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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目： 拉 伸 試 驗(yàn) 機(jī) 的 數(shù) 控 改 造
姓 名 專 業(yè)：
班 級： 學(xué) 號:
指 導(dǎo) 教 師： 職稱/學(xué)歷
年 月 日
１、課題論證
1.1課題研究的目的與意義
隨著社會的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，各類新材料層出不窮，原有材料的性能也有了質(zhì)的飛躍。如何合理、安全、高效的應(yīng)用材料，其力學(xué)性能的檢驗(yàn)是一項(xiàng)非常重要的工作。在這一大環(huán)境的推動(dòng)下，近年來材料拉伸試驗(yàn)機(jī)行業(yè)也有了長足的發(fā)展。各種新技術(shù)、新方案被大量的應(yīng)用在試驗(yàn)機(jī)領(lǐng)域，因而試驗(yàn)機(jī)的性能有了非常大的提高，使用領(lǐng)域也較過去有了非常大的拓展。舊的老式的試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)不能滿足對材料性能的檢驗(yàn)需要。
液壓萬能試驗(yàn)機(jī)是最常用的材料力學(xué)性能檢測設(shè)備，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和工程質(zhì)量的重要工具，被廣泛的應(yīng)用在機(jī)電、能源、交通等領(lǐng)域。90 年代末期，國內(nèi)的液壓萬能試驗(yàn)機(jī)大多延續(xù)著手動(dòng)操作、鍍盤指示的老式機(jī)型，這在國際上已經(jīng)被淘汰，在國內(nèi)也已不能滿足新修訂的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB228 的要求，急需更新?lián)Q代。液壓萬能試驗(yàn)機(jī)雖然在200KN 以下小量程系列機(jī)型上，面臨著電子萬能試驗(yàn)機(jī)的挑戰(zhàn)，但在中、大量程試驗(yàn)機(jī)領(lǐng)域仍然有著廣闊的市場?，F(xiàn)在中國企業(yè)服役的老式液壓萬能試驗(yàn)機(jī)多達(dá)數(shù)萬臺，多半是些老舊的試驗(yàn)機(jī)，這些機(jī)器已經(jīng)不能夠滿足對材料性能的檢驗(yàn)需要，已經(jīng)阻礙到企業(yè)的發(fā)展。這些機(jī)器都面臨著技術(shù)改造和提升的問題。這次我們研究數(shù)字控制萬能試驗(yàn)機(jī)這個(gè)項(xiàng)目,主要的要求是設(shè)計(jì)一個(gè)力、變形、位移的高精度測量和伺服控制系統(tǒng),來進(jìn)行靜態(tài)液壓萬能試驗(yàn)機(jī)所要求的拉伸、壓縮、彎曲等各種試驗(yàn)。以至來滿足市場對數(shù)控試驗(yàn)機(jī)的需求。
材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)是進(jìn)行材料的力學(xué)各項(xiàng)性能指標(biāo)測試的試驗(yàn)儀器，它主要通過在試驗(yàn)中，對材料的力、變形、位移變化的測量，來計(jì)算力學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目。
目前，估計(jì)國內(nèi)已擁有數(shù)萬臺國產(chǎn)及進(jìn)口的各類試驗(yàn)機(jī)，大多數(shù)為手工控制、操作，主
要用于原材料檢驗(yàn)、質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)、質(zhì)量控制及教學(xué)，擔(dān)負(fù)著材料或產(chǎn)品的常規(guī)力學(xué)性能測試。我們研究這項(xiàng)課題的目的，就是對液壓萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行伺服控制和測量。
1.2文獻(xiàn)綜述（相關(guān)課題國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀）
（一）國內(nèi)數(shù)控改造研究的現(xiàn)狀；
我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從1979～1988年10年間，全國引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有18446項(xiàng)，大約165.8億美元。
這些項(xiàng)目中，大部分項(xiàng)目為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進(jìn)以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護(hù)不當(dāng)，結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良；有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項(xiàng)目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；有的因?yàn)槟芎母?、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進(jìn)較長時(shí)間，需要進(jìn)行技術(shù)更新。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財(cái)富，反而消耗著財(cái)富。
近幾年來我國的一些試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)廠家相繼引進(jìn)了日本等發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù),研制了各種類型的電子萬能試驗(yàn)機(jī),但因價(jià)格較貴,投入使用的還不多見。
一些不能使用或是陳舊的試驗(yàn)機(jī)對市場是個(gè)包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，改造好了就是財(cái)富。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。這也是一個(gè)極大的改造市場。
目前數(shù)控試驗(yàn)機(jī)改造發(fā)展的趨勢繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控改造生產(chǎn)廠家會走上這條道路。液壓萬能試驗(yàn)機(jī)采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、承擔(dān)數(shù)控任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。向高速化和高精度化發(fā)展這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控改造后的系統(tǒng)智能化程度將不斷提高。應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。引入故障診斷專家系統(tǒng)智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置可以通過自動(dòng)識別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。數(shù)控化改造是目前國內(nèi)的新興產(chǎn)業(yè)，由于設(shè)備維修市場發(fā)育不夠成熟，因此規(guī)模較大的 改造企業(yè)尚未形成。市場上多半是一些小型改造企業(yè)，且大都集中在普通車床，銑床的改造上。而對于拉伸試驗(yàn)機(jī)的數(shù)控改造更是近乎為零。
（二）國外數(shù)控改造研究的現(xiàn)狀；
在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的數(shù)控改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。在這些國家里由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，改造業(yè)也得到了長足的發(fā)展，這不可避免地也惠及到了老式試驗(yàn)機(jī)的改造，用數(shù)控技術(shù)改造液壓試驗(yàn)機(jī)也成了市場必然要求，現(xiàn)已形成了試驗(yàn)機(jī)改造，機(jī)床改造和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機(jī)床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等。這些公司專門從事各式機(jī)床、車床、試驗(yàn)機(jī)的數(shù)控改造工作，在原有老式機(jī)床以及試驗(yàn)機(jī)的基礎(chǔ)上添加微機(jī)伺副服控制系統(tǒng)，大大的提高了機(jī)床試驗(yàn)機(jī)的智能化，滿足了企業(yè)的需求。美國得寶公司已在中國開辦公司，數(shù)控改造的試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)在中國市場占有了一席之地。
1.3采用的設(shè)計(jì)方案（基本理論）與技術(shù)路線
為了降低成本，克服液壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)，更為了提高系統(tǒng)的操作自動(dòng)化程度，將系統(tǒng)定為電氣控制，且是機(jī)械傳動(dòng)。且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，所以較合理。
技術(shù)路線及機(jī)械原理如下：
機(jī)械原理如圖所示，由電機(jī)帶動(dòng)一級減速器，再經(jīng)過一級傳動(dòng)帶帶動(dòng)兩根絲杠。此處選擇減速器是為了減少設(shè)計(jì)量。用帶傳動(dòng)是為了降低成本。保證兩根絲杠同步，傳送帶選用齒形帶。絲杠帶動(dòng)螺母，落幕固定在橫梁上，從而使橫梁一起運(yùn)動(dòng)。橫梁又帶動(dòng)夾頭。由于上下夾頭間夾著材料試棒，所以一起運(yùn)動(dòng)而上夾頭與工件下部不動(dòng)，因此試棒就被拉斷。
在絲杠的頂端裝有光電偏碼器，通過測量絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)算出工件的伸長量，從而使系統(tǒng)達(dá)到半閉環(huán)控制，上夾頭端部裝有拉力傳感器，可直接測量作用在工件上的力。
機(jī)械原理圖
1.4可能存在的問題
在設(shè)計(jì)過程中機(jī)械部分可能存在的問題：機(jī)械性能穩(wěn)定性可能受原機(jī)床結(jié)構(gòu)限制，
所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的
機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。
絲杠可能會因?yàn)樵O(shè)計(jì)誤差絲杠作時(shí)可能發(fā)生失穩(wěn)和共振兩種情況，并有可能會產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)是應(yīng)該注意認(rèn)真校核絲杠參數(shù)。
1.5參考文獻(xiàn)
[1]李誠人.數(shù)控化改造.清華大學(xué)出版社，2006，（7）
[2]馬世寧.中國表面工程.機(jī)床數(shù)控化再制造.，2004，（04）：18—22.
[3]時(shí)小軍.中國表面工程.老舊機(jī)床數(shù)控化再制造技術(shù)研究與應(yīng)用，2006，（01）：5—9.
[4]王萬新.德州學(xué)院學(xué)報(bào).機(jī)床改造中滾珠絲杠的選擇研究，2006，（03）：3—8.
[5]鄧建一 .劉寶生.機(jī)械科學(xué)與技術(shù).計(jì)算機(jī)控制大噸位拉伸試驗(yàn)機(jī)提高精度的設(shè)計(jì)方法．1995，(3)：10—13．
[6]李雙義 ，韓熙明.自動(dòng)化與儀表.材料拉伸試驗(yàn)機(jī)的微機(jī)控制系統(tǒng)[J]．1995，(5)：50—52．
[7]陳國華，陳玲.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，萬能電子拉伸試驗(yàn)機(jī)簡易改造極其應(yīng)用，2006（10）：37—39.
[8]Lu J R，Chen G H．et a1． Piezoresistive Materials from Graphite
Nanosheet J J．Polyethylene Composites，2005(15)：I358—1363
[9]Zheng Q，Song Y H，et a1．Piezoresistive poppies of HDPE／graphite
composites[J].J.Mater.Sci.Lett.1999(18)：35—37．
2、答辯組論證結(jié)論
（1）方案可行，技術(shù)路線清晰 □ （2）方案可行，技術(shù)路線基本清晰 □
（3）方案基本可行，技術(shù)路線不很清晰 □ （4）方案和技術(shù)路線不很清晰 □
（5）方案和技術(shù)路線不清晰 □
3、指導(dǎo)教師意見： 教研室主任意見：
指導(dǎo)教師（簽名）： 教研室主任（簽名）：
年 月 日 年 月 日
注：(1) 開題報(bào)告是用文字體現(xiàn)的設(shè)計(jì)（論文）總構(gòu)想，篇幅不必過大，但要把計(jì)劃設(shè)計(jì)的課題、如何設(shè)計(jì)、理論依據(jù)和研究現(xiàn)狀等主要問題說清楚；
(2) 字?jǐn)?shù)不少于3000字，參考文獻(xiàn)不少于6篇，印刷字符在10萬印刷符以上。