26 宋 明 开题报告

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本科毕业论文（设计）开题报告姓名：宋明学号：0612090110学院：机电学院专业：机械设计制造及其自动化班级：B0901指导教师：卢岩开题日期：2012年12月16日 毕业论文（设计）题目CA6136型机床进给系统数控化改造课题来源□科研√应用□教学□其它成果类别□论文√设计一、课题的研究意义（选题的目的、依据，课题的理论意义和现实意义）现今中小企业，它们规模较小，资金有限、工人技术水平低，加工的产品也多属于精度要求不高的产品，对普通机床使用数量大，因此让他们购置大量的精度高的数控机床是不现实的，而一些产品又需要数控加工才能完成，因此如何解决这一矛盾是本课题研究的方向。从宏观上看，工业发达国家的机械工业，在上个世纪70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际的市场上竞争力大为增强。而我国在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的能力。其优越性表现为：1.可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。2.可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。3.加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。4.可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。5.拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。传统改造CA6136型机床方法是利用旧机床进行改进，但机器器件老化和损坏，存在功能性问题；机床电气已经老化，存在运行及辅助功能故障率高问题。因此传统的旧机床数控化改造思想已不适应当今企业发展的需要，本课题即拟采用CA6136型机床进给系统数控化改造，不再现以往的数控机床改造那样进行大规模的更换，而是在现有精度良好的机床上，在不改变原有机床结构的情况下进行改造。其成本低，效率高并可一机多用，极具应用价值。 二、课题研究的主要内容：（课题研究的重点和在研究过程中要解决的关键问题，所要实现预期成果）1．课题研究的重点(1)对所需车床功率、扭矩、切削力进行计算。(2)进给系统零部件件设计；(3)数控电气设计，包括机床电路图，实现所要求的控制。(4)校核各部分的强度。2．主要设计内容(1)伺服驱动电机的选择；(2)控制芯片的选择；(3)进给伺服系统设计计算；(4)单片机控制系统设计；3．拟解决的关键技术(1)伺服系统的参数选择。(2)执行机构及运动方式的确定及结构设计。(3)控制芯片的选择。(4)接口电路及辅助电路具体设计4.实现的预期成果（１）可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。达到普通机床与数控机床的完美结合。（２）可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。　　（３）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。（４）可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。（５）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 三、课题的研究方法：（课题研究所采用的方法、技术路线以及研究思路等）1.课题的研究方法与技术路线(1)总体设计方案机床数控系统总体方案的拟订应包括以下内容：伺服系统的选择，执行机构及运动方式的确定，控制芯片的选择等内容。一般应根据设计任务，机床实际情况和要求提出几个总体方案，进行综合分析，比较和论证，最后选出一个合理的总体方案。(2)进给伺服系统设计计算此部分为机械部分，它包括脉冲当量的确定；滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型；进给伺服系统的传动计算；步进电机的计算和选用；(3)单片机控制系统设计此部分包括设计并绘制控制系统硬件原理图。(4)绘出总装图。(5)编制设计说明书。2.课题的研究思路(1)查阅有关资料，对改造对象进行全面的检查，确定改造目标、用途；(2)拆卸、清洗、确认设备的老化程度和磨损状态；进行机械精度修理，修正设备精度；(3)对所需车床功率、扭矩、切削力进行计算，选择合适的标准件。(4)保留原机床的结构不做任何变动在大托板后侧加装独立的数控进给装置；(5)手动操作和数控操作相互独立、可以任选一种方式手动操作可以不依赖于数控系统；(6)各部分数控电气设计，机械件设计，实现所要求的控制；(7)校核各部分的强度，模拟安装。机械电气的现场安装调试试运行，培训、验收等。四、课题计划进度（各阶段计划完成的内容和所需时间）进度安排完成内容2009年10月16日—2009年11月30日撰写开题报告并准备答辩2009年12月01日—2010年01月20日充实和完善课题设计资料并完成初步设计要求2010年01月20日—2010年03月20日完成总体结构设计2010年03月20日—2010年04月01日改造分析与计算2010年04月01日—2010年04月10日各系统的设计与校核2010年04月10日—2010年04月30日绘制总装图及零件图2010年04月30日—2010年05月20日撰写设计说明书2010年05月20日—2010年05月26日毕业设计（论文）审查定稿 五、指导教师评语和意见：宋明同学从对传统机床改造成数控机床这一命题出发，较深入地分析了数控机床各部分的作用和功能，并能对课题提出了与传统改造不同的方案，设计方案选择合理，课题立意明确，技术路线可行，研究内容充实，方法切实有效，学生本人对数控机床的国内外现状有了全面地了解，能够完成本研究课题，并撰写出达到本科学士学位论文要求的毕业论文,同意开题。指导教师（签字）：年月日六、所在系审查意见：同意开题系主任（签字）：年月日注：1．本表一式四份，指导教师一份，二级学院存档一份，学生本人二份一份留用、一份装订于毕业论文（设计）资料中。2．开题报告后需附关于本课题的文献综述。3．各项若不够请加附页或扩展表格。 4．指导教师、系主任的签字及日期必须手写，不得打印。附、文献综述一、国内外研究现状及发展动态：1.数控系统发展简史1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。(1)数控（NC）阶段（1952～1970年）早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIREDNC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代——电子管；1959年的第二代——晶体管；1965年的第三代——小规模集成电路。(2)计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在） 到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的“通用”两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件——运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。　　到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。　　到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。　　总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代——小型计算机；1974年的第五代——微处理器和1990年的第六代——基于PC（国外称为PC—BASED）。　　还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的“数控”，实质上已是指“计算机数控”。2.数控未来发展的趋势(1)继续向开放式、基于PC的第六代方向发展　　基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。(2)向高速化和高精度化发展　　这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。(3)向智能化方向发展　　随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。应用自适应控制技术:数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。引入专家系统指导加工:将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。引入故障诊断专家系统智能化数字伺服驱动装置:可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。 在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒”的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3％。近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6％。我国机床役龄10年以上的占60％以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20％，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60％以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。二、文献的查阅范围及手段：Kluwer全文期刊数据库、Asme数据库、SpringerLink全文期刊数据库、ElsevierScience期刊等电子期刊全文数据库、中国期刊网、万方期刊网、重庆维普全文数据库、中国机械设计手册及机床设计图册、导师提供的部分资料、通过互联网检索等。 三、主要参考文献：[1]张曙《数控机床发展的新趋势》.数控机床市场.2004年08期.[2]刘丽云，王元娥.普通机床数控化改造中要考虑的主要问题[J].装备制造技术，2007，(4).[3]赵忠敏.机床数控化改造的研究[J]煤矿机电.2005,(5).[4]荣西林《电工与电子技术》北京：冶金工业出版社，2001.[5]刘杰等编著《机电一体化设计》北京：冶金工业出版社，2003.1[6]孙志礼，冷聚兴，魏延刚，曾海泉《机械设计》东北大学出版社2000.9.[7]孙志礼等主编《机械设计》沈阳：东北大学出版社，2000.9.[8]靳龙《数控加工中心进给系统设计分析》　《机械研究与应用》-2005年5期.[9]常兴，刘国锋，田勇.普通车床数控化改造及其设计计算.现代制造工程2005(8).[10]《OptimalPrincipleofCuttingToolforNCMachine-Center》PUWenyu《MechanicalEngineering&Automation》2005（01）.[11]《AutomaticToolChangerofNCMachiningCenter》LIUWei《MachineTool&Hydraulics》2005（05）.[12]周延佑.世界数控系统的发展与机床数控化改造[J].中国机电日报，2003.3.16.[13]雷学东.数控原理与系统[M].南京：南京大学出版社，2002.6.[14]卢胜利，王睿鹏，祝玲．现代数控系统[M]．北京：机械工业出版社，2006．[15]王计文.浅谈普通机床的数控改造[J].机床与液压.1999(3):82-83.[16]晏初宏.数控机床与机械结构[M].北京：机械工业出版社，2005.[17]杨叔子.再论先进制造技术及其发展趋势[J].机械工程学报，2006，42(1):1-4.[18]刘光复，刘志峰，李刚.绿色设计与绿色制造[M].北京：机械工业出版社，1999.[19]吴孜越．普通车床的数控化改造[J]．机床与液压，2005，(8)：211—213．[20]罗永顺．普通机床数控化改造设计中关键问题的研究[J]．机床与液压，2005，(6)：193—195．[21]张亚力．简述数控技术的发展趋势[J]．国土资源高等职业教育研究，2006，(2)．[22]董笑鹏，张立娟，王兵然．浅谈我国数控技术的发展与前景[J]．机电产品开发与创新， 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