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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯
系 部： 機械工程系
專 業(yè)： 機械工程及自動化
姓 名： 鄭銘
學(xué) 號： 05010152
(用外文寫)
外文出處： Semi-automatic control
system for hydraulic shovel
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導(dǎo)教師評語：
簽名：
年 月 日
注：請將該封面與附件裝訂成冊。
附件1：外文資料翻譯譯文
液壓挖掘機的半自動控制系統(tǒng)
1．引言
液壓挖掘機，被看作一個大型鉸接式機器人，是一種工程機械。使用這臺機器挖掘和裝載作業(yè)需要一個高水平的技能，即便是熟練的司機也會產(chǎn)生相當(dāng)大的疲勞。另一方面，隨著操作者年齡增大，熟練司機的數(shù)量因而也將會減少。這種局勢要求必須開發(fā)出一種讓任何人都能容易操控的液壓挖掘機[1-5]。
液壓挖掘機之所以要求較高的操作技能，其理由如下。
1.液壓挖掘機的操作，至少有兩個操作手柄必須同時操作和調(diào)整。
2.操作手柄的運動方向與臂桿組件的運動方向不同。
例如，在液壓挖掘機的水平動作，我們必須同時操控三個操作手柄（動臂，斗柄，鏟斗）使鏟斗的頂部沿著水平面（圖1）運動。在這種情況下，操作手柄的操作表明了執(zhí)行元件的運動方向，但是這種方向與運動方向不同。
如果司機只要操控一個操作桿，而其它自由桿臂自由自動操作，操作變得很容易。這就是所謂的半自動控制系統(tǒng)。
當(dāng)我們開發(fā)這個半自動化控制系統(tǒng)，這兩個技術(shù)問題必須得到解決。
1. 我們必須使用普通控制閥自動控制。
2. 我們必須補償液壓挖掘機動態(tài)特性提高精度控制。
我們已經(jīng)制定了一個控制算法來解決這些技術(shù)問題，通過在液壓挖掘機上試驗證實了該控制算法的作用。而且我們已采用這種控制算法，設(shè)計出了液壓挖掘機的半自動控制系統(tǒng)。具體闡述如下。
2．液壓挖掘機的模型
為了研究控制算法,我們必須分析液壓挖掘機的數(shù)學(xué)模型。液壓挖掘機的動臂、斗柄、鏟斗都是由液壓力驅(qū)動，其模型如圖2所示。模型的具體描述如下。
2.1 動態(tài)模型[6]
假定每一臂桿組件都是剛體，由拉格朗日運動方程可得以下表達(dá)式： 其中
g是重力加速度；θi鉸接點角度；τi是提供的扭矩；li組件的長度；lgi轉(zhuǎn)軸中心到重心之距；mi組件的質(zhì)量；Ii是重心處的轉(zhuǎn)動慣量(下標(biāo)i=1-3;依次表示動臂，斗柄，鏟斗)。
2.2 挖掘機模型
每一臂桿組件都是由液壓缸驅(qū)動，液壓缸的流量是滑閥控制的，如圖3所示。我們可以假設(shè)如下：
1.液壓閥的開度與閥芯的位移成比例。
2.是否漏油。
3.液壓油流經(jīng)液壓管道時無壓力損失。
4.液壓缸的頂部與桿的兩側(cè)同樣都是有效區(qū)域。
在這個問題上，對于每一臂桿組件，從液壓缸的壓力流量特性可得出以下方程：
當(dāng)
時；
其中，Ai是液壓缸的有效橫截面積;hi是液壓缸的長度;Xi是滑芯的位置；Psi是供給壓力;P1i是液壓缸的頂邊壓力；P2i是液壓缸的桿邊壓力；Vi是在液壓缸和管道的油量；Bi是滑閥的寬度；γ是油的密度；K是油分子的黏度；c是流量系數(shù)。
2.3 連桿關(guān)系
在圖1所示模型中，液壓缸長度改變率與桿臂的旋轉(zhuǎn)角速度的關(guān)系如下：
(1)動臂
(2)斗柄
(3)鏟斗
當(dāng) 時，
2.4 扭矩關(guān)系
從2.3節(jié)的連桿關(guān)系可知，考慮到液壓缸的摩擦力，提供的扭矩τi如下
其中，Cci是粘滯摩擦系數(shù);Fi是液壓缸的動摩擦力。
2.5 滑閥的反應(yīng)特性
滑閥動作對液壓挖掘機的控制特性產(chǎn)生會很大的影響。因而，假定滑閥相對參考輸入有以下的一階延遲。
其中，是滑芯位移的參考輸入；是時間常數(shù)。
3 角度控制系統(tǒng)
如圖4所示，θ角基本上由隨動參考輸入角θγ通過位置反饋來控制。為了獲得更精確的控制，非線性補償和狀態(tài)反饋均加入位置反饋中。以下我們將討論這些細(xì)節(jié)的算法如下。
3.1 非線性補償
在普通的自動控制系統(tǒng)中，常使用如伺服閥這一類新的控制裝置。在半自動控制系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)自控與手控的協(xié)調(diào)，我們必須使用手動的主控閥。這一類閥中，閥芯的位移與閥的開度是非線性的關(guān)系。因此，自動控制操作中，利用這種關(guān)系，閥芯位移可由所要求的閥的開度反推出來。同時，非線性是可以補償?shù)模▓D5）。
3.2 狀態(tài)反饋
建立在第2節(jié)所討論的模型的基礎(chǔ)上，若動臂角度控制動態(tài)特性以一定的標(biāo)準(zhǔn)位置逼近而線性化（滑芯位移X 10，液壓缸壓力差P 110，動臂夾角 θ10），則該閉環(huán)傳遞函數(shù)為
其中，Kp是位置反饋增益系數(shù)；
由于系統(tǒng)有較小的系數(shù)a1,所以反應(yīng)是不穩(wěn)定的。例如，大型液壓挖掘機SK-16中。X10是0，給出的系數(shù)a0=2.710,a1=6.010,a2=1.210.加上加速度反饋放大系數(shù)Ka，因而閉環(huán)（圖4 的上環(huán)）的傳遞函數(shù)就是
加入這個因素,系數(shù)S就變大，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定?？梢?，利用加速度反饋來提高反應(yīng)特性效果明顯。
但是，一般很難精確的測出加速度。為了避免這個問題，改用液壓缸力反饋取代加速度反饋（圖4的下環(huán)）。于是，液壓缸力由測出的缸內(nèi)的壓力計算而濾掉其低頻部分[7，8]。這就是所謂的壓力反饋。
4 伺服控制系統(tǒng)
當(dāng)一聯(lián)軸器是手動操控，而其它的聯(lián)軸器是因此而被隨動作控制時，這必須使用伺服控制系統(tǒng)。例如，如圖6所示，在反鏟水平動作控制中，動臂的控制是通過保持斗柄底部Z（由θ1與θ2計算所得）與Zr 的高度。為了獲得更精確的控制引入以下控制系統(tǒng)。
4.1 前饋控制
由圖1計算Z，可以得到
將方程（8）兩邊對時間求導(dǎo)，得到以下關(guān)系式，
右邊第一個式子看作是表達(dá)式（反饋部分）將替換成1，右邊第二個式子是表達(dá)式（前饋部分）計算當(dāng)θ2手動地改變時，θ1的改變量。
實際上，用不同的△θ2值可確定1。通過調(diào)整改變前饋增益Kff，可實現(xiàn)最佳的前饋率。
采用測量斗柄操作手柄的位置（如角度）取代測斗柄的角速度，因為驅(qū)動斗柄的角速度與操作手柄的位置近似成比例。
4.2 根據(jù)位置自適應(yīng)增益調(diào)度
類似液壓挖掘機的鉸接式機器人，其動態(tài)特性對位置非常敏感。因此，要在所有位置以恒定的增益穩(wěn)定的控制機器是困難的。為了解決這個難題，根據(jù)位置的自適應(yīng)增益調(diào)度并入反饋環(huán)中（圖6）。如圖7所示，自適應(yīng)放大系數(shù)（KZ或Kθ）作為函數(shù)的兩個變量，2和Z 、2表示斗柄的伸長量，Z是表示鏟斗的高度。
5 模擬實驗結(jié)論
反鏟水平動作控制的模擬實驗是將本文第4節(jié)所描述的控制算法用在本文第2節(jié)所討論的液壓挖掘機的模型上。（在SK-16大型液壓挖掘機進行模擬實驗。）圖8表示其中一組結(jié)果?？刂葡到y(tǒng)啟動5秒以后，逐步加載擾動。圖9表示使用前饋控制能減少控制錯誤的產(chǎn)生。
6 半自動控制系統(tǒng)
建立在模擬實驗的基礎(chǔ)上，半自動控制系統(tǒng)已制造出來，應(yīng)用在SK-16型挖掘機上試驗。通過現(xiàn)場試驗可驗證其操作性。這一節(jié)將討論該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。
6.1 結(jié)構(gòu)
圖10的例子中，控制系統(tǒng)由控制器、傳感器、人機接口和液壓系統(tǒng)組成。
控制器是采用16位的微處理器，能接收來自動臂、斗柄、鏟斗傳感器的角度輸入信號，控制每一操作手柄的位置，選擇相應(yīng)的控制模式和計算其實際改變量，將來自放大器的信號以電信號形式輸出結(jié)果。液壓控制系統(tǒng)控制產(chǎn)生的液壓力與電磁比例閥的電信號成比例，主控閥的滑芯的位置控制流入液壓缸液壓油的流量。
為獲得高速度、高精度控制，在控制器上采用數(shù)字處理芯片，傳感器上使用高分辨率的磁編碼器。除此之外，在每一液壓缸上安裝壓力傳感器以便獲得壓力反饋信號。
以上處理后的數(shù)據(jù)都存在存儲器上，可以從通信端口中讀出。
6.2 控制功能
控制系統(tǒng)有三種控制模式，能根據(jù)操作桿
和選擇開關(guān)自動切換。其具體功能如下。
（1）反鏟水平動作模式：用水平反鏟切換開關(guān)，在手控斗柄推動操作中，系統(tǒng)自動的控制斗柄以及保持斗柄底部的水平運動。在這種情況下，當(dāng)斗柄操作桿開始操控時，其參考位置是從地面到斗柄底部的高度。對動臂操作桿的手控操作能暫時中斷自動控制，因為手控操作的優(yōu)先級高于自動控制。
（2）鏟斗水平舉升模式：用鏟斗水平舉升切換開關(guān)，在手控動臂舉升操作中，系統(tǒng)自動控制鏟斗。保持鏟斗角度等于其剛開始舉升時角度以阻止原材料從鏟斗中泄漏。
（3）手控操作模式：當(dāng)既沒有選擇反鏟水平動作模式，也沒有選擇鏟斗水平舉升模式時，動臂，斗柄，鏟斗都只能通過手動操作。
系統(tǒng)主要采用C語言編程來實現(xiàn)這些功能，以構(gòu)建穩(wěn)定模組提高系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。
7 現(xiàn)場試驗結(jié)果與分析
通過對系統(tǒng)進行現(xiàn)場試驗，證實該系統(tǒng)能準(zhǔn)確工作。核實本文第3、4節(jié)所闡述的控制算法的作用，如下所述。
7.1 單個組件的自動控制測試
對于動臂、斗柄、鏟斗每一組件，以±5o的梯度從最初始值開始改變其參考角度值，測量其反應(yīng)，從而確定第3節(jié)所描述的控制算法的作用。
7.1.1 非線性補償?shù)淖饔?
圖11 表明動臂下降時的測試結(jié)果。因為電液系統(tǒng)存在不靈敏區(qū)，當(dāng)只有簡單的位置反饋而無補償時（圖11中的關(guān)）穩(wěn)態(tài)錯誤仍然存在。加入非線性補償后（圖11中的開）能減少這種錯誤的產(chǎn)生。
7.1.2 狀態(tài)反饋控制的作用
對于斗柄和鏟斗，只需位置反饋就可獲得穩(wěn)定響應(yīng)，但是增加加速度或壓力反饋能提高響應(yīng)速度。以動臂為例，僅只有位置反饋時，響應(yīng)趨向不穩(wěn)定。加入加速度或壓力反饋后，響應(yīng)的穩(wěn)定性得到改進。例如，圖12表示動臂下降時，采用壓力反饋補償時的測試結(jié)果。
7.2 反鏟水平控制測試
在不同的控制和操作位置下進行控制測驗，觀察其控制特性，同時確定最優(yōu)控制參數(shù)（如圖6所示的控制放大系數(shù)）。
7.2.1 前饋控制作用
在只有位置反饋的情況下，增大放大系數(shù)Kp，減少△Z錯誤，引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致系統(tǒng)延時，例如圖13所示的“關(guān)”，也就是Kp不能減小。采用第4.1節(jié)所描述的斗柄臂桿前饋控制能減少錯誤而不致于增大Kp。如圖示的“開”。
7.2.2 位置的補償作用
當(dāng)反鏟處在上升位置或者反鏟動作完成時，反鏟水平動作趨于不穩(wěn)定。不穩(wěn)定振蕩可根據(jù)其位置改變放大系數(shù)Kp來消除，如第4.2節(jié)所討論的。圖14 表示其作用，表明反鏟在離地大約2米時水平動作結(jié)果。與不裝補償裝置的情況相比較，圖中的關(guān)表示不裝時，開的情況具有補償提供穩(wěn)定響應(yīng)。
7.2.3 控制間隔的作用
關(guān)于控制操作的控制間隔的作用，研究結(jié)果如下：
1.當(dāng)控制間隔設(shè)置在超過100ms時，不穩(wěn)定振蕩因運動的慣性隨位置而加劇。
2.當(dāng)控制間隔低于50ms時，其控制操作不能作如此大提高。
因此，考慮到計算精度，控制系統(tǒng)選定控制間隔為50ms。
7.2.4 受載作用
利用控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機執(zhí)行實際挖掘動作，以研究其受載時的影響。在控制精度方面沒有發(fā)現(xiàn)與不加載荷時有很大的不同。
8 結(jié)論
本文表明狀態(tài)反饋與前饋控制組合可以精確控制液壓挖掘機。同時也表明非線性補償能使普通控制閥應(yīng)用在自動控制系統(tǒng)中。使用這些控制技術(shù)，允許即使是不熟練的司機也能容易和準(zhǔn)確地操控液壓挖掘機。
我們將這些控制技術(shù)應(yīng)用在其它結(jié)構(gòu)的機器上，如履帶式起重機，能使傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機器改進成為可讓任何人容易操控的機器。
參考文獻(xiàn)
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[2] H. Nakamura, A. Matsuzaki, Automation in construction machinery, Hitachi Review 57 3 1975 55–62.
[3] T. Nakano et al., Development of large hydraulic excavator,. Mitsubishi Heavy Industries Technical Review 22 2 1985 42–51.
[4] T. Morita, Y. Sakawa, Modeling and control of power shovel, Transactions of SICE 22 1 1986 69–75.
[5] H. Araya et al., Automatic control system for hydraulic excavator, R&D Kobe Steel Engineering Reports 37 2 1987 74–78.
[6] P.K. Vaha, M.J. Skibniewski, Dynamic model of excavator, Journal of Aerospace Engineering 6 2 1990 April.
[7] H. Hanafusa, Design of electro-hydraulic servo system for articulated robot, Journal of the Japan Hydraulics and Pneumatics Society 13 7 1982 1–8.
[8] H.B. Kuntze et al., On the model-based control of a hydraulic large range robot, IFAC Robot Control 1991 207–212.
附件2：外文原文（復(fù)印件）
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
系 部：
機械工程系
專 業(yè)：
機械工程及自動化
學(xué) 生 姓 名：
鄭銘
學(xué) 號：
05010152
設(shè)計(論文)題目：
支座體加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計
起 迄 日 期:
2008年 3月09 日 ~ 6月14日
設(shè)計(論文)地點:
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
指 導(dǎo) 教 師:
王栓虎
專業(yè)負(fù)責(zé)人:
龔光容
發(fā)任務(wù)書日期: 2009年 2 月 26 日
任務(wù)書填寫要求
1．畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系部領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在第七學(xué)期結(jié)束前填好并發(fā)給學(xué)生；
2．任務(wù)書內(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，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；
3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及系部主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫；
4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“系部”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號”要寫全號；
5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國標(biāo)GB 7714—2005《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；
6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—2005《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“2008年3月15日”或“2008-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：
支座體是某企業(yè)產(chǎn)品中的關(guān)鍵零件之一，生產(chǎn)量比較大。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高加工效率，需要對其加工工藝進行優(yōu)化設(shè)計，并在關(guān)鍵工序使用組合機床或?qū)Ｓ脵C床進行加工。本課題即以此為背景，要求學(xué)生根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)需要和支座體零件的加工要求，首先完成零件的加工工藝規(guī)程設(shè)計，在此基礎(chǔ)之上，選擇其關(guān)鍵工序之一進行專用夾具及加工用組合機床設(shè)計，并完成必要的設(shè)計計算。
通過這樣一個典型環(huán)節(jié)綜合訓(xùn)練，達(dá)到綜合訓(xùn)練學(xué)生運用所學(xué)知識，解決工程實際問題的能力。
2．本畢業(yè)設(shè)計（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)生在對支座體的加工要求、零件的結(jié)構(gòu)工藝性進行認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，首先對零件的加工工藝規(guī)程做出優(yōu)化設(shè)計，并對其關(guān)鍵工序之一進行專用夾具及加工用組合機床設(shè)計。具體任務(wù)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）支座體加工要求、零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析；
（3）支座體加工工藝規(guī)程設(shè)計；
（4）支座體關(guān)鍵工序的專用夾具設(shè)計；
（5）支座體關(guān)鍵工序的組合機床設(shè)計；
（6）必要的設(shè)計計算與分析；
（7）文檔整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書及使用說明書。
設(shè)計技術(shù)要求包括：
（1）生產(chǎn)綱領(lǐng) 50000件/年
（2）夾具采用液壓驅(qū)動
（3）組合機床采用液壓滑臺
（4）每次加工一個零件
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書
3．對本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計論文、圖表、實物樣品等〕：
（1）開題報告、文獻(xiàn)綜述、資料翻譯；
（2）支座體加工工藝過程綜合卡及各工序工序卡；
（3）支座體零件圖及夾具裝配圖；
（4）組合機床設(shè)計資料（三圖一卡）；
（5）畢業(yè)設(shè)計說明書。
4．主要參考文獻(xiàn)：
[1] 裘愉弢主編. 組合機床［M］. 第1版.北京：機械工業(yè)出版社，1995.
[2] 金振華主編.組合機床及其調(diào)整與使用［M］. 第1版.北京：機械工業(yè)出版社，1990.
[3] 沈延山.生產(chǎn)實習(xí)與組合機床設(shè)計［D］.第1版.大連：大連理工大學(xué)出版社，1989.
[4] 上海市大專院校機械制造工藝學(xué)協(xié)作組編著.機械制造工藝學(xué)［M］（修訂版）.福建科學(xué)技術(shù)出版社，1996.
[5] 王華坤，范元勛編.機械設(shè)計基礎(chǔ)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2000.
[6] 馮辛安等編.機械制造裝備設(shè)計［M］. 北京：機械工業(yè)出版社,1998.
[7] 陳日曜主編.金屬切削原理［M］. 第2版.北京：機械工業(yè)出版社,1992.
[8] 方子良等編.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，2004.
[9] 劉秋生，李忠文主編.液壓傳動與控制［M］.北京：宇航出版社，1994.
[10] 陳于萍，周兆元等.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)［M］. 第2版.北京：機械工業(yè)出版社,2005.
[11] 東北重型機械學(xué)院等合編.機床夾具設(shè)計手冊［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979.
[12]《機械設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組. 機械設(shè)計手冊［M］. 第2版.北京：機械工業(yè)出版社,1987.
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書
5．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進度計劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2009年
3月09日 ～ 3 月15 日
3月16日 ～ 3 月29 日
3月30日 ～ 4 月19 日
4月20日 ～ 5 月03 日
5月04日 ～ 5 月31 日
6月01日 ～ 6 月07 日
6月08日 ～ 6 月14 日
熟悉畢業(yè)設(shè)計要求。查閱資料，完成外文資料翻譯工作
撰寫開題報告及文獻(xiàn)綜述
支座體加工工藝規(guī)程設(shè)計（至少提出2個方案，進行分析比較，最后決定一個較優(yōu)的方案）
夾具設(shè)計（至少提出2個方案，進行分析比較，最后決定一個較優(yōu)的方案）
組合機床設(shè)計（完成三圖一卡）
文檔整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。
論文答辯
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
2009年 月 日
系部意見：
系部主任：
2009年 月 日
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）選題、審題表
系 部
機械工程系
指導(dǎo)
教師
姓 名
王栓虎
專業(yè)技術(shù)職 務(wù)
副教授
課題名稱
支座體加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計
適用專業(yè)
機械工程及自動化
課題性質(zhì)
A
B
C
D
E
課題來源
A
B
C
D
√
√
課題預(yù)計
工作量大小
大
適中
小
課題預(yù)計
難易程度
難
適中
易
√
√
課題簡介
支座體是某企業(yè)產(chǎn)品的主要零件之一。本課題要求根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)需要和支座體零件的加工要求，首先完成零件的加工工藝規(guī)程設(shè)計，在此基礎(chǔ)之上，選擇其關(guān)鍵工序之一進行專用夾具及加工用組合機床設(shè)計，并完成必要的設(shè)計計算。
生產(chǎn)綱領(lǐng) 50000件/年
課題應(yīng)完成的任務(wù)和對學(xué)生的要求
論文工作要求：
1．支座體加工工藝路線的設(shè)計與分析（至少有兩種工藝方案的比較）
2．關(guān)鍵工序的專用夾具設(shè)計，包括裝配圖及主要零件圖
3．關(guān)鍵工序加工用組合機床設(shè)計，包括“三圖一卡”
4．詳細(xì)的設(shè)計計算與分析
條件要求：
具有較好的結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，熟悉CAD設(shè)計軟件，最好自己有計算機。
所在專業(yè)審定意見：
專業(yè)負(fù)責(zé)人(簽名)： 年 月 日
本課題由 鄭 銘 同學(xué)選定，學(xué)號： 05010152
注：1．該表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)所在專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名后生效，作為該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）選題使用；
2．有關(guān)內(nèi)容的填寫見背面的填表說明，并在表中相應(yīng)欄內(nèi)打“√”；
3．課題一旦被學(xué)生選定，此表須放在學(xué)生“畢業(yè)設(shè)計（論文）資料袋”中存檔。
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)
作 者:
鄭銘
學(xué) 號：
05010152
系 部:
機械工程系
專 業(yè):
機械工程及自動化
題 目:
支座體加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計
副教授
王栓虎
指導(dǎo)者：
教授
龔光榮
評閱者：
2009 年 6 月
畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要
支座體是某企業(yè)產(chǎn)品中的關(guān)鍵零件之一，本課題要求根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)需要和支座體零件的加工要求，首先完成零件的加工工藝規(guī)程設(shè)計，在此基礎(chǔ)之上，選擇其關(guān)鍵工序之一進行專用夾具及加工用組合機床設(shè)計，并完成必要的設(shè)計計算。本機床所用夾具的通用性強，工件采用液壓定位夾緊，快速方便。定位采用一面一心軸的定位方式，夾緊采用液壓加緊，采用這種方式完全能夠滿足精度要求。而且簡易方便，制造成本低，通用性好。由于支座體的生產(chǎn)量比較大，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高加工效率，需要對其加工工藝進行優(yōu)化設(shè)計，并在關(guān)鍵工序使用組合機床或?qū)Ｓ脵C床進行加工。
關(guān)鍵詞 支座體 零件分析 工藝路線 夾具設(shè)計 組合機床
畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要
Title Support body processing craft and critical process workclothes design
Abstract
The support body is one in some enterprise product crucial elements, this topic request produces according to the enterprise needs with the support body components processing request, first completes the components the processing technological process design, above this foundation, chooses one of its critical processes to carry on the unit clamp and the processing with the aggregate machine-tool design, and completes the essential design calculation. This engine bed uses jig's versatile, the work piece to use the hydraulic pressure localization clamp, fast convenient. The localization uses a spindle's locate mode, the clamp uses the hydraulic pressure to step up at the same time, to select this method definitely to be able to satisfy the accuracy requirement. Moreover simple convenient, the production cost is low, the versatility is good. Because the support body's productivity is quite big, for the quality assurance, raises the processing efficiency, needs to carry on the optimization design to its processing craft, and carries on the processing in the critical process use aggregate machine-tool or the special purpose machine.
Keywords support body components analysis craft route jig design aggregate machine-tool
重要提示：1．本電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式中的各類說明（用藍(lán)色字體表示）僅供參考，在參閱后請自行刪除（包括本提示），黑色字體的內(nèi)容全部保留。
2．本文檔中日期的填寫務(wù)必與“畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書”中的工作進度計劃相符。
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學(xué) 生 姓 名：
鄭銘
學(xué) 號：
05010152
專 業(yè)：
機械工程及自動化
設(shè)計(論文)題目：
支座體加工工藝及關(guān)鍵工藝設(shè)計
指 導(dǎo) 教 師:
王栓虎
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（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（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（論 文）開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（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 支座體是機械產(chǎn)品的常用零件之一，它在機床上起到了關(guān)鍵作用。本文介紹了機械制造業(yè)及其現(xiàn)在與發(fā)展、國內(nèi)外差距、支座體加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計的目的、加工工藝規(guī)程、工藝裝備等。
關(guān)鍵詞 支座體 加工工藝 工藝裝備
1 機械制造業(yè)及其現(xiàn)狀與發(fā)展
在國民經(jīng)濟的各條戰(zhàn)線上廣泛使用著大量的機械、機床、工具、儀器、儀表等工藝裝備。這些工藝裝備的制造過程總稱為機械制造，生產(chǎn)這些工藝裝備的工業(yè)即是機械制造業(yè)[1]。機械制造業(yè)的主要任務(wù)就是圍繞各種工程材料的加工技術(shù)，研究其工藝，并設(shè)計和制造各種工藝裝備。
1.1 機械制造業(yè)的地位及作用
機械制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)和支柱，是向其他各部門提供工具、儀器和各種機械設(shè)備的技術(shù)裝備部。據(jù)西方工業(yè)國家統(tǒng)計，機械制造業(yè)創(chuàng)造了60%的社會財富，完成樂45%的國民經(jīng)濟收入[2]。如果沒有機械制造業(yè)提供質(zhì)量優(yōu)良、技術(shù)先進的技術(shù)裝備，那么信息技術(shù)、新材料技術(shù)、海洋工程技術(shù)、生物工程技術(shù)、以及空間技術(shù)等新技術(shù)群的發(fā)展將會受到嚴(yán)重的制約。因此，一個國家的經(jīng)濟競爭歸根結(jié)底是機械制造業(yè)的競爭，機械制造業(yè)的發(fā)展水平是衡量一個國家經(jīng)濟實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一[3]。
1.2 國內(nèi)外差距
機械制造業(yè)是一個歷史悠久的產(chǎn)業(yè)，經(jīng)歷了一個漫長發(fā)展過程。蒸汽機和電力的兩次工業(yè)革命使機械制造業(yè)發(fā)生了巨大變革，世界各國都逐漸充分重視、發(fā)展和應(yīng)用機械制造技術(shù)。經(jīng)過建國五十多年的發(fā)展，機械工業(yè)已經(jīng)成為我國工業(yè)中產(chǎn)品門類比較齊全，具有相當(dāng)規(guī)模和一定技術(shù)基礎(chǔ)的支柱產(chǎn)業(yè)之一[4]。改革開放以來，機械工業(yè)引進了大量的國外先進技術(shù)，加上國內(nèi)自行研究開發(fā)的成果，使機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)正向合理化方向發(fā)展，對市場的適應(yīng)能力日益明顯增強[5]。
但是，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，我國的機械制造仍存在階段性的差距。集中表現(xiàn)為制造技術(shù)的落后——在設(shè)計方法和手段、制造工藝、制造過程自動化及管理技術(shù)諸方面都明顯落后于工業(yè)發(fā)達(dá)國家。制造技術(shù)的落后嚴(yán)重制約了機械工業(yè)的進一步發(fā)展，使我國機械傳動工業(yè)的技術(shù)來源大部分依賴引進國外技術(shù)，全員勞動生產(chǎn)率低，機械產(chǎn)品質(zhì)量差，可靠性低，缺乏競爭力[6]。
2 支座體體加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計的目的
支座是用以支承容器或設(shè)備的重量，并使其固定于一定位置的支承部件。還要承受操作時的振動與地震載荷。如室外的塔器還要承受風(fēng)載荷。其結(jié)構(gòu)型式主要由容器自身的型式和支座的形狀來決定，通常分為立式支座、臥式支座和球形容器支座三類[7]。
支座體是一個常用零件，生產(chǎn)量比較大。機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件制造工藝規(guī)程操作方法等的技術(shù)性文件，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率及其加工產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，因此工藝規(guī)程的編制的好壞是生產(chǎn)該產(chǎn)品的質(zhì)量的重要保證的重要依據(jù)。在編制工藝時須保證其合理性、科學(xué)性、完善性[8]。而夾具在工藝設(shè)備中占有十分重要的地位,它對保證工件的加工精度、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、擴大機床使用范圍等方面具有重要的作用。因此，夾具設(shè)計是機械加工中一項重要的工藝設(shè)備設(shè)計工作[9]。
3 加工工藝規(guī)程概述
機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件制造工藝規(guī)程操作方法等的技術(shù)性文件，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率及其加工產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，因此工藝規(guī)程的編制的好壞是生產(chǎn)該產(chǎn)品的質(zhì)量的重要保證的重要依據(jù)。
3.1 機械加工工藝規(guī)程的概念
在生產(chǎn)過程中，改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等，使之成為成品或半成品的過程，稱為工藝過程。它包括：毛坯制造、零件加工、部件或產(chǎn)品裝配、檢驗和涂裝包裝等。其中，采用機械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸、表面質(zhì)量和性能等，使其成為零件的過程，稱為機械加工工藝過程[10]。
3.2 工藝規(guī)程在機械加工中的作用
工藝規(guī)程是指生產(chǎn)的主要技術(shù)文件。在制訂工藝規(guī)程時，首先要確保科學(xué)性與合理性，并在生產(chǎn)實踐中不斷改進和完善，而在生產(chǎn)中，則必須嚴(yán)格地執(zhí)行既定的工藝規(guī)程，這是產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益的保證[11]。
工藝規(guī)程是生產(chǎn)組織和管理工作的基本依據(jù)。由工藝規(guī)程所涉及的內(nèi)容可見，產(chǎn)品投產(chǎn)前原材料及毛坯的供應(yīng)，通用工藝裝備的準(zhǔn)備。機床負(fù)荷的調(diào)整，專用工藝裝備的設(shè)計和制造，作業(yè)計劃的編排，勞動力的組織以及生產(chǎn)成本的核算等，都是以工藝規(guī)程作為基本依據(jù)的。
在新建或擴建工廠或車間時，只有根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和工藝規(guī)程才能正確地確定生產(chǎn)所需的機床和其他設(shè)備的種類、規(guī)格和數(shù)量，車間的面積，機床的布置，生產(chǎn)工人的工種、等級和數(shù)量以及輔助部門的安排等。因此，工藝規(guī)程也是工廠基礎(chǔ)建設(shè)的基本資料[12]。
4 工藝裝備概述
工藝裝備簡稱“工裝”，是指為實現(xiàn)工藝規(guī)程所需的各種刃具、夾具、量具、模具、輔具、工位器具等的總稱。使用工藝裝備的目的；有的是為了制造產(chǎn)品所必不可少的，有的是為了保證加工的質(zhì)量，有的是為了提高勞動生產(chǎn)率，有的則是為了改善勞動條件[13]。
4.1 刀具
刀具是切削加工的主要工具之一。刀具種類繁多，形狀各種各樣。但就刀具的切削部分而言，均可看作車刀的演變，因此車刀是最基本的切削刀具。由于切削加工是在高溫、劇烈摩擦和很大的切削力、沖擊力的條件下進行，因此作為刀具材料，必須具備高的硬度、高的耐磨性、高的耐熱性、足夠的強度和韌性以及一定的工藝性能等。
4.2 機床夾具
夾具是卡緊工件用的。比如機床加工時，主軸有幾千轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，工件必須要固定好，否則工件飛出傷人后果嚴(yán)重?？ň咴O(shè)計要合理，即卡緊可靠，又要定位準(zhǔn)確，較少誤差，并保護好已加工好的表面。才能保證工件質(zhì)量。夾具是機械加工不可缺少的部件,在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。為保證工件的加工要求，必須使工件在機床上處于準(zhǔn)確的位置，夾具就是用來實現(xiàn)這一要求的。夾具的作用有四點：(1) 保證加工精度 、(2) 提高生產(chǎn)率、降低成本、(3) 擴大機床的工藝范圍 、(4) 減輕工人的勞動強度[14]。
4.3 量具
量具的選擇，主要應(yīng)根據(jù)零件的生產(chǎn)類型和所要求的檢驗精度來選擇。在沖模生產(chǎn)中，一般都應(yīng)用通用量具，如游標(biāo)卡尺、千分尺、百分表、深度尺、量規(guī)等。但對于一些要求精度較高的沖模零件，則需要采用投影儀、萬能工具顯微鏡及三坐標(biāo)測量儀等測量。有時，較精密的坐標(biāo)磨床，也可以作為測量孔距和孔徑之用[15]。
5 總結(jié)
我國機械制造還有很長一段路要走，需要現(xiàn)代制造先進設(shè)備，及CAD/CAE/CAM計算機輔助設(shè)計、模擬、制造一體化，機械制造技術(shù)未來發(fā)展趨勢主要是朝信息化、高速化生產(chǎn)與高精度化發(fā)展。通過查閱相關(guān)資料，對支座體加工工藝的編制和夾具設(shè)計的理解，明白了機械制造加工工藝的編制對機械產(chǎn)品的制造是相當(dāng)重要的，直接影響著機械產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效益。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 濮良貴，紀(jì)名剛. 機械設(shè)計[M]. 第八版，北京：高等教育出版社，2006.
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[3] 徐發(fā)仁. 機床夾具設(shè)計[M]. 重慶大學(xué)出版社，1996.
[4] 肖斌，焦?jié)M囤. 高速加工的優(yōu)越性及其核心技術(shù)[J]. 機械工程師，1999.
[5] 徐璉，邱宣懷.機械設(shè)計手冊[S].北京：機械工業(yè)出版社，1991.
[6] 吳恒文.機械制造概論［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社，1993.
[7] 江南學(xué)院等主編. 機床夾具設(shè)計[M]. 南京：機械工業(yè)出版社，1995.
[8] 趙月望.機械制造技術(shù)實踐［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1993.
[9] 鞏秀長.機床夾具設(shè)計原理［M］.濟南：山東大學(xué)出版社，1993.
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[11] 張福潤. 機械制造工藝學(xué) [M]. 武漢：華中立理工大學(xué)出版社，1998.
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[13] 馮辛安，黃玉美等編著. 機械制造裝備設(shè)計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1998.
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[15] 溫汝賢. 數(shù)控銑床系統(tǒng)改裝的接口技術(shù) [J].新技術(shù)新工藝，1996.
畢 業(yè) 設(shè) 計（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）：
1 本課題要研究及解決的問題
本課題主要研究支座體的加工工藝規(guī)程及夾具的設(shè)計。具體工作要求如下：
1.1結(jié)合文獻(xiàn)資料，仔細(xì)研究所要設(shè)計的零件圖紙，并對其進行結(jié)構(gòu)性分析，了解支座體的特征，編制合理的加工工藝規(guī)程。
1.2根據(jù)支座體的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計出夾具，并選擇合適的工件定位方式和恰當(dāng)?shù)膴A緊方案。
1.3了解夾具的特點，選擇和設(shè)計相應(yīng)的定位元件和夾緊裝置。
1.4材料選擇。設(shè)計中對材料的選擇應(yīng)該考慮成本，并且能保證零件設(shè)計的準(zhǔn)確性，同時還要對零件在各種情況下的切削力范圍、承載能力等進行計算，最終達(dá)到所設(shè)計的零件的使用要求。
2 本課題擬采用的研究手段（途徑）
2.1在圖書館、因特網(wǎng)查閱相關(guān)資料。
通過書籍和網(wǎng)絡(luò)查找最新的支座體設(shè)計的發(fā)展動向，了解支座體的特點來劃分加工階段、選擇合適的表面加工方法、基準(zhǔn)選擇（對粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)進行選擇）、對工序進行合理的排序盡量在保證原來參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用最新的一些結(jié)構(gòu)，這樣才能使設(shè)計具有實用性和時代性。
2.2在工廠的實踐畢業(yè)實習(xí)。
理論聯(lián)系實際推敲修改方案。
2.3通過老師的指導(dǎo)。
2.4通過對相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的理論計算和分析。
綜合運用專業(yè)知識，針對現(xiàn)實中遇到的實際情況。
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
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（論文）結(jié)果的預(yù)測：
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