主. 數(shù)控技術[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[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2001.
[13] 張建綱,胡大鋒．數(shù)控技術[M]．武漢：華中科技大學出版社，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：華中科技大學出版社，2001.
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
２．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)控技術改造最大加工直徑為630mm的車床。要求學生在對臥式車床的改造任務和功能需求作出認真分析的基礎上，做好總體改造方案設計及縱向進給系統(tǒng)的詳細設計。通過這一典型機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)設計，培養(yǎng)學生綜合運用所學專業(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)設計（論文）課題任務的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）
本課題要求學生在對車床的改造任務和功能需求作出認真分析的基礎上，做好總體改造方案設計及進給系統(tǒng)的詳細設計。具體內(nèi)容及要求如下：
（1）調(diào)查研究、查閱及翻譯文獻資料，撰寫開題報告；
（2）改造任務及功能需求分析；
（3）總體改造方案的確定；
（4）縱向進給系統(tǒng)機械部分和控制部分的詳細設計；
（5）文檔整理、撰寫畢業(yè)設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）整體進給系統(tǒng)的設計
當數(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)，更換進給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進電機驅(qū)動進給運動、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） 配有步進電機驅(qū)動系統(tǒng)，脈沖當量或控制精度一般為：Z為0.01mm，X向為0.005mm（要與相應導程的絲杠相配套）。
(c）加工程序大多靠面板按鍵輸入，代碼編制，掉電自動保護存儲器存儲；可以對程序進行現(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，以及進給速度程序自動終止等各類數(shù)控基本功能。
(2)縱向進給系統(tǒng)的設計
對縱向進給系統(tǒng)可進行開環(huán)控制, 驅(qū)動元件可采用步進電機, 傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠，縱向進給系統(tǒng)如圖3所示。步進電機經(jīng)一級齒輪減速后, 帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動, 從而實現(xiàn)進給運動。在進行該傳動系統(tǒng)設計時 ，通常先根據(jù)系統(tǒng)的要求 , 對各個部分進行單獨設計 ，如滾珠絲杠副、齒輪副等。
圖3 縱向進給系統(tǒng)
數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。 因為開環(huán)控制具有結構簡單、設計制造容易、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 采用步進電機開環(huán)系統(tǒng)方案
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
指導教師意見：
1．對“文獻綜述”的評語：
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：
指導教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日