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南京理工大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報告
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號：
專 業(yè)：
設(shè)計(jì)(論文)題目：
車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)
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(jì)（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(jì)（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(jì)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?。┰诒鹃_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(jì)（論 文）開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)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(jī)床數(shù)控化率不到3％。用普通機(jī)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(jī)床的數(shù)控化率。本文介紹了機(jī)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(jī)床數(shù)控改造的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 數(shù)控 改造 車床
1 機(jī)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(jì)
機(jī)床的數(shù)控改造，主要是對原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，最終使機(jī)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(jī)電一體化的典型代表，其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機(jī)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(jī)床改裝成建議數(shù)控機(jī)床的另當(dāng)別論）。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點(diǎn)，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(jī)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(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(jī)床的獨(dú)特機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，我們在對普通機(jī)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(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機(jī)床相接近[1-3] 。
1．2 節(jié)省資金
機(jī)床的數(shù)控改造同購置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購置費(fèi)的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級也只需花費(fèi)購買新機(jī)床60%的費(fèi)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(jī)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(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機(jī)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(fèi)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)、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(diǎn)，對制造業(yè)實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、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(shí)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(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)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(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)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(jī)床運(yùn)動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)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(jī)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(jī)因素實(shí)時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)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(shí)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(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，是一項(xiàng)理論深、實(shí)踐強(qiáng)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(jī)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(jì)是經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡化，而且實(shí)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(jì)
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(jī), 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(jī)經(jīng)一級齒輪減速后, 帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動, 從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動。在進(jìn)行該傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)時 ，通常先根據(jù)系統(tǒng)的要求 , 對各個部分進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì) ，如滾珠絲杠副、齒輪副等[11]。
圖2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)
4 機(jī)床數(shù)控改造的特點(diǎn)
我國制造企業(yè)現(xiàn)在有很大一部分機(jī)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?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(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具有投資少、見效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益[12][13]。
5 總結(jié)
經(jīng)過大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。其改造涉及到機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，是一項(xiàng)理論深、實(shí)踐強(qiáng)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械傳動系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)對數(shù)控機(jī)床加工精度和機(jī)床性能的影響，否則，將直接影響數(shù)控機(jī)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(jī)電綜合設(shè)計(jì)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(jī)床[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
[3] 余英良. 機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
[4] 張俊生. 金屬切削機(jī)床與數(shù)控機(jī)床[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.
[5] 吳國華. 金屬切削機(jī)床[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.
[6] 董玉紅，邵俊明. 機(jī)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(jī)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(jī)械工業(yè)出版社，1999.
[10] 張新義．經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.
[11] 余英良．機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.
[12] 王明．?dāng)?shù)控實(shí)用技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
[13] 張建綱,胡大鋒．?dāng)?shù)控技術(shù)[M]．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.
[14] 張建明．機(jī)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(jī)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(jì)（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(jī)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(jì)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。通過這一典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識改造開發(fā)新產(chǎn)品及解決工程實(shí)際問題的能力。
二．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)及進(jìn)給系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。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(jī)械部分和控制部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)；
（5）文檔整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)
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(jī)床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，專用化的機(jī)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(yùn)動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動進(jìn)給運(yùn)動、配置脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動轉(zhuǎn)位刀架實(shí)現(xiàn)自動換刀功能。目前較典型的經(jīng)濟(jì)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(jī)為主控CPU，具有直線和圓弧插補(bǔ)、代碼編程、刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)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(jī)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?yàn)?.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(yùn)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(jī)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(jì)
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(jī), 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(jī)經(jīng)一級齒輪減速后, 帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動, 從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動。在進(jìn)行該傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)時 ，通常先根據(jù)系統(tǒng)的要求 , 對各個部分進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì) ，如滾珠絲杠副、齒輪副等。
圖3 縱向進(jìn)給系統(tǒng)
數(shù)控機(jī)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?yàn)殚_環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)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(diǎn)。所以，本設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)開環(huán)系統(tǒng)方案
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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(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測：
指導(dǎo)教師：
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所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
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