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数控车床
主轴
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数控车床主轴组件监控系统的设计,数控车床,主轴,组件,监控,系统,设计
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毕 业 论 文 设 计 开 题 报 告题 目 数控车床主轴组件监控系统的设计 学生姓名 刘乐 学号 051541046 所在院(系) 机 械 工 程 学 院 专业班级 机 自052 指导教师 黄 崇 莉 2009 年 3 月 15 日题 目： 数控车床主轴组件监控系统的设计一、选题的目的及研究意义随着科学技术的飞速发展，各工业部门的生产设备日益向大型化、连续化、高速化、系统化及自动化方向发展，其结果是:设备的组成和结构越来越复杂，生产系统本身的规模越来越大。功能越来越强，性能指标越来越高，各级生产环节的关联度越来越密切，形成了一个具有整体性的生产链等。数控机床是综合了当今世界上许多领域最新的技术成果，主要包括精密机械、计算机及信息处理、自动控制及伺服驱动、精密检测及传感、网络通信等技术。数控机床即是采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松夹工件、进到与退刀、开车与停车、选择刀具、供给冷却液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的零件。数控机床与其他自动机床的显著区别在于当加工对象改变时，除了重新装夹工件和更换刀具之外，只需要更换新的控制介质，不需要对机床做任何调整。数控机床制造业是关系到国家战略地位和体现国家综合国力的基础产业，其技术水平的高低和拥有量的多少是衡量一个国家工业化的重要标志。由于数控机床的优点是现代社会发展的需要，因此，近些年来，数控机床被广泛的应用于我国的制造业，在国内工业发达的地区已经得到普及，由此对社会生产力的提高起着巨大的推动作用。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。但随着数控机床在运行一段时间后，其某些元件或机器部件难免会出现一些问题，这就对工件的加工质量有一定程度的影响，甚至不能满足生产需要，这就需要在加工过程中对机床的某些部件进行一定的监测，通过观察某些参数的变化，用来得知机床是否运转状态良好，对加工工件的质量有无影响，加工出来的零件能否满足所需要求。而主轴是机床的重要组成部分，主轴运行状态的好坏关系到加工的质量。随着检测技术和计算机技术的发展，通过对机床主轴的主要参数的测量和运行状态进行描述，从而尽早的发现零部件的缺陷以及故障预测，使人们把故障消灭在故障发生前。 本次设计的目的就是利用传感器对数控车床主轴组件进行监测，将测量的信号进行处理，然后将测量的信号送入A/D转换器，经转换器将模拟信号转换为数字信号，再将信号传输给单片机，最后导入计算机进行观察所测量的信号来掌握主轴的运转状态，看机床是否运转状态良好，被加工的零件能否满足生产的要求。 二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等数控机床加工加工在现代制造活动中占有很大的比例，作为目前研究焦点的加工过程监测与控制问题，在自动化、无人化加工系统中极为重要，监控系统的好坏直接影响产品的质量和生产效率，严重时还会造成重大的设备事故。传感器在过程监控中的作用主要是把反映过程状态的物理量转换为电信号。传统单一的传感器很难准确地反映加工状态，向多传感器发展是过程监控的必然之路。多传感器能反映加工过程多方面的信息，供监控系统选用。多传感器经信号处理后融合起来具有学习决策能力，称为智能传感器，它主要具有如下要求:自校准、信号处理、决策、融合学习等能力，信号处理主要是提取信号特征。决策能力是对信号特征做出判断，取代控制器。融合能力是对各路信号决策后的结果进行综合判断，提高系统的可靠性。学习能力主要为调整系统参数，提高系统的可靠性和鲁棒性。因此，智能传感器就成为目前的发展趋势。信号处理技术是过程监控的核心技术之一。只有通过对信号的分析处理，才能获取信号的特征，由此才能对特征进行决策分析才能达到监控的目的。在传统加工过程监控系统中所采用的信号处理技术多集中于时域、频域的统计分析。近十多年来信号处理技术向时频分析和智能技术方向发展，尤其是时频分析成为信号分析的主流方向，时频分析主要包括维格尔分布技术和小波分析技术。小波技术是当前信号处理最具有影响的方法，小波变换是突变信号和非平稳信号多分辨分析的数学工具，其主要有点在于:线性变换，不产生畸变;能在时域和频域同时对信号进行局部分析;主要适用于宽带信号处理以及局部化分析。这些优点对加工过程状态信号分析最为适合。小波分析属于时频分析方法，经过处理的信号既有频域的特征，又有时域的特征;像刀具破损信号或磨损信号一般都是时变信号，用古典的信号处理方法会失去部分信息，尤其是FFT方法。刀具状态检测最常见的信号就是AE和动态力信号，这两种信号都是非平稳的信号，小波分析是最为有效的方法，另外小波分析运算速度块，虽然理论深，但算法简单。可以这样认为小波分析是信号处理一次重大的突破，对加工过程监控信号也是同样有效的。三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明，论文要写出相应的写作提纲随着社会不断的发展，数控车床在现代不断发展的社会中起着重要的作用，对它们的要求也不断提高，它们运转的情况对加工工件的质量有着一定的影响。而主轴是数控机床的重要组成部分，主轴运行状态的好坏关系到加工的质量。随着检测技术和计算机技术的发展，通过对机床主轴的主要参数的测量和运行状态进行描述，从而尽早的发现零部件的缺陷以及故障预测，使人们把故障消灭在故障发生前，同时可以利用测试的这些参数，尽快地找出故障类型和地点，方便检修人员处理事故。该课题主要研究卧室车床主轴组件运行状况的描述方法，通过用传感器对数控车床主轴主要组件运行状况进行监控，例如数控车床在运行时，由于主轴旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。振动不仅影响工件的加工质量，还会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。测量主轴振动可采用速度传感器和加速度传感器，现用加速度传感器对数控车床主轴进行监测。还有数控车床在加工工件的时候，它要保证一定的转速，这才能保证工件的加工质量，转速的测量可用光电式传感器和磁电式传感器进行测量，磁电式传感器是把测量物理量转换为感应电动势的一种传感器，而光电传感器是将光信号转换为电信号的传感器。在本次设计中，选用磁电式传感器对数控车床主轴进行监测。主轴在运转的过程中，主轴也会产生一定的回转误差。回转轴运动误差的测量，在机械工程的许多行业中都是很重要的。无论对于精密机床主轴的运动精确度，还是对于大型高速机组的安全运行都有重要意义。在这里选用电涡流传感器进行监控。同样，主轴在运转的过程中也会产生一定的扭矩，这无论是对主轴和加工工件的质量都有一定程度的影响，在这次设计中，采用扭矩式传感器对其进行测量。将传感器采集到的信号进行一定的处理，然后将处理后的信号传输给转换器，转换器将接受到的信号进行转换后送入单片机，通过单片机将要处理的信号与计算机相连，将测得的信号送入编好的处理界面，通过观察计算机上的界面来掌握数控机床主轴的运转状况，通过分析来调节机床的某些部件，使机床的运转达到所需的状态来保证被加工工件的技术要求。利用实验室的条件对所设计的监控系统进行搭建，测验所设计的系统能否测量数控机床的主轴的重要参数，通过观察界面对主轴的运转的状况进行分析。 四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明1 韩鸿鸾，吴海燕 数控机床机械维修 中国电力出版社2008年3月.2 李雪梅，姜新桥，张斌 数控机床 电子工业出版社2005年3月.3 王爱玲，白恩远 现代数控机床 国防工业出版社 2005年8月.4 韩鸿鸾，崔兆华 数控机床的机械结构与维修 山东科学技术出版设 2005年8月.5 高学山 光机电一体化系统典型实例 机械工业出版社2007年1月.6 王俊峰，张玉生 机电一体化检测与控制技术 人民邮电出版社 2006年1月.7 余成波，胡新宇，赵勇 传感器与自动检测技术 高等教育出版社 2004年2月.8 丁镇生 传感器及传感技术应用 电子工业出版社1998年8月.9 赵负图 现代传感器集成电路 人民邮电出版社 2000年1月10熊诗波 黄长艺 机械工程测试技术基础 机械工业出版社 2007年7月11霍孟友 王爱群 孙玉德 单片机原理与应用 机械工业出版社 2007年7月12娄锐 数控机床 机械工业出版社 2007年5月13王爱玲，白恩远 现代数控机床 国防工业出版社 2005年8月14王爱玲，沈兴全 现代数控编程技术及应用 国防工业出版社 2007年9月15吴宗泽，罗圣国 机械设计课程设计手册 高等骄傲与出版社 2006年5月16冯辛安，黄玉美，关慧贞 机械制造装备设计 机械工业出版社 2008年3月五、毕业论文（设计）进程安排3.15-3.31 弄清毕业设计题目，明确设计目的、任务以及要求，全面的对本题目进行资料查阅，并撰写开题报告4.01-4.15 查阅图书馆资料，对数控车床的组成，工作原理等有一定的了解，并测量要测量的量4.16-4.30
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