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長春理工大學光電信息學院學生畢業(yè)設計（論文）登記表
分院
機電工程分院
專業(yè)
機械電子工程
班級
08521
學生姓名
丁洪輝
指導教師
張廣杰
設計（論文）起止日期
教研室主任
陳玲
題目名稱（包括主要技術參數(shù)）及要求
1. 題目名稱：X53K立式數(shù)控銑床縱向進給改造設計
2. 要求：本課題是圍繞將X53K立式銑床改造成經(jīng)濟型數(shù)控銑床展開設計的，經(jīng)濟型數(shù)控銑床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。主要技術參數(shù)如下：
（1）工作臺尺寸：400×1600
（2）工作臺行程：縱向：880mm
（3）工作臺及夾具工作重力：縱向：3500N
（4）工作臺進給速度：縱向：1.4m/min
（5）主電機功率：10KW
（6）起動加速時間：30ms
（7）定們精度：±0.01mm
（8）代碼制：ISO
（9）輸入方式：增量值、絕對值通用
（10）控制坐標數(shù)：3
（11）最小指令值：0.01～0.005/脈沖
（12）自動升降速性能：有
將銑床改造成用MCS-51系列單片機控制的經(jīng)濟型數(shù)控銑床，步進電機開環(huán)控制，要求具有直線和圓弧插補功能。機械部分要求計算，硬件電路部分要求用8031作CPU，控制系統(tǒng)中要求包括擴展程序存儲器、擴展數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口芯片、譯碼電路及鍵盤、顯示等外設、硬件電路要求包括3個坐標系統(tǒng)。
論文開題報告（設計方案論證）
應包括以下幾方面的內(nèi)容：
1、 本課題研究的意義；2、調(diào)研（社會調(diào)查）情況總結(jié)；3、查閱文獻資料情況（列出主要文獻清單）；4、擬采取的研究路線；5、進度安排。
1. 本課題研究的意義：
進行數(shù)控機床的改造是非常有必要的。數(shù)控機床可以很好地解決形狀復雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是數(shù)控機床的運用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通銑床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設備技術改造主要方向之一。
2. 調(diào)研情況總結(jié)：
為了更好的完成本設計，我參觀了長春第一機床廠，并在網(wǎng)上查閱了大量有關資料，對壓力機的功能、原理及結(jié)構有了直觀的了解，對順利完成本設計起到了至關重要的作用。
3. 參考文獻：
[1] 《機床設計手冊》編寫組《機床設計手冊》機械工業(yè)出版社，1979年
[2] 郝忠軍 雷曉玲《綜合作業(yè)指導書》全國高等教育自考指導委員會
[3] 陸玉、何在洲、佟延偉主編：《機械設計課程設計》，機械工業(yè)出版社，2000年8月第3版
[4] 華東紡織工學院，哈爾濱工業(yè)大學，天津大學主編：《機床設計圖冊》，上海科學技術出版社，1979年6月
[5] 石光源、周積義、彭福蔭主編：《機械制圖》，高等教育出版社，1990年5月第3版
[6] 李廣弟主編：《單片機基礎》，北京航空航天大學出版社，1994年6月第一版
[7] 中國機械工業(yè)教育協(xié)會組編 .數(shù)控技術. 北京：機械工業(yè)出版社， 2001出版
[8]．《機械設計手冊》編寫組編 機床設計手冊2 機械工業(yè)出版社 1980年8月出版
[9]．《機械設計手冊》編寫組編 機床設計手冊3 機械工業(yè)出版社 1986年12月出版
[10]．東北大學《機械零件設計手冊》編寫組編 機床零件設計手冊 第三版 冶金工業(yè)出版社 1994年5月出版
[11]．華東紡織工學院、哈爾濱工業(yè)大學、天津大學主編 機床設計圖冊 上海科學技術出版社 1979年6月出版
4.擬采取的研究路線：
指導老師下達任務→充分理解本課題要解決的問題→查閱文件和素材（圖書館、上網(wǎng)）→翻譯英文資料（吉林省圖書館，長春市圖書館，達新校區(qū)圖書館）→到長春第一機床廠參觀→撰寫論文（吉林省圖書館，長春市圖書館，達新校區(qū)圖書館）→CAD繪圖→指導教師審查→修改、完善、定稿→準備答辯。
5．進度安排：
2月 28日— 3月 15日 查閱文件，書籍材料。
3月16日—3月 29日 翻譯英文材料。
3月30日—4月 26日 寫課題論文，寫初稿。
4月 27日—5月 17日 完善論文，定稿。
5月 18日—6月7日 繪制設計草圖、打印。
6月8日—6月 17日 整理，熟悉文件,準備答辯
指導教師審閱意見：
年 月 日
記事：
指導教師審閱意見：
年 月 日
長春理工大學光電信息學院
畢業(yè)設計（論文）題目申報表
院 別 機 電 工 程 分 院
教 研 室 機 械 工 程 教 研 室
指導教師 張廣杰 職稱 講師
職稱
2012年03月01日
題目名稱
X53K立式數(shù)控銑床縱向進給改造設計
題目類別
設計類
√
題目性質(zhì)
結(jié)合實際
√
專業(yè)
參加本題目學生人數(shù)
1人
論文類
虛擬題目
題目來源、教師準備情況、主要培養(yǎng)學生哪些能力
1．本題目來源于指導教師的命題。
2．指導教師對此課題有較深的理論基礎及經(jīng)驗，在師生共同努力下定能順利、按期完成該課題設計。
3．本課題主要培養(yǎng)學生對已有知識的運用能力、查找資料和閱讀能力、英譯漢的能力、工程機械的設計、制造能力。
題 目 內(nèi) 容 及 要 求
題目內(nèi)容：
本課題是圍繞將X53K立式銑床改造成經(jīng)濟型數(shù)控銑床展開設計的，經(jīng)濟型數(shù)控銑床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。
要求：
1.寫出1～1.5萬字的論文，繪制總裝圖和重要的零件圖。
論文內(nèi)容包括:
（1）總體方案的確定及框圖。
（2）機械部分設計計算。
（3）進給伺服系統(tǒng)結(jié)構設計。
（4）硬件部分電路的設計。
（5）凸輪加工程序。
2.將一篇與本課題有關的英文資料，翻譯成中文（約5000字）。
實
踐
環(huán)
節(jié)
安
排
實習
4周
實驗
計算機應用
計算機繪圖4周
中、外文參考資料：
[1] 《機床設計手冊》編寫組《機床設計手冊》機械工業(yè)出版社，1979年
[2] 郝忠軍 雷曉玲《綜合作業(yè)指導書》全國高等教育自考指導委員會
[3] 陸玉、何在洲、佟延偉主編：《機械設計課程設計》，機械工業(yè)出版社，2000年8月第3版
[4] 華東紡織工學院，哈爾濱工業(yè)大學，天津大學主編：《機床設計圖冊》，上?？茖W技術出版社，1979年6月
[5] 石光源、周積義、彭福蔭主編：《機械制圖》，高等教育出版社，1990年5月第3版
[6] 李廣弟主編：《單片機基礎》，北京航空航天大學出版社，1994年6月第一版
[7] 中國機械工業(yè)教育協(xié)會組編 .數(shù)控技術. 北京：機械工業(yè)出版社， 2001出版
[8] 《機械設計手冊》編寫組編 機床設計手冊2 機械工業(yè)出版社 1980年8月出版
[9]《機械設計手冊》編寫組編 機床設計手冊3 機械工業(yè)出版社 1986年12月出版
[10]東北大學《機械零件設計手冊》編寫組編 機床零件設計手冊 第三版 冶金工業(yè)出版社 1994年5月出版
[11]華東紡織工學院、哈爾濱工業(yè)大學、天津大學主編 機床設計圖冊 上?？茖W技術出版社 1979年6月出版
教研室主任
審 批 簽 字
分 院 院 長
審 批 簽 字
注：題目類別和題目性質(zhì)請用符號√填在相應欄內(nèi)。
Using digital computer to control overseas processing from the s began. In 1952, the Massachusetts institute of technology in a vertical milling machine mounted a set of experimental numerical control system, and successfully realizing and the control of three axis movement, it became the world's first numerical control machine. Since then, from 60 s, some other industrial countries, such as Germany and Japan were development production and use of numerical control machine. 1974 microprocessor directly for nc machine tools, and further promote the popularization and application of the numerical control machine and developing. Along with numerical control function of machine more and more perfect, reliability and performance more and more high, it gradually in manufacturing bear the more and more important role.
The development of numerical control machine in China began in 1958, after decades of development, until after the 80 s introduced Japan, the United States, Spain and other countries CNC servo and servo system technology, the numerical control technology in our country have qualitative leap; applications gradually spread out, numerical control technology industry to gradually form scale.
In recent years, our country business enterprise of numerical control machine tool share is rising year by year, in large and medium-sized enterprise has more
Use, in the small and medium-sized enterprises and even individual enterprises generally also in begin to use. 2001 domestic numerical control metal-cutting lathes production has up to 1. 80000 units, a year-on-year growth 28. 5%, numerical control machine tool industry output rate from 2000 in 17. 4% increase to 2001 years of 22. 7%. In 2001, China's industrial output has entered the world machine 5 th, machine tool in the world's consumption rose to third place to 47. $3.9 billion, after the United States 53. 6.7 billion dollars, spending up 25% on the previous year. But because the home-made numerical control machine tool can't meet the demand of the market, China's imports of goods machine show ascendant trend, the import of 2001 machine tools jumped to second place in the world, for 24. $0.6 billion, a 27% increase from the previous year. In recent years, our country export growth of large nc machine tools have CNC lathe, CNC grinding machine, CNC special processing machines, CNC cutting machine, CNC forming bending machine, CNC machines, ordinary machine tools have drilling machine, thread-rolling, slotting machines, broaching machine, combination machine tools, hydraulic press, woodworking machinery, etc. Export of the numerical control machine tool breed with cheap primarily.
Because of the rapid development of modern industry, the market demand change of more and more diverse, many varieties, medium and small batch and even single production occupies considerable proportion, has become more and more common machine tool can not meet the modern processing technology and improve labor productivity requirements. If the equipment all update replacement, not only little capital investment, cost is too high, and of the original equipment idle and would cause great waste. Now science and technology development soon, especially microelectronics technology and the development of computer technology faster, applied to numerical control system, it can improve the automation degree of machine tool, and can improve the machining precision, so the most economical way is the numerical control machine tool for ordinary transformation. This can improve the processing productivity, improve the processing technology, still can reduce funds, and to reduce the labor intensity, shorten the order a new numerical control machine delivery cycle time. Practice has shown the economical nc milling machine common transformation has the significant practical value, is this, in the old milling machine on the nc transformation has a good market prospect.
Our country at present the machine tool gross 380 more than ten thousand sets, of which only 113400 units total numerical control machine, numerical control machine tools in China that is less than 3%. In the past 10 years, our country numerical control machine tool annual output is about 0.6 ~ 08000 sets, and annual output value is about 1.8 billion yuan. The numerical control machine tool annual rate of 6%. YiLing machine tools in China for more than 10 years of above 60%; 10 years the following machine, automatic and semi-automatic machine is less than 20%, FMC/FMS automation production line more numbered (the United States and Japan to be automatic and semi-automatic machine tool is more than 60%). Most of our manufacturing industry is visible and enterprise production, processing equipment of the vast majority of the traditional machine tool, and more than half YiLing is over 10 years old machine tools. In this equipment processing out of the common product quality is poor, variety, top grade, and less, the high cost and low long delivery, and in the international and domestic market less competitive, directly affecting an enterprise products, market, benefits and affect the enterprise survival and development. So must raise the rate of numerical control machine tools. Since our country since the reform and opening up, a lot of enterprise introduced from abroad technology, equipment and production line technical reform. According to not complete count, from 1979 to 1988, 10 years, the introduction of technical renovation programs have 18446 items, about 16.58 billion dollars. These projects, most of the project for the economic construction of our country play a proper role. But some introduced project for a variety of reasons, equipment or production line can't run, even paralysis, make the efficiency of enterprises is affected, serious make enterprise in trouble. Some equipment, production line imported from abroad later, some bad digestion and absorption, spare parts is not complete, maintain undeserved, running the bad; Some introduction only pay attention to when importing the equipments, instruments, the production line, ignore software, technology, management, causing the project is not complete and equipment cannot exert potential; Some even cannot start the operation, doesn't play its role; Some in the production line of products sold very well, but because equipment failure can't DaChan standard; Some because of the products, high energy consumption is low and cause losses; Some has introduced a long time, need to update technology. A variety of reasons make some equipment not only create wealth, but consuming wealth. These can't use of equipment, production line is a burden, also is a group of large stock assets, fixed is wealth. As long as find the main technical difficulties, and solve the key technical issues, can activate the least investment the largest stock assets, to win the biggest economic benefits and social benefits. This is also a great transformation market.
This topic is X53K vertical milling machine around will transform into economical CNC milling machine on the design, economical nc milling machine is to point to the price cheap, convenient in operation, and suitable for China's national conditions of a simple numerical control system of high efficiency automation machine tools. Small and medium enterprise in order to develop production, often hope on the original old machine tool transformation, achieve numerical control, automation. Economical nc milling machine system is combined with the actual production of reality, and combined with actual situation in China, and to meet the basic function system, under the precondition of prices as low as possible. Cheap price, performance to price moderate is the most main characteristic, especially suitable for occupies the larger proportion in the equipment of ordinary milling machine transformation, suitable for the first line in the production of large area promotion. Enterprise application type economical nc system to equipment after the transformation, the product will improve the machining accuracy and batch production ability and keep the "universal processing" and "special high efficiency" the two properties, improve equipment to upgrade their products of strain capacity, enhance the enterprise the competitive ability.
Using the microcomputer transform the existing common milling machine, the main problems which should be solved is how to mechanical drive into manual control tool to and the inversion, and into to transform into controlled by computer automatic transfer tool and automatically feed processing a milling machine, namely economical nc milling machine.
For the renovation of the numerical control machine is very necessary. Numerical control machine tool can well solve the complex shape, precision and small batch and changeable parts processing problem. Can stable quality and improve production efficiency processing, but the use of numerical control machine have also been other limitations. Such as: the numerical control machine tool is expensive, one-time investment huge etc, therefore, the CNC milling machine common transformation, bright prospects. It is suitable for China's economic level, the education level and production level, has become China's equipment technical reform one of main direction. And is currently in the machinery industry, with the development of market economy, the product update cycle more and more short, medium and small batch production possession of proportion is more and more big, the precision of mechanical products and quality requirements are constantly to improve and push forward. So the common machine getting more and more difficult to meet the requirement of treatment, and because of the technical level of the increase, the price of numerical control machine in declining, therefore, nc machine tools in the use of mechanical industry will become more and more common, and the original of the machine tool to ordinary numerical control reform should also be more and more widely, in accordance with the design of the task design X53K vertical milling machine numerical control the transformation.
國外利用數(shù)字計算機進行控制加工是從40年代開始的。1952年美國麻省理工學院在一臺立式銑床上裝了一套試驗性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實現(xiàn)同時控制三軸的運動，它成了世界上第一臺數(shù)控機床。此后，從60年代開始，其他一些工業(yè)國家如德國、日本等陸續(xù)地開發(fā)生產(chǎn)及使用數(shù)控機床。1974年微處理機直接用于數(shù)控機床，進一步促進了數(shù)控機床的普及應用和大力發(fā)展。隨著數(shù)控機床的功能越來越完善，可靠性和性能越來越高，它在制造業(yè)中逐漸擔當了越來越重要的角色。
我國數(shù)控機床的研制是從1958年開始的，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，直至80年代后引進了日本、美國、西班牙等國數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術后，我國的數(shù)控技術才有質(zhì)的飛躍，應用面逐漸鋪開，數(shù)控技術產(chǎn)業(yè)才逐步形成規(guī)模。
近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多
的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。2001年國內(nèi)數(shù)控金切機床產(chǎn)量已達1. 8萬臺，比上年增長28. 5%，機床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從2000年的17. 4%提高到2001年的22. 7%。2001年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值己進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47. 39億美元，僅次于美國的53. 67億美元，消費額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24. 06億美元，比上年增長27％。近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數(shù)控機床品種以中低檔為主。
由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，市場需求變的越來越多樣化，多品種、中小批量甚至單件生產(chǎn)占有相當大的比重，普通機床已越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞動生產(chǎn)率的要求。如果設備全部更新替換，不僅資金投入太大，成本太高，而且原有設備的閑置又將造成極大的浪費。如今科學技術發(fā)展很快，特別是微電子技術和計算機技術的發(fā)展更快，應用到數(shù)控系統(tǒng)上，它既能提高機床的自動化程度，又能提高加工精度，所以最經(jīng)濟的辦法就是進行普通機床的數(shù)控改造。這樣既可以提高加工生產(chǎn)率，改善加工工藝，還可以減少資金投入，減輕工人的勞動強度，縮短訂購新的數(shù)控機床的交貨周期時間。實踐已經(jīng)證明普通銑床的經(jīng)濟型數(shù)控改造具有重大的實際價值，為此，在舊有銑床上進行數(shù)控改造有著較好的市場前景。
我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3％。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6％。我國機床役齡10年以上的占60％以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20％，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60％以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(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。我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術、設備和生產(chǎn)線進行技術改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，從1979～1988年10年間，全國引進技術改造項目就有18446項，大約165.8億美元。這些項目中，大部分項目為我國的經(jīng)濟建設發(fā)揮了應有的作用。但是有的引進項目由于種種原因，設備或生產(chǎn)線不能正常運轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴重的使企業(yè)陷入困境。一些設備、生產(chǎn)線從國外引進以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護不當，結(jié)果運轉(zhuǎn)不良；有的引進時只注意引進設備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設備故障不能達產(chǎn)達標；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術更新。種種原因使有的設備不僅沒有創(chuàng)造財富，反而消耗著財富。這些不能使用的設備、生產(chǎn)線是個包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財富。只要找出主要的技術難點，解決關鍵技術問題，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)濟效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。
本課題是圍繞將X53K立式銑床改造成經(jīng)濟型數(shù)控銑床展開設計的，經(jīng)濟型數(shù)控銑床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟型數(shù)控銑床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實的的生產(chǎn)實際，結(jié)合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。價格便宜、性能價格比適中是其最主要的特點，特別適合在設備中占有較大比重的普通銑床改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應用經(jīng)濟型數(shù)控型系統(tǒng)對設備進行改造后，將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應變能力，增強企業(yè)的競爭能力。
利用微機改造現(xiàn)有的普遍銑床，主要應該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位，進給改造成由計算機控制的刀架自動轉(zhuǎn)位以及自動進給加工銑床，即經(jīng)濟型數(shù)控銑床。
進行數(shù)控機床的改造是非常有必要的。數(shù)控機床可以很好地解決形狀復雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是數(shù)控機床的運用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通銑床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設備技術改造主要方向之一。并且目前在機械行業(yè)中，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，產(chǎn)品更新周期越來越短，中小批量的生產(chǎn)所占有的比例越來越大，對機械產(chǎn)品的精度和質(zhì)量要求也在不斷地提高與推進。所以普通機床越來越難以滿足加工的要求，同時由于技術水平的提高，數(shù)控機床的價格在不斷下降，因此，數(shù)控機床在機械行業(yè)中的使用將越來越普遍，而對原有普通機床的數(shù)控化改造也應是越來越廣泛，依照設計任務本設計對X53K立式銑床進行了數(shù)控化改造。