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本科畢業(yè)論文(設計)開題報告
論 文 題 目： 小 型 機 床 的 數(shù) 控 改 造學 院：專 業(yè) 、班 級：學 生 姓 名：指導教師（職稱）
畢業(yè)論文（設計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質量畢業(yè)論文
（設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設計）題目及研究領域；
2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設計）研究的內容1.重點解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）；
3. 本論文（設計）預期取得的成果。三、論文（設計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）；
2. 論文（設計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述
學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調研、實驗或實習的基礎上遞交相關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。
五、其他要求
1. 開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內完成；
2. 開題報告必須經學院教學指導委員會審查通過；
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設計）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師；
5. 開題報告的內容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打印）。
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一、選題依據(jù)
1. 研究領域
機械設計-小型機床數(shù)控改造
2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值
數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力?？梢约庸こ鰝鹘y(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化， 從而效率可比傳統(tǒng)機床提高 3～7 倍。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了"柔性自動化"。
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"?？蓪崿F(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反應等等。
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機床中，除少量機床以 FMS 模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。我國機床工業(yè)產值已進入世界第 5 名，機床消費額在世界排名上升到第
3 位，達 47.39 億美元，僅次于美國的 53.67 億美元，消費額比上一年增長 25%。但由于國產數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，進口機床躍升至世界第 2 位，達 24.06 億美元，比上年增長 27.3%。 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數(shù)控機床品種以中低檔為主。
國內數(shù)控機床的特點 ： (1) 新產品開發(fā)有了很大突破，技術含量高的產品占據(jù)主導地位。(2) 數(shù)控機床產量大幅度增長，數(shù)控化率顯著提高。 (3) 數(shù)控機床發(fā)展的關鍵配套產品有了突破。
數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢繼續(xù)向(1)開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展基于 PC 所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產廠家會走上這條道路。至少采用 PC 機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。PC 機所具有的友好的人機界面，將普及
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到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。(2)向高速化和高精度化發(fā)展這是適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 (3)向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。
數(shù)控機床以其獨特卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異穩(wěn)定的精度、靈活敏捷多樣化的功能引起廣泛的關注，它開創(chuàng)了機械產品并向機電一體化發(fā)展的開始，成為先進制造技術當中的一門核心技術。數(shù)字控制系統(tǒng)技術的快速發(fā)展為數(shù)控機床的技術進步提供了條件。目前我國的數(shù)控機床的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在，高速、精密、復合、智能和綠色等幾個方面。
1、高速、高效，數(shù)控機床逐漸向高速化方向發(fā)展，它大大的提高加工效率、降低加工生產成本，并且還達到了提高零件的表面質量及其加工精度。高速化的加工技術對一些企業(yè)制造業(yè)提供了更高效，優(yōu)質，成本低生產比較廣泛適用性。 目前在一些發(fā)達的國家數(shù)控機床的高速運行，其高速主軸單元，電主軸轉速可達 15000 － 100000r/min，快移速度在 60～120m/min 范圍之內，切削進給速度高達 60m/min、一系列高性能控制伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都有新的突破，數(shù)控機床發(fā)展到了更高的水平。
2、現(xiàn)在的數(shù)控機床比以前的普通車床加工的零件更加的精密，精密加工技術有了相當大的提高，加工精度已從原來的絲級(0.01mm)提升到目前的微米級(0.001mm)， 甚至有些品種已達到 0.05μm 左右。超精密數(shù)控機床的微細切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達到 0.05μm 左右，形狀精度可達 0.01μm 左右。通過機床結構設計優(yōu)化、機床零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動等動態(tài)誤差補償技術，提高機床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進入亞微米、納米級超精加工時代
3、智能化，數(shù)控機床的智能化現(xiàn)在又有了新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了充分的體現(xiàn)。比如說：自動調整干涉防碰撞功能、高精度加工零件智能化參數(shù)選用功能、加工過程自動消除機床震動等功能進入了實用化階段等等，數(shù)控機床的智能化提升了機床的功能及其品質。
4、現(xiàn)代的數(shù)控機床在還有較高的可靠性，，而且復合化，多軸化，網(wǎng)絡化等方面都得到了大大的提高。
二、論文（設計）研究的內容
1. 重點解決的問題
XZ50C 機床數(shù)控改造總體方案設計機械傳動方式的設計
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）
（1） 系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇
（2） 計算機控制系統(tǒng)的設計
（3） 機械傳動方式的設計
3. 本論文（設計）預期取得的成果
（1） 機床數(shù)控改造設計方案、設計圖紙一份，
（2） 總體設計結構圖紙和部分部件圖紙，
（3） 編寫出改造設計說明書一份。
（4） 對普通車床的改為數(shù)控車床后，這樣提高經濟效益，提高了工廠的競爭的能力。
三、論文（設計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 技術參數(shù)：
為適應當代生活中的家庭需求和針對一些修配廠的部分小型，臨時生產所需，
特別設計這種小型機床。主要實現(xiàn)功能為鉆，磨，銑，鏜。
主要技術性能參數(shù)鉆削能力：φ32 平磨能力：φ120 立銑能力：φ25 鏜孔能力：φ100
主軸鉆孔：3 M.T.N 主軸轉數(shù)：160～3000
rpm 工作臺尺寸： mm 電機功能：1.1 kw 轉數(shù)級數(shù)：9～12
2. 論文（設計）進度計劃
2017 年 11 月初——2017 年 11 月底，擬定論文題目，與指導老師進行交流，撰寫論文開題報告。
2017 年 12 月——2018 年 1 月，根據(jù)導師意見修改開題報告，再次提交給導師， 待導師同意后，準備開始小型機床控制系統(tǒng)改造分析。
2018 年 2 月——2018 年 3 月，完成小型機床控制系統(tǒng)改造。
2018 年 4 月——2018 年 5 月，根據(jù)導師意見，撰寫說明書。
2018 年 5 月，根據(jù)導師意見再次對設計及說明書進行修改完善，并做好答辯準備。
四、需要閱讀的參考文獻
[1] 楊元凱.基于 PLC 控制技術的 C650 機床電器控制系統(tǒng)改造設計 .《自動化與儀器儀表》.2017-06-21
[2] 張琳.數(shù)控機床改造中的電氣設計分析.《現(xiàn)代裝飾(理論)》.2016.10.15
[3] 馬中輦.普通機床數(shù)控化改造設計中關鍵問題的研究. 《自動化應用》.2016-08-25
[4] 黎佐興.初探數(shù)控機床的關鍵設計技術與改造方法 《中國高新技術企業(yè)》.2016.3.16
[5] 李建國.普通機床數(shù)控改造關鍵技術的設計研究.《科技創(chuàng)新導報》 2015-06-09 10:58
[6] 張愛紅.應用于自動生產線的數(shù)控機床改造設計《制造業(yè)自動化》.2014-08-25
[7] 蒙斌.普通機床數(shù)控化改造中的設計問題《蘭州石化職業(yè)技術學院學報》.2013-06-15
[8] 韓瑞寶.普通機床數(shù)控改造方法與設計探討.《科技創(chuàng)新與應用》.2012-12-18
[9] 金捷.基于單片機普通機床的數(shù)控化改造設計 《全國先進制造技術高層論壇暨第九屆制造業(yè)自動化與信息化技術研討會論文集》.2010-10-28
[10] 金建偉，王俊，田美霞.淺談機床的設計與改造;《科技技資訊》.2010-08-23
[11] 楊芳.企業(yè)數(shù)控機床的改造設計.《黃岡職業(yè)技術學院學報》 2008-12-28
[12] 李勇輝.機床的數(shù)控化電氣改造設計.《中國科技信息》.2008-4-1
[13] 劉曉宇; 劉德平.普通機床數(shù)控化改造關鍵技術的設計及計算.《機械設計與制造》.2007-09-08
[14] 萬勝前.小型機床數(shù)控化改造設計金捷;《機械研究與應用》2005-04-30
[15] 蔡靜之; 盧勝利; 王福平; 趙虎; 祝玲.機床改造中的可靠性設計.《機床與液壓》.2004-08-30
[16] Des Gardara. Optimized Design of Machine Tool Configuration and Modification.
《Elsevierjournal》China Knowledge Net,2009.
[17] Jocelyn Reg "NC Design Method for Machine Tools." 《Elsevierjournal》.China Knowledge Net,2013.
[18] Martin Franck "Upgrading and Rebuilding of Machine Tools for Enterprises."Elsevierjournal. China Knowledge Net,2007.
附：文獻綜述或報告
文獻綜述
通過參考文獻[3][5]可知數(shù)控系統(tǒng)基于 PC 所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點,更多的數(shù)控系統(tǒng)生產廠家繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展。至少采用 PC 機作為它的前端機,來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題, 由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。PC 機所具有的友好的人機界面,將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通信,遠程診斷和維修將更加普遍。為適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要,數(shù)控系統(tǒng)也向高速化和高精度化發(fā)展。隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。①應用自適應控制技術達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的②引入專家系統(tǒng)指導加工③引入故障診斷專家系統(tǒng)④智能化數(shù)字伺服驅動裝置,可以通過自動識別負載,調整參數(shù),使驅動系統(tǒng)獲得最佳的運行。
通過文獻[2]可知該系統(tǒng)的伺服驅動裝置主要是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖,經驅動電路控制和功率放大后,使步進電機轉動,通過齒輪副與滾珠絲杠副驅動執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序,便可控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向,不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端。系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進電機的角位移精度, 齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度,所以系統(tǒng)的位移精度較低。該系統(tǒng)結構簡單,調試維修方便,工作可靠,成本低,易改裝成功。
通過文獻[1][2][4]可知由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號,隨時與給定值進行比較,將兩者的差值放大和變換,驅動執(zhí)行機構,以給定的速度向著消除偏差的方向運動,直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。在結構上比開環(huán)進給系統(tǒng)復雜,成本也高,對環(huán)境室溫要求嚴,設計和調試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但可以獲得更高的精度,更快的速度,驅動功率更大的特性指標。半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上,間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補償系統(tǒng)環(huán)路內部部分元件的誤差,因此,它的精度低于閉環(huán)系統(tǒng),但結構與調試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機作成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。當前生產數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家較多,國外如德國SIEMENS公司、日本FANUC公司;國內如中國珠峰公司、北京航天機床數(shù)控系統(tǒng)集團公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。據(jù)悉,我國高性能數(shù)控系統(tǒng)基本依賴進口。自上世紀90年代以來,我國對數(shù)控裝備的市場需求急劇增加,到2003年已成為世界第一大消費國。統(tǒng)計資料顯示,2004年FANUC公司和SIEMENS公司在中國的數(shù)控系統(tǒng)銷售量分別為 12000 臺 和 7000 臺 , 基 本 上 壟 斷 了 中 國 中 高 檔 數(shù) 控 系 統(tǒng) 市 場 。SIMODRIVE611A,611D,6RA24用于老系統(tǒng)的改造,它們能滿足各種要求。FANUC數(shù)控系統(tǒng)是最暢銷的機床控制系統(tǒng)之一,目前在國內使用的FANUC數(shù)控系統(tǒng)主要有0系統(tǒng)和0i系統(tǒng)。選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后機床要達到的各種精度、驅動電機的功率和用戶的要求。
通過文獻[6][7]可知對數(shù)控車床來說,導軌除應具有普通車床導向精度和工藝性
外,還要有良好的耐摩擦、磨損特性,并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時要有足夠的剛
度,以減少導軌變形對加工精度的影響,要有合理的導軌防護和潤滑。一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度,數(shù)控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結構上要能達到無間隙傳動,因而改造時,機床主要齒輪必須滿足數(shù)控機床的要求,以保證機床加工精度。絲杠傳動直接關系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。被加工件精度要求不高時可采用滑動絲杠,但應檢查原絲杠磨損情況,如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。般情況滑動絲杠應不低于6級,螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低但難以滿足精度較高零件的加工。滾珠絲杠摩擦損失小,效率高,其傳動效率可在90%以上，精度高,壽命長，啟動力矩和運動時力矩相接近,可以降低電機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。
通過文獻[9][13]可知為了獲得具有高精度、高剛度和高靈敏度的進給系統(tǒng)，不僅應選用高精度高剛度的滾珠絲杠副,而且必須十分重視滾珠絲杠支承的設計,應選用運轉精度高、軸向剛度高、摩擦力矩小的滾動軸承。因滾珠絲杠主要承受軸向載荷, 除絲杠自重外,一般無徑向外載荷,因此,滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。進給系統(tǒng)要求運動靈活,對微小位移( 絲杠微小轉角)響應要靈敏,因此,軸承的摩擦力矩應盡量小。目前,國內外的數(shù)控機床和加工中心進給絲杠支撐軸承用得最多的是60b接觸角推力角接觸球軸承,該軸承具有承載能力大、剛度大、回轉精度高、啟動摩擦力矩小等特點。通過合理的選擇軸承的組配方式,就可以獲得良好的進給系統(tǒng)性能。數(shù)控機床選用這種角接觸球軸承,通常需要把2個以上的軸承組合起來,且施加預緊力。其組合形式有背靠背組配、面對面組配、串聯(lián)組配等方式,在數(shù)控機床上選用此種軸承時,為了易于吸收滾珠螺母與軸承之間的不同軸度,一般采用面對面組配方式。
通過文獻[5][8][10]可知目前車床和車削中心主軸轉速達到8000r/min,加工中心的主軸轉速一般都在15000r/min~20000r/min, 高的達到60000r/min,切削進給速度一般達到20m/min, 高的甚至達到60m /min,為充分發(fā)揮刀具材料性能、提高加工效率、降低加工成本,并且提高加工精度和表面加工品質,數(shù)控裝備將進一步向更高速度或超高速方向發(fā)展。國外數(shù)控裝置MTBF己達6000h以上,伺服系統(tǒng)MTBF達到30000h以上, 表現(xiàn)出非常高的可靠性。為適應制造自動化的發(fā)展, 向FMC、FMS和CIMS提供基礎設備, 要求數(shù)控系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能,而且還能夠具備自動測量、自動上下料、自動換刀、自動更換主軸頭(有時帶坐標變換)、自動誤差補償、自動診斷、進線和聯(lián)網(wǎng)功能,特別是依據(jù)用戶的不同要求,可方便靈活地配置和集成。智能化（1） 為追求加工效率和加工品質方面的智能化,設備有自適應控制、工藝參數(shù)自動生成的功能。（2） 為提高驅動性能及使用連接方便的智能化,具有前饋控制、電機參數(shù)自適應運算、自動識別負載自動選定模型和自整定等功能。（3） 簡化編程和簡化
操作方面的智能化,有智能化的自動編程和智能化的人機界面等功能。（4） 具有
智能診斷和智能監(jiān)控方面的內容,方便系統(tǒng)的診斷及維修。（5） 此外,還具有許多特別的智能功能,如加工運動規(guī)劃、推理和決策能力,以及加工環(huán)境的感知能力、制造網(wǎng)絡通信能力(包括與人的交互)、智能編程、智能數(shù)據(jù)庫和智能監(jiān)控等。
通過文獻[8][10]可知以減少工序輔助時間為主要目的的復合加工,正朝著多軸和多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后,通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施, 完成多工序、多表面的復合加工, 以減少非加工時間。因為在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升降速上。因此,復合功能的機床是近年來發(fā)展很快的機種, 其核心是在一臺機床上要完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔和擴孔等多種操作工序。隨著全世界對環(huán)境問題的關注,“綠色制造”在全球興起,相應的數(shù)控裝備及其相關工藝的綠色、無公害化和更好的安全性受到人們的重視。
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