畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 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 本文闡述了機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的必要性，機(jī)床改造的方案以及數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)。使其在生產(chǎn)過程中加工精度明顯提高，定位準(zhǔn)確可靠，操作方便，性能價(jià)格比高。機(jī)床的數(shù)控化改造已成為一種趨勢(shì)。關(guān)鍵詞 機(jī)床 數(shù)控改造 橫向進(jìn)給隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，中、小批量的生產(chǎn)越來越多。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需更換零件加工程序，無需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求 [1]。 對(duì)于機(jī)械制造企業(yè)，單純靠購買新的數(shù)控機(jī)床，所需投資大。為了節(jié)約資金，降低成本，利用原來的部分普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，提高機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率，是一種有效的途徑 [2]。1 機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的必要性1．1 微觀看改造的必要性微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力?？梢约庸こ鰝鹘y(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3～7 倍 [3]。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化” 。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配” ?？蓪?shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無人看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床） ，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等 [4]。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行 FMC（柔性制造單元） 、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及 CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù) [5]。1．2 宏觀看改造的必要性宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在 70 年代末、80 年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS 外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行 MIS（管理信息系統(tǒng)） 、CIMS 等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化） ，最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后 20 年。如我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到 1995 年只有1.9％，而日本在 1994 年已達(dá) 20.8％，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 [6,7]。2 機(jī)床數(shù)控化改造的方案數(shù)控機(jī)床由機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術(shù)三部分組成。普通車床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制車床自動(dòng)完成機(jī)械加工任務(wù)，提高車床的加工精度和生產(chǎn)率。在考慮經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造具體方案時(shí)，所遵循的原則是在滿足需要的前提下，對(duì)原有車床盡可能減少改動(dòng)量，以降低改造成本。改造中需要解決的問題是：將機(jī)械傳動(dòng)部分的進(jìn)給和手動(dòng)控制的刀架轉(zhuǎn)位改造成數(shù)控裝置控制的刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位和自動(dòng)進(jìn)給的數(shù)控加工車床。根據(jù)機(jī)床的有關(guān)資料，確定總體方案為：利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行運(yùn)算處理，發(fā)出的進(jìn)給指令通過 I/O 接口輸出給 X 軸和 Z 軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)齒輪減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由螺母帶動(dòng)刀架直線移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。換刀指令通過刀架控制器控制三相電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)位功能，由脈沖編碼器協(xié)調(diào)完成車削功能，如圖 1 所示。圖 1 總體方案機(jī)床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：（1）恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)；（2）NC 化，在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成 NC 機(jī)床、CNC 機(jī)；（3）翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對(duì)其不滿足生產(chǎn)要求的 CNC 系統(tǒng)以最新 CNC 進(jìn)行更新；（4）技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に?、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造 [8,9]。3 數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)(1) 減少投資額、交貨期短同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省 60％～80％的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購置費(fèi)用的 1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往改造成本提高 2～3 倍，與購置新機(jī)床相比，只能節(jié)省投資 50％左右 [10]。(2) 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限所利用的床身、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。(3) 熟悉了解設(shè)備、便于操作維修購買新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見效快。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn) [11]。(4) 可充分利用現(xiàn)有的條件可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。(5) 可以采用最新的控制技術(shù)可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床 [12]。4 結(jié)束語經(jīng)數(shù)控化改造的機(jī)床就成為了數(shù)控機(jī)床，具有數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，如數(shù)控機(jī)床本身具有的高速、高效和高精度，工序集中，可靠性高等特點(diǎn)。但是改造后的機(jī)床也具有一定的局限性，主要有機(jī)床原有結(jié)構(gòu)精度限制了改造后機(jī)床的加工精度和加工性能；機(jī)床原有的結(jié)構(gòu)形式限制了改造后機(jī)床的加工范圍和數(shù)控化程度。這些不利條件最終影響了改造后機(jī)床的速度和精度 [13]。隨著數(shù)控產(chǎn)業(yè)整體水平的提高，數(shù)控系統(tǒng)的性能、伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)裝置等配套產(chǎn)品的性能也提高很多，對(duì)數(shù)控化改造中機(jī)床速度和精度的提高都非常有利。我國(guó)現(xiàn)有機(jī)床中,近幾年急需技術(shù)改造的約占 25%,這將蘊(yùn)藏著無限商機(jī)。機(jī)床改造主要是采用數(shù)控和計(jì)算機(jī)控制技術(shù),我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展和機(jī)床數(shù)控化改造應(yīng)緊跟世界潮流,發(fā)展多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng),開發(fā)高速、高精度、高效加工中心等關(guān)鍵技術(shù),向智能化方向發(fā)展 [14,15]。參 考 文 獻(xiàn)[1] 閆素珍.聲發(fā)射技術(shù)及其應(yīng)用[J].西安航空技術(shù)高等?？茖W(xué)校校報(bào),2002. [2] 梁家惠,尹作友.聲發(fā)射儀器的發(fā)展[J].無損檢驗(yàn)，1998. [3] 顧京.數(shù)控加工編程及操作[M].北京:高等教育出版社,2002. [4] 夏展宏.32 通道聲發(fā)射特征參數(shù)的實(shí)時(shí)提取[J].無損檢驗(yàn),2003. [5] 尹作友.聲發(fā)射采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].遼寧工學(xué)院院報(bào),2004.[6] 高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社,2005.[7] 楊綸標(biāo),高英儀.模糊數(shù)學(xué)原理及應(yīng)用[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2001.[8] 王福泉,郝啟旺.變頻技術(shù)在空壓機(jī)電機(jī)上的應(yīng)用[J].電機(jī)技術(shù),2002.[9] 孫增圻.智能控制理論與技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.[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,1994.[11] 李洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1999.[12] 陳宏鈞,馬素敏.金屬速查速算手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1994.[13] 范云漲,陳兆年.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.[14] 王啟義,蔡群禮,胡寶珍.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)[M].沈陽:東北工學(xué)院出版社, 1989.[15] 黃祖德.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1992.畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 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：本課題要求在對(duì)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)及橫向進(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(bào)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）橫向進(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。相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)條件及要求如下：（1）床身上最大加工直徑：400mm；最大加工長(zhǎng)度：1000mm；（2）橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量：0.005mm/脈沖，縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量：0.01mm/脈沖；（3）橫向最快的工進(jìn)速度：400mm/min，縱向最快的工進(jìn)速度：800mm/min；（4）換刀時(shí)刀架轉(zhuǎn)速：30r/min；（5）CNC 系統(tǒng)主 CPU 采用單片機(jī)。二、擬采用的研究手段（途徑）：由于該設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在考慮具體方案時(shí)，應(yīng)遵守的基本原則是在滿足使用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。（1）機(jī)械部分改造橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：拆掉原手動(dòng)刀架和小拖板，安裝上數(shù)控刀架；拆掉普通絲桿、光桿進(jìn)給箱和溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，采用一級(jí)齒輪減速，步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在中拖板的后側(cè)。（2）數(shù)控系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)(輪廓)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，CA6140 車床要加工復(fù)雜零件輪廓，其各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有著確定的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。采用以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制。因?yàn)殚_環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。開環(huán)控制多用于負(fù)載變化不大或要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)備中。采用簡(jiǎn)易數(shù)控裝置，以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在微機(jī)控制下的自動(dòng)加工。其工作原理是：根據(jù)加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序，通過數(shù)控裝置上的鍵盤輸入微機(jī)，微機(jī)在監(jiān)控程序的管理下工作，并通過專用控制程序，把用戶加工程序轉(zhuǎn)化成一定頻率和數(shù)量的脈沖信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后驅(qū)動(dòng)縱橫向二臺(tái)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過機(jī)械接口傳動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)刀架縱、橫兩個(gè)方向的頻率。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架由單片機(jī)發(fā)出換刀轉(zhuǎn)位指令，由自動(dòng)刀架驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)使刀架松開、抬起、旋轉(zhuǎn)后再自動(dòng)鎖緊而完成轉(zhuǎn)位換刀過程。該經(jīng)濟(jì)型微機(jī)橫向進(jìn)給系統(tǒng)擬采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，改造方案如圖 1 所示。微機(jī)通過 I/O 接口發(fā)出驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)過光電隔離進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線路，驅(qū)動(dòng)控制線路接受來自數(shù)控車床控制系統(tǒng)的進(jìn)給脈沖信號(hào)，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)各定子繞組依次通電、斷電的信號(hào)，使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng)，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)使工作臺(tái)產(chǎn)生移動(dòng)。圖 1 車床數(shù)控改造的總體方案示意圖綜上所述，本設(shè)計(jì)改造的總體方案為：采用 MCS-51 單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由 I/O 接口輸出步進(jìn)脈沖，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控改造后的車床不僅提高了原車床的精度和自動(dòng)化程度，達(dá)到快速調(diào)整且仍能保持車床的通用性，而且提高了原車床的功能，利用數(shù)控方法準(zhǔn)確地加工任意面的旋轉(zhuǎn)體。光電隔離微機(jī)功率放大步進(jìn)電 機(jī)橫向工作臺(tái)xx畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告指導(dǎo)教師意見：1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語：該生通過閱讀與本課題相關(guān)的參考文獻(xiàn)，進(jìn)行了一定的總結(jié)，撰寫的本文獻(xiàn)綜述能夠反映“臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)—橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的課題背景以及相關(guān)知識(shí)，論文撰寫較通順，符合規(guī)范，達(dá)到了撰寫文獻(xiàn)綜述要求和目的，為畢業(yè)設(shè)計(jì)后期分析打下了良好的基礎(chǔ)。2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：“臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)—橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這一課題的深度、廣度及工作量均適中，合適學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間完成，希望該生能獨(dú)立的進(jìn)行總體改造方案設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)的研究，完成課題的要求，撰寫畢業(yè)論文，達(dá)到進(jìn)行科研訓(xùn)練和本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日