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文 獻(xiàn) 資 料
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名 張 興
班 級(jí) B機(jī)制051
學(xué) 號(hào) 0510110118
指 導(dǎo) 教 師 朱 效 波
文 獻(xiàn) 資 料
[1] 趙佩鳳，王道順. 箱體件定位銷(xiāo)孔的加工方法[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2004，(11)：84-88.
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[8] 張銀保,立式軸承座鉆孔組合機(jī)床設(shè)計(jì).湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005
[9] 趙洪志，楊剛.球頭碗球面加工組合機(jī)床設(shè)計(jì) .工藝與裝備,2007(12)
iSemi-automatic control system for hydraulic shovel（液壓挖掘機(jī)的半自動(dòng)控制系統(tǒng)）
液壓挖掘機(jī)的半自動(dòng)控制系統(tǒng)
Hirokazu Araya ,Masayuki Kagoshima
日本機(jī)械工程研究實(shí)驗(yàn)室 Kobe Steel, Ltd., Nishi-ku, Kobe Hyogo 651 2271,
摘要
開(kāi)發(fā)出了一種應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的半自動(dòng)控制系統(tǒng)。采用該系統(tǒng)，即使是不熟練的操作者也能容易和精確地操控液壓挖掘機(jī)。構(gòu)造出了具有控制器 的液壓挖掘機(jī)的精確數(shù)學(xué)控制模型，同時(shí)通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)研發(fā)出了其控制算法，并將其應(yīng)用在液壓挖掘機(jī)上，由此可以估算出它的工作效率。依照此 法，可通過(guò)正反饋及前饋控制、非線(xiàn)性補(bǔ)償、狀態(tài)反饋和增益調(diào)度等各種手段獲得較高的控制精度和穩(wěn)定性能。自然雜志 2001 版權(quán)所有
關(guān)鍵詞：施工機(jī)械；液壓挖掘機(jī)；前饋；狀態(tài)反饋；操作
1．引言 液壓挖掘機(jī)，被稱(chēng)為大型鉸接式機(jī)器人，是一種施工機(jī)械。采用這種機(jī)器進(jìn)行挖掘和裝載操作，要求司機(jī)要具備高水平的操作技能，即便是熟練的
司機(jī)也會(huì)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(jī)的數(shù)量因而也將會(huì)減少。開(kāi)發(fā)出一種讓任何人都能容易操控的液壓挖掘機(jī) 就非常必要了[1-5]。
液壓挖掘機(jī)之所以要求較高的操作技能，其理由如下。
1.液壓挖掘機(jī)的操作，至少有兩個(gè)操作手柄必須同時(shí)操作并且要協(xié)調(diào)好。
2.操作手柄的動(dòng)作方向與其所控的臂桿組件的運(yùn)動(dòng)方向不同。 例如，液壓挖掘機(jī)的反鏟水平動(dòng)作，必須同時(shí)操控三個(gè)操作手柄（動(dòng)臂，斗柄，鏟斗）使鏟斗的頂部沿著水平面（圖 1）運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，操作手柄的操作表明了執(zhí)行元件的動(dòng)作方向，但是這種方向與工作方向不同。 如果司機(jī)只要操控一個(gè)操作桿，而其它自由桿臂自動(dòng)的隨動(dòng)動(dòng)作，操作就變得非常簡(jiǎn)單。這就是所謂的半自動(dòng)控制系統(tǒng)。 開(kāi)發(fā)這種半自動(dòng)控制系統(tǒng)，必須解決以下兩個(gè)技術(shù)難題：
1. 自動(dòng)控制系統(tǒng)必須采用普通的控制閥。
2. 液壓挖掘機(jī)必須補(bǔ)償其動(dòng)態(tài)特性以提高其控制精度。 現(xiàn)已經(jīng)研發(fā)一種控制算法系統(tǒng)來(lái)解決這些技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)在實(shí)際的液壓挖掘機(jī)上試驗(yàn)證實(shí)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(jì)出了液壓挖掘機(jī)的半自動(dòng)控制系統(tǒng)。具體闡述如下。
2．液壓挖掘機(jī)的模型
為了研究液壓挖掘機(jī)的控制算法,必須分析液壓挖掘機(jī)的數(shù)學(xué)模型。液壓挖掘機(jī)的動(dòng)臂、斗柄、鏟斗都是由液壓力驅(qū)動(dòng)，其模型如圖 2 所示。模型的具體描述如下。
2.1 動(dòng)態(tài)模型[6]
假定每一臂桿組件都是剛體，由拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程可得以下表達(dá)式：
其中
g 是重力加速度；θi 鉸接點(diǎn)角度；τi 是提供的扭矩；li 組件的長(zhǎng)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(dòng)慣量(下標(biāo) i=1-3;依次表示動(dòng)臂，斗柄，鏟斗)。
2.2 挖掘機(jī)模型
每一臂桿組件都是由液壓缸驅(qū)動(dòng)，液壓缸的流量是滑閥控制的，如圖 3 所示?？勺魅缦录僭O(shè)：
1.液壓閥的開(kāi)度與閥芯的位移成比例。
2.系統(tǒng)無(wú)液壓油泄漏。
3.液壓油流經(jīng)液壓管道時(shí)無(wú)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(gè)問(wèn)題上，對(duì)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：
其中，Ai 是液壓缸的有效橫截面積;hi 是液壓缸的長(zhǎng)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(zhǎng)度改變率與桿臂的旋轉(zhuǎn)角速度的關(guān)系如下：
(1)動(dòng)臂
(2)斗柄
(3)鏟斗
當(dāng) 時(shí)，
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(dòng)摩擦力。
2.5 滑閥的反應(yīng)特性 滑閥動(dòng)作對(duì)液壓挖掘機(jī)的控制特性產(chǎn)生會(huì)很大的影響。因而，假定滑閥相對(duì)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(shí)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(dòng)參考輸入角 θγ 通過(guò)位置反饋來(lái)控制。為了獲得更精確的控制，非線(xiàn)性補(bǔ)償和狀態(tài)反饋均加入位置反饋中。以下詳細(xì) 討論其控制算法。
3.1 非線(xiàn)性補(bǔ)償
在普通的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常使用如伺服閥這一類(lèi)新的控制裝置。在半自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)自控與手控的協(xié)調(diào)，必須使用手動(dòng)的主控閥。這
一類(lèi)閥中，閥芯的位移與閥的開(kāi)度是非線(xiàn)性的關(guān)系。因此，自動(dòng)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(kāi)度反推出來(lái)。同時(shí)，非 線(xiàn)性是可以補(bǔ)償?shù)模▓D 5）。
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(dòng)臂角度控制動(dòng)態(tài)特性以一定的標(biāo)準(zhǔn)位置逼近而線(xiàn)性化（滑芯位移 X 10，液壓缸壓力差 P 110，動(dòng)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(jī)SK-16 中。X10 是 0，給出的系數(shù)a0=2.7 10 ,a1=6.0 10 ,a2=1.2
10 .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(gè)因素,系數(shù)S 就變大，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定?？梢?jiàn)，利用加速度反饋來(lái)提高反應(yīng)特性效果明顯。
但是，一般很難精確的測(cè)出加速度。為了避免這個(gè)問(wèn)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(cè)出的缸內(nèi)的壓力 計(jì)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(dòng)操控，而其它的聯(lián)軸器是因此而被隨動(dòng)作控制時(shí)，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(dòng)作控制中，動(dòng)臂 的控制是通過(guò)保持斗柄底部 Z（由 θ1 與 θ2 計(jì)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(jì)算 Z，可以得到
將方程（8）兩邊對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得到以下關(guān)系式，
右邊第一個(gè)式子看作是表達(dá)式（反饋部分）將 替換成 1，右邊第二個(gè)式子是表達(dá)式（前饋部分）計(jì)算當(dāng)θ2 手動(dòng)地改變時(shí)，θ1 的改變量。
實(shí)際上，用不同的△θ2 值可確定 1。通過(guò)調(diào)整改變前饋增益 Kff，可實(shí)現(xiàn)最佳的前饋率。 采用測(cè)量斗柄操作手柄的位置（如角度）取代測(cè)斗柄的角速度，因?yàn)轵?qū)動(dòng)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(lèi)似液壓挖掘機(jī)的鉸接式機(jī)器人，其動(dòng)態(tài)特性對(duì)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(jī)器是困難的。為了解決這個(gè)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(gè)變量， 2 和 Z 、 2 表示斗柄 的伸長(zhǎng)量，Z 是表示鏟斗的高度。
5 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)論
反鏟水平動(dòng)作控制的模擬實(shí)驗(yàn)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(jī)的模型上。（在 SK-16 大型液壓挖掘機(jī)進(jìn)行模 擬實(shí)驗(yàn)。）圖 8 表示其中一組結(jié)果。控制系統(tǒng)啟動(dòng) 5 秒以后，逐步加載擾動(dòng)。圖 9 表示使用前饋控制能減少控制錯(cuò)誤的產(chǎn)生.
6 半自動(dòng)控制系統(tǒng)
建立在模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，半自動(dòng)控制系統(tǒng)已制造出來(lái)，應(yīng)用在 SK-16 型挖掘機(jī)上試驗(yàn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可驗(yàn)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(jī)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(lái)自動(dòng)臂、斗柄、鏟斗傳感器的角度輸入信號(hào)，控制每一操作手柄的位置，選擇相應(yīng)的控制模式和計(jì)算其
實(shí)際改變量，將來(lái)自放大器的信號(hào)以電信號(hào)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(hào)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(hào)。
以上處理后的數(shù)據(jù)都存在存儲(chǔ)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(kāi)關(guān)自動(dòng)切換。其具體功能如下。
（1）反鏟水平動(dòng)作模式：用水平反鏟切換開(kāi)關(guān)，在手控斗柄推動(dòng)操作中，系統(tǒng)自動(dòng)的控制斗柄以及保持斗柄底部的水平運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，當(dāng) 斗柄操作桿開(kāi)始操控時(shí)，其參考位置是從地面到斗柄底部的高度。對(duì)動(dòng)臂操作桿的手控操作能暫時(shí)中斷自動(dòng)控制，因?yàn)槭挚夭僮鞯膬?yōu)先級(jí)高于自動(dòng)
控制。
（2）鏟斗水平舉升模式：用鏟斗水平舉升切換開(kāi)關(guān)，在手控動(dòng)臂舉升操作中，系統(tǒng)自動(dòng)控制鏟斗。保持鏟斗角度等于其剛開(kāi)始舉升時(shí)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(méi)有選擇反鏟水平動(dòng)作模式，也沒(méi)有選擇鏟斗水平舉升模式時(shí)，動(dòng)臂，斗柄，鏟斗都只能通過(guò)手動(dòng)操作。 系統(tǒng)主要采用 C 語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能，以構(gòu)建穩(wěn)定模組提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
7 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果與分析
通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，證實(shí)該系統(tǒng)能準(zhǔn)確工作。核實(shí)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(gè)組件的自動(dòng)控制測(cè)試
對(duì)于動(dòng)臂、斗柄、鏟斗每一組件，以±5?的梯度從最初始值開(kāi)始改變其參考角度值，測(cè)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(xiàn)性補(bǔ)償?shù)淖饔?
圖 11 表明動(dòng)臂下降時(shí)的測(cè)試結(jié)果。因?yàn)殡娨合到y(tǒng)存在不靈敏區(qū)，當(dāng)只有簡(jiǎn)單的位置反饋而無(wú)補(bǔ)償時(shí)（圖 11 中的關(guān)）穩(wěn)態(tài)錯(cuò)誤仍然存在。加入非 線(xiàn)性補(bǔ)償后（圖 11 中的開(kāi)）能減少這種錯(cuò)誤的產(chǎn)生。
7.1.2 狀態(tài)反饋控制的作用
對(duì)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(dòng)臂為例，僅只有位置反饋時(shí)，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(jìn)。例如，圖 12 表示動(dòng)臂下降時(shí)，采用壓力反饋補(bǔ)償時(shí)的測(cè)試結(jié)果。
7.2 反鏟水平控制測(cè)試
在不同的控制和操作位置下進(jìn)行控制測(cè)驗(yàn)，觀(guān)察其控制特性，同時(shí)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(cuò)誤，引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致系統(tǒng)延時(shí)，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(cuò)誤而不致于增大 Kp。如圖示的“開(kāi)”。
7.2.2 位置的補(bǔ)償作用
當(dāng)反鏟處在上升位置或者反鏟動(dòng)作完成時(shí)，反鏟水平動(dòng)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(lái)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(shí)水平動(dòng)作結(jié)果。與不裝補(bǔ)償裝置的情況相比較，圖中的關(guān)表示不裝時(shí)，開(kāi)的情況具有補(bǔ)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(guò) 100ms 時(shí)，不穩(wěn)定振蕩因運(yùn)動(dòng)的慣性隨位置而加劇。
2.當(dāng)控制間隔低于 50ms 時(shí)，其控制操作不能作如此大提高。 因此，考慮到計(jì)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(jī)執(zhí)行實(shí)際挖掘動(dòng)作，以研究其受載時(shí)的影響。在控制精度方面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與不加載荷時(shí)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，使精確控制液壓挖掘機(jī)成為可能。同時(shí)也證實(shí)了非線(xiàn)性補(bǔ)償能使普通控制閥應(yīng)用在自動(dòng)控制系統(tǒng)中。因而應(yīng)用 這些控制技術(shù)，允許即使是不熟練的司機(jī)也能容易和精確地操控液壓挖掘機(jī)。
將這些控制技術(shù)應(yīng)用在其它結(jié)構(gòu)的機(jī)器上，如履帶式起重機(jī)，能使普通結(jié)構(gòu)的機(jī)器改進(jìn)成為可讓任何人容易操控的機(jī)器。
參考文獻(xiàn)
[1] J. Chiba, T. Takeda, Automatic control in construction machines, Journal of SICE 21 8 1982 40–46.
[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.
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[8] H.B. Kuntze et al., On the model-based control of a hydraulic large range robot, IFAC Robot Control 1991 207–212.
外文翻譯
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名 張 興
班 級(jí) B機(jī)制051
學(xué) 號(hào) 0 5 1 0 1 1 0 1 1 8
指 導(dǎo) 教 師 朱 效 波
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文 獻(xiàn) 資 料
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名 張 興
班 級(jí) B機(jī)制051
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[1] 趙佩鳳，王道順. 箱體件定位銷(xiāo)孔的加工方法[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2004，(11)：84-88.
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[6] 唐中燕,組合機(jī)床自動(dòng)控制 PLC程序設(shè)計(jì)實(shí)例. 機(jī)床電器, 2006
[7] 葉道軍,組合機(jī)床在裝載機(jī)結(jié)構(gòu)件加工的應(yīng)用.制造工程設(shè)計(jì),2008
[8] 張銀保,立式軸承座鉆孔組合機(jī)床設(shè)計(jì).湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005
[9] 趙洪志，楊剛.球頭碗球面加工組合機(jī)床設(shè)計(jì) .工藝與裝備,2007(12)
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
課題：雙孔支架鏜鉸組合機(jī)床總體及夾具設(shè)計(jì)
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名 張 興
班 級(jí) B機(jī)制051
學(xué) 號(hào) 0510110118
指 導(dǎo) 教 師 朱 效 波
專(zhuān) 業(yè) 系 主 任 劉 道 標(biāo)
發(fā) 放 日 期 2009年2月 26 日
一、設(shè)計(jì)內(nèi)容
課題來(lái)源于鹽城寶利來(lái)精密機(jī)械制造有限公司。
對(duì)雙孔支架鏜鉸組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)：制定工藝方案，確定機(jī)床配置型式及結(jié)構(gòu)方
案；三圖一卡設(shè)計(jì)。
對(duì)雙孔支架零件鏜鉸孔加工組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì)：確定定位夾緊方案，設(shè)計(jì)定位元
件，夾緊裝置。要求保證孔的尺寸精度和孔的粗糙度要求，設(shè)計(jì)一副兩件雙面加工鏜
鉸夾具，要求定位合理，裝夾可靠、方便。
二、設(shè)計(jì)依據(jù)
雙孔支架零件鏜鉸機(jī)床夾具設(shè)計(jì)，需要解決的問(wèn)題主要有：限制零件的自由度，
確保定位可靠，保證零件的定位精度；設(shè)計(jì)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的夾緊機(jī)構(gòu)，確定構(gòu)件的結(jié)、
構(gòu)合理裝卸方便，能有效地提高生產(chǎn)效率。并對(duì)夾緊裝置進(jìn)行剛度校核等。
三、技術(shù)要求
1、應(yīng)能滿(mǎn)足加工要求，保證加工精度；
2、機(jī)床應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
3、裝卸方便，便于維修、調(diào)整；
4、盡量使用通用件，以便降低制造成本；
四、畢業(yè)設(shè)計(jì)物化成果的具體內(nèi)容及要求
1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份，達(dá)1萬(wàn)字以上，且要符合規(guī)范要求；
2、設(shè)計(jì)圖樣全部用AutoCAD繪制，總的繪圖量達(dá)3張A0以上；手工繪圖一張；
3、具體設(shè)計(jì)的圖樣有：機(jī)床夾具裝配總圖、夾具體圖以及主要零件圖；
4、有關(guān)計(jì)算、校核。
五、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃
起訖日期
工作內(nèi)容
備 注
3月8日～3月9日
布置任務(wù)
3月10日～3月22日
調(diào)查研究，畢業(yè)實(shí)習(xí)
3月23日～4月5日
方案論證，總體設(shè)計(jì)
4月6日～4月19日
技術(shù)設(shè)計(jì)（部件設(shè)計(jì)）
4月20日～5月14日
工作設(shè)計(jì)（零件設(shè)計(jì)）
5月15日～5月31日
撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
6月1日～6月4日
畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯
6月5日～6月12日
修改資料
6月13日～6月15日
評(píng)閱材料
6月16日～6月18日
畢業(yè)答辯
六、主要參考文獻(xiàn)：
[1] 大連組合機(jī)床研究所.組合機(jī)床設(shè)計(jì)第一冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1975．
[2] 金振華.組合機(jī)床及其調(diào)整與使用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990．
[3] 徐英南.組合機(jī)床及其自動(dòng)線(xiàn)的使用與調(diào)整[M]．北京：勞動(dòng)人事出版社，1987．
[4] 大連組合機(jī)床研究所.機(jī)械工程手冊(cè)第62篇[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980．
[5] 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(cè)第3卷[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992．
[6] 范國(guó)清.組合機(jī)床通用部件專(zhuān)輯[M]．大連：大連組合機(jī)床研究所
[7] 沈陽(yáng)工學(xué)院.組合機(jī)床設(shè)計(jì)[M]．上海：上?？萍汲霭嫔?1985．
[8] 大連組合機(jī)床研究所.組合機(jī)床[M]．1980年～1986年．《組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)》1987～1992．
[9] 黃鶴汀.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)[M]．上海：上?？萍嘉墨I(xiàn)出版社，1986．
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[12] 李鐵堯.金屬切削機(jī)床[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990．
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[16] 姚永明.非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)[M]．上海：上海交通大學(xué)出版社，1999
七、其他
4
畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名 張 興
班 級(jí) B 機(jī) 制 051
學(xué) 號(hào) 0510110118
指 導(dǎo) 教 師 朱 效 波
日 期 2009年3月14日
實(shí)習(xí)報(bào)告
經(jīng)過(guò)大學(xué)近四年的學(xué)習(xí)，我們即將畢業(yè)，為了完成好畢業(yè)設(shè)計(jì)，同時(shí)將自己所學(xué)的知識(shí)用于實(shí)戰(zhàn)，鞏固加深對(duì)專(zhuān)業(yè)技能的理解和使用，提高獨(dú)立處理問(wèn)題的能力，也是為了對(duì)于即將到來(lái)的工作做好準(zhǔn)備，我們進(jìn)行了最后一次實(shí)習(xí)。
三月三日，已經(jīng)比預(yù)定的時(shí)間晚了一天，終于聯(lián)系到了一家齒輪廠(chǎng)同意我們?nèi)?shí)習(xí)，這真是一次難得的機(jī)會(huì)，因?yàn)閾?dān)心實(shí)習(xí)期的安全，還有其他一些方面的原因，現(xiàn)在的工廠(chǎng)已不愿為大學(xué)生提供實(shí)習(xí)的崗位了，所以我們都很高心能得到這樣的機(jī)會(huì)，而且實(shí)習(xí)的內(nèi)容也許會(huì)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)有一些幫助和啟發(fā)，這更使得我們不敢掉以輕心。
實(shí)習(xí)單位：
江蘇馳翔精密齒輪有限公司創(chuàng)建于2002年4月,位于鹽城市鹽都區(qū),是鹽城市規(guī)模最大的精密齒輪專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家。公司現(xiàn)有員工260余人，總資產(chǎn)6000萬(wàn)元。長(zhǎng)期從事各類(lèi)硬齒面、高精度齒輪的研發(fā)、制造、銷(xiāo)售。現(xiàn)已具備年產(chǎn)各汽車(chē)油泵齒輪150萬(wàn)件、紡機(jī)齒輪80萬(wàn)件、工程機(jī)械、各類(lèi)齒輪箱齒輪30萬(wàn)件的生產(chǎn)能力。
公司生產(chǎn)的“馳翔”牌系列齒輪為“五高產(chǎn)品”即：高硬度、高強(qiáng)度、高精度、高技術(shù)含量、高性?xún)r(jià)比，產(chǎn)品達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。。
公司生產(chǎn)的“馳翔”牌系列機(jī)油泵齒輪，于2005年通過(guò)了ISO/TS16949國(guó)際質(zhì)量體系認(rèn)證，被認(rèn)定為江蘇省高新技術(shù)產(chǎn)品，獲得技術(shù)專(zhuān)利6項(xiàng)，公司通過(guò)了ISO14001國(guó)際環(huán)境體系認(rèn)證。
公司生產(chǎn)的“馳翔”牌系列齒輪產(chǎn)品具有配套層次高、產(chǎn)品精度高、技術(shù)含量高的要求，配套于世界500強(qiáng)企業(yè)美國(guó)康明斯公司、美國(guó)卡特彼勒工程機(jī)械公司、意大利馬佐里紡機(jī)公司、德國(guó)采埃孚公司及學(xué)常州國(guó)茂國(guó)泰減速機(jī)集團(tuán)公司、上海大眾液壓公司等國(guó)內(nèi)外大型企業(yè)。
實(shí)習(xí)過(guò)程及內(nèi)容：
到達(dá)工廠(chǎng)之后， 廠(chǎng)里安排了一位工程師給我們做向?qū)?，參觀(guān)了工廠(chǎng)的布局，各種各樣的機(jī)床和生產(chǎn)線(xiàn)有序的坐落在通道兩側(cè)，通過(guò)向?qū)У慕榻B我們大概的了解了下設(shè)備的組成：JD45型、JD32型齒輪檢測(cè)中心和種類(lèi)型號(hào)的數(shù)控磨齒機(jī)16臺(tái)、日本豐東C-N共滲多用爐（2+1+1）生產(chǎn)線(xiàn)2條及其他輔助設(shè)備，這些設(shè)備從硬件上不斷滿(mǎn)足Ф18至Ф1500的各種圓柱齒輪加工質(zhì)量和工藝的要求。在對(duì)設(shè)備和場(chǎng)地進(jìn)行了觀(guān)摩之后，我們被安排進(jìn)入工廠(chǎng)的技術(shù)樓，在一個(gè)只有260余人的工廠(chǎng)里搞技術(shù)開(kāi)發(fā)的占到了盡20人，這很令我吃驚，想不到小小的齒輪需要如此之多的投入，很快我的想法將被證實(shí)是多么的無(wú)知。在我們對(duì)資料室里如此眾多的設(shè)計(jì)圖紙感到震驚的時(shí)候，先前的那位工程師拿來(lái)了一些工廠(chǎng)的樣品，我得承認(rèn)關(guān)于齒輪的傳統(tǒng)印象嚴(yán)重的影響了我的思維，經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，齒輪的造型早已不像教科書(shū)上的那般單調(diào)了，它們整齊的擺放在辦公桌上，像極了一件件的藝術(shù)品。
公司的主要產(chǎn)品：
美國(guó)卡特彼勒工程機(jī)械系列齒輪
Gears series for USA Caterpillar Construction Machinery
美國(guó)卡特彼勒工程機(jī)械系列齒輪
Gears series for USA Caterpillar Construction Machinery
美國(guó)卡特彼勒工程機(jī)械系列齒輪
Gears series for USA Caterpillar Construction Machinery
美國(guó)康明斯齒輪
USA Cummins engine oil pump gears
工程機(jī)械齒輪
Gears for Construction machinery
斯太爾機(jī)油泵齒輪
Steyr automobile engine oil pump gears
分析：
在工作人員的幫助下我們拿到了一些工藝書(shū)籍和設(shè)計(jì)資料，了解和整理了下齒輪加工、檢驗(yàn)、包裝及存儲(chǔ)方面的知識(shí)。
1.齒輪加工機(jī)床
齒輪加工機(jī)床系指用齒輪切削工具加工齒輪齒面或齒條齒面的機(jī)床及其配套輔機(jī)。齒輪機(jī)床按加工原理分為兩類(lèi)，仿形法和范成法(或稱(chēng)展成法)。仿形法是用刀具的刀刃形狀來(lái)保證齒輪齒形的準(zhǔn)確性，用單分齒來(lái)保證分齒的均勻。范成法是按照齒輪嚙合原理進(jìn)行加工，假想刀具為齒輪的牙形，它在切削被加工齒輪時(shí)好似一對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)，被加工齒輪就是在類(lèi)似嚙合傳動(dòng)的過(guò)程中被范成成形的，范成法具有加工精度高，粗糙度值低，生產(chǎn)率高等特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用，范成法按其加工方法和加工對(duì)象分為：
(1)插齒機(jī)：多用于粗、精加工內(nèi)外嚙合的直齒圓柱齒輪，特別適用于雙聯(lián)、多聯(lián)齒輪，當(dāng)機(jī)床上裝有專(zhuān)用裝置后，可以加工斜齒圓柱齒輪及齒條。
(2)滾齒機(jī)：可進(jìn)行滾銑圓柱直齒輪、斜齒輪、蝸輪及花鍵軸等加工。
(3)剃齒機(jī)：按螺旋齒輪嚙合原理用剃齒刀帶動(dòng)工件(或工件帶動(dòng)刀具)旋轉(zhuǎn)剃削圓柱齒輪齒面的齒輪再加工機(jī)床。
(4)刨齒機(jī)：用于外嚙合直齒錐齒輪加工。
(5)銑齒機(jī)：用于加工正交、非正交(軸交角不等于90）的弧齒錐齒輪、雙曲線(xiàn)錐齒輪加工。
(6)磨齒機(jī)：用于熱處理后各種高精度齒輪再加工。
此外花鍵、花鍵軸銑床也屬于齒輪加工機(jī)床范疇。
2.檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
齒輪加工機(jī)床主要采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)別產(chǎn)品尚有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)均等效目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)先進(jìn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，此外尚有50多個(gè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。所有產(chǎn)品均有質(zhì)量分等標(biāo)準(zhǔn)，出口產(chǎn)品不得低于一等品。主機(jī)的專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有：GB4686-84《插齒機(jī)精度》，JB/T54458-94《插齒機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量分等》，，JB5571-91《齒條插齒機(jī)精度》，JB/T6343-92《齒條插齒機(jī)技術(shù)條件》，JB/T6606-93《高速插齒機(jī)技術(shù)條件》，JB/T6344-92《滾齒機(jī)技術(shù)條件》，JB/T54505-94《精密滾齒機(jī)質(zhì)量分等規(guī)定》，JB/T6345-92《重型滾齒機(jī)技術(shù)條件》，JB/T5570-91《臥式滾齒機(jī)精度》，JB/T54457-94《直齒錐齒輪刨齒機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量分等》，JB/T54011-93《直齒錐齒輪拉齒機(jī)技術(shù)條件》，JB2267-86《弧齒錐齒輪銑齒機(jī)精度》，JB3991-85《錐形砂輪磨齒機(jī)精度》，JBn3989-85《漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪磨齒機(jī)制造驗(yàn)收技術(shù)要求》，ZBJ56007-88《齒輪導(dǎo)角機(jī)精度》等。
3.檢驗(yàn)項(xiàng)目
檢驗(yàn)時(shí)除按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品技術(shù)條件要求檢查外，主要進(jìn)行精度和性能檢驗(yàn)，各類(lèi)齒輪加工機(jī)床的精度，檢驗(yàn)項(xiàng)目均在10項(xiàng)以上。
(1)幾何精度：包括安裝加工件的主軸(心軸)及工作臺(tái)等項(xiàng)的有關(guān)精度，安裝刀具的主軸(心軸)及刀架等項(xiàng)的有關(guān)精度，以及兩者間的相關(guān)和相互位置精度。
(2)傳動(dòng)精度：包括長(zhǎng)周期誤差和短周期誤差。
(3)工作精度：是指對(duì)加工件進(jìn)行測(cè)量的檢驗(yàn)項(xiàng)目，包括周節(jié)偏差、周節(jié)累積誤差、齒向誤差和齒面粗糙度等。
檢驗(yàn)時(shí)還須參照J(rèn)B2670-82《金屬切削機(jī)床精度檢驗(yàn)通則》進(jìn)行。
4.包裝及儲(chǔ)運(yùn)
齒輪加工機(jī)床多采用木箱包裝，各木箱生產(chǎn)廠(chǎng)家在制造木箱時(shí)，依據(jù)GB7284-98《框架木箱》，GB/T13384-92《機(jī)電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件》及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)包裝箱的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、含水率等項(xiàng)目做了具體規(guī)定。包裝箱檢驗(yàn)抽樣判定時(shí)還須參照SN/T0275-93《出口商品運(yùn)輸包裝木箱檢驗(yàn)規(guī)程》。箱內(nèi)機(jī)床應(yīng)進(jìn)行有效的固定和襯墊，其電器及加工未涂漆表面應(yīng)做防銹防潮處理，其防銹有效期為兩年。在存放及滯港期間機(jī)床類(lèi)產(chǎn)品應(yīng)庫(kù)內(nèi)保管，暫時(shí)露天存放時(shí)應(yīng)墊高并加苫蓋防止雨淋、水浸。箱面重心、防雨、勿倒置、輕放等標(biāo)識(shí)應(yīng)齊全，以保證運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)品完好、安全運(yùn)抵目的地。
實(shí)習(xí)感想：
畢業(yè)實(shí)習(xí)很快就結(jié)束了，在短短的兩個(gè)星期的實(shí)習(xí)中，收獲頗多。在這次實(shí)習(xí)中，我們得以近距離地接觸到了齒輪加工行業(yè)，特別是加工機(jī)械，工藝流程。通過(guò)實(shí)習(xí)，我對(duì)機(jī)械制造有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，將課本上學(xué)到的知識(shí)與現(xiàn)實(shí)中見(jiàn)到的相比較，感覺(jué)到了差距，在現(xiàn)實(shí)中還有很多東西要我們慢慢學(xué)習(xí)，光有課本上的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，理論必須聯(lián)系實(shí)際。到現(xiàn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)，有很多本來(lái)以為已經(jīng)明白的東西，在實(shí)踐中卻不知道了。只有不斷的實(shí)踐，將理論聯(lián)系實(shí)際，在實(shí)踐中鞏固和完善理論，才能對(duì)知識(shí)有真正的理解和吸收，在此基礎(chǔ)上才能有創(chuàng)新。
感謝馳翔齒輪給我們提供了這次實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)，感謝范工程師在實(shí)習(xí)期間給予我們的幫助，他讓我們看到了一個(gè)工程人員身上的嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真和努力。實(shí)習(xí)讓我們近距離的接觸工廠(chǎng)，接觸齒輪設(shè)計(jì)生產(chǎn)的全過(guò)程，這對(duì)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)和以后的工作都將有很大的幫助。
當(dāng)然實(shí)習(xí)中也讓我們看到了一些問(wèn)題，雖然企業(yè)很想提高產(chǎn)品的附加值，創(chuàng)造更大的收益，但是在技術(shù)和資金上還面臨很大的困難，由于沒(méi)有合適的工程技術(shù)人員，企業(yè)不得不從德國(guó)聘請(qǐng)專(zhuān)家，語(yǔ)言上的天然障礙使得廠(chǎng)內(nèi)技術(shù)人員與專(zhuān)家的交流十分困難，在技術(shù)的使用和更新上也不能完全自主。企業(yè)員工方面，也多以普通工人居多，研發(fā)人員比例不足，企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展面臨人才困境。希望我們能夠在不遠(yuǎn)的將來(lái)成為一員合格的工程技術(shù)人員，參與到中國(guó)的制造業(yè)大軍中，為中國(guó)企業(yè)的發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)
開(kāi)題論證報(bào)告
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 張 興
班 級(jí) B機(jī)制051
學(xué) 號(hào) 0510110118
指導(dǎo)教師 朱 效 波
完成日期 2009年3月24日
課題名稱(chēng)：雙孔支架鏜鉸組合機(jī)床總體及夾具設(shè)計(jì)
一、課題來(lái)源、課題研究的主要內(nèi)容及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
課題來(lái)源于鹽城寶利來(lái)精密機(jī)械制造有限公司。
對(duì)雙孔支架鏜鉸組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)：制定工藝方案，確定機(jī)床配置型式及結(jié)構(gòu)方案；三圖一卡設(shè)計(jì)。
對(duì)雙孔支架零件鏜鉸孔加工組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì)：確定定位夾緊方案，設(shè)計(jì)定位元件，夾緊裝置。要求保證孔的尺寸精度和孔的粗糙度要求，設(shè)計(jì)一副兩件雙面加工鏜鉸夾具，要求定位合理，裝夾可靠、方便。
據(jù)有關(guān)資料介紹，日本2001年專(zhuān)用機(jī)床產(chǎn)值占機(jī)床產(chǎn)值的比達(dá)到8.8%；我國(guó)臺(tái)灣省這一數(shù)字達(dá)到6.9%;而我國(guó)僅為0.67%。所以，在當(dāng)前產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整中，發(fā)展專(zhuān)用機(jī)床是行業(yè)發(fā)展中的一個(gè)值得注意的問(wèn)題。
組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。
二、本課題擬解決的問(wèn)題
雙孔支架鏜鉸組合機(jī)床總體及夾具設(shè)計(jì)，需要解決的問(wèn)題主要有：限制零件的自由度,確保定位可靠，保證零件的定位精度；設(shè)計(jì)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的夾緊機(jī)構(gòu)，確定構(gòu)件的結(jié)構(gòu)合理裝卸方便，能有效地提高生產(chǎn)效率。并對(duì)夾緊裝置進(jìn)行剛度校核等。
3、 解決方案及預(yù)期效果
預(yù)期效果:
1、能滿(mǎn)足加工要求，保證加工精度；
2、機(jī)床應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
3、裝卸方便，便于維修、調(diào)整；
4、盡量使用通用件，以便降低制造成本；
四、課題進(jìn)度安排
3月1日～3月14日．畢業(yè)實(shí)習(xí)階段。
畢業(yè)實(shí)習(xí)，查閱資料，到多個(gè)公司實(shí)踐，撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告。
3月15日～3月31日．開(kāi)題階段。
提出總體設(shè)計(jì)方案及草圖，填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
4月1日～5月14日． 設(shè)計(jì)初稿階段。
完成總體設(shè)計(jì)圖、部件圖、零件圖。
5月15日～5月31日． 中期工作階段。
完善設(shè)計(jì)圖紙，編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，中期檢查。
6月1日～6月4日．畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯。
6月5日～6月12日．畢業(yè)設(shè)計(jì)整改。
圖紙修改、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)修改、定稿，材料復(fù)查。
6月13日～6月15日．畢業(yè)設(shè)計(jì)材料評(píng)閱。
6月16日～6月18日．畢業(yè)答辯。
6月19日～6月21日．材料整理裝袋。
五、指導(dǎo)教師意見(jiàn)
簽名
年 月 日
六、專(zhuān)業(yè)系意見(jiàn)
簽名
年 月 日
七、學(xué)院意見(jiàn)
簽名
年 月 日
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