机械毕业设计（论文）-7辊型钢矫直机设计【全套图纸】.doc

青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书1.总述1.1矫正机根据矫正特点分类轧件在轧制、冷却、运输过程中由于各种因素影响，往往产生形状缺陷。例如钢轨、型钢和钢管经常出现弧形弯曲；某些型钢（如工字钢等）的断面会产生翼缘内并、外扩和扭转；板材和带材会产生纵向弯曲（波浪形）、横向弯曲、边缘浪形和中间瓢曲以及镰刀弯等。为消除这些缺陷，轧件需在矫正机上进行矫正。全套图纸，加153893706根据结构特点，矫正机可分为压力矫正机、辊式矫正机、管棒矫正机、拉伸矫正机（单张板材矫正机和连续式拉伸矫正机）和拉伸弯曲矫正机等几种类型。表1-1表示了矫正机的基本类型。1.1.1、压力矫正机轧件在活动压头和两个固定支点间，利用一次反弯的方法进行矫正。这种矫正机用来矫正大型钢梁、钢轨和大直径（大于）钢管或用作辊式矫正机的补充矫正。压力矫正机的主要缺点是生产率低且操作比较繁重。压力矫正机有立式（表1-1a）和卧式（表1-1 b）两种。1.1.2、板、带材和型钢用的辊式矫正机在辊式矫正机上轧件多次通过交错排列的转动着的辊子，利用多次反复弯曲而得到矫正。辊式矫正机生产率高且易于实现机械化，在型钢车间和板带材车间获得广泛使用。 板带材和型钢用的辊式矫正机的种类很多，在表1-1中图cf列出了几种主要的类型。表1-1c是上排每个工作辊可单独调整的矫正机。这种调整方式较灵活。但由于结构配置上的原因，它主要用于辊数较少、辊距较大的型钢矫正机。表1-1d是整排上工作辊平行调整的矫正机。通常，出、入口的两个上工作辊（也称导向辊）做成可以单独调整的，以便于轧件的导入和改善矫正质量。这种矫正机广泛用来矫正412mm以上的中厚板。表1-1e是整排上工作辊可以倾斜调整的矫正机。这种调整方式使轧件的弯曲变形逐渐减小，符合轧件矫正时的变形特点。它广泛用于矫正4mm以下的薄板。表1-1f是上排工作辊可局部倾斜调整（也称翼倾调整）的矫正机。这种调整方式可增加轧件大变形弯曲的次数，用来矫正薄板。1.1.3、管材、棒材矫正机管材、棒材矫正的原理也是利用多次反复弯曲轧件使轧件矫正。表1-1g是斜辊表1-1 矫正机的基本类型名称工作简图用途名称工作简图用途压力矫正机矫正大型钢梁和钢管辊式矫正机矫正薄板管材和棒材用矫正机矫正管材圆棒材矫正大型钢梁和钢管矫正管材矫正薄壁管辊式矫正机 矫正型钢和钢管张力矫正机（或机组矫正薄板矫正中厚板矫正有色金属带材矫正薄、中板拉伸弯曲矫正机组在联合机组中矫正带材矫正机。这种矫正机的工作辊具有类似双曲线的空间曲线的形状。两排工作辊轴线互相交叉。管棒材在矫正时边旋转边前进，从而获得对轴线对称的形状。表1-1h是“313”型辊式矫正机。这种矫正机的设备重量轻，易于调整和维修，用于矫正管、棒材时，效果很好。表1-1i是偏心轴式矫正机，用来矫正薄壁管。1.1.4、拉伸矫正机 也称张力矫正机，主要用于矫正机厚度小于0.6mm的薄钢板和有色金属板材。 通常，辊式板带材矫正机只能有效的矫正轧件的纵向或横向弯曲（即二维形状缺陷）。至于板带材的中间瓢曲和边缘浪形（三维形状缺陷）则是由于板材沿长度方向各纤维变形量不等造成的。为了矫正这种缺陷，需要使轧件产生适当的塑性延伸。在普通辊式矫正机上虽能使这种缺陷有所改善，但矫正效果不理想。这时采用拉伸矫正方法。拉伸矫正的主要特点是对轧件施加超过屈服极限的张力，使之产生弹塑性变形，从而将轧件矫平。表1-1j是矫正单张板材的钳式拉伸矫正机。这种设备生产率低且夹钳夹住的部分要切除，造成的金属损耗较大。表1-1k是连续拉伸机组，它由两个张力辊组组成。拉伸所需的张力由张力辊对带材的摩擦力产生。这种矫正机主要用于有色金属。1.1.5、拉伸弯曲矫正机组为了提高轧件矫正质量，近年来，拉伸弯曲矫正机组（表1-1l）得到较大发展。拉伸弯曲的基本原理是当带材在小直径辊子上弯曲时，同时施加张力，使带材产生弹塑性延伸，从而矫平。这种矫正机组一般用在连续作业线上，可以矫正各种金属带材（包括高强度极薄带材）。拉伸弯曲机组也可在酸洗机组上进行机械破鳞，以提高酸洗速度。1.2、轧件矫正原理1.2.1、具有单值原始曲率轧件的反弯矫正具有单值原始曲率轧件（如大断面型材、轨梁等），在压力矫正机上由压头给以适量的反弯曲率反向弯曲后，可以变得平直。其矫平原则是：在已知的数值和轧件的曲率方程情况下，这一反弯曲率是可以定量计算的。 以理想弹塑性材料矩形断面轧件为例，令，代入式得出方程在已知材料性能、断面尺寸及原始曲率的情况下，求解方程中的值，即为所需的反弯曲率。 加以相对曲率表示，则上式更为简单 图1-1是单值原始曲率理想弹塑性材料矩形断面轧件反弯矫正的原理图。由图可以推断。在原始曲率较大时（根据计算当3时），取反弯曲率 图1-1矫平理想弹塑性材料矩形断面轧件单值原始曲率的原理1.2.2、具有多值原始曲率轧件的矫正 在轧制产品中，除一些大断面轧件具有单值原始曲率的形状缺陷外，多数轧件上的形状缺陷其原始曲率的数值和方向均是不定的对这类轧件的矫正，大多是先采用交变弯曲变形以消除其原始曲率的不均匀度，再逐渐将轧件矫平。轧件上不同方向，不同数值的原始曲率，经过同一个反弯曲率的弹塑性反弯后，其残余曲率有趋向一致的特性。这是由轧件曲率方程： ，其残余曲率差值也具有这种收敛特性，只是收敛的幅度要小些。正是轧件的这一特性，使得轧件经多次交变的弹塑性弯曲后，其残余曲率逐渐趋向一致，形成单值残余曲率，进而矫平。轧件经交变弹塑性反弯后残余曲率差值明显减小的现象，可从图1-3a和图1-4中看出。辊式矫正机就是利用这一原理矫平轧件的。1.3 辊式矫正机1.3.1、轧件在辊式矫正机上的矫正过程 采用交变弯曲变形法矫平轧件的矫正机械，最常见的是辊式矫正机。轧件在辊式矫正机中经过交错排列矫正辊的多次反向弯曲，使原始曲率的不均匀度逐渐减小，进而矫平。由于轧件的材质、规格和尺寸不相同，需要反复弯曲的次数也不同，因而辊式矫正机的辊数有很大差别。辊数最少的是五辊矫正机。辊数最多的是29辊矫正机，用于矫正极薄带材。 在辊式矫正机上，按照每个辊子使轧件产生的变形程度和最终消除残余曲率的方法，可以有多种矫正方案。为了说明辊式矫直机的矫正过程，只分析两种矫正方案：小变形矫正方案和大变形矫正方案。 、小变形矫正方案 这是矫正机上每个辊子的压下量都可以单独调整的假想矫正方案，矫正机上每个辊子的反弯曲率的选择原则是：只消除轧件在前一辊上产生的最大残余曲率（即进入本辊时的最大原始曲率），使之变平。图1-2表示了轧件采用这一矫正方案时的矫正过程。采用相对量表示，可以使公式及图形的标注简化，为此，在分析矫正过程中将采用相对曲率。此外由式已知，轧件边缘层的相对应变既是相对曲率。因此在图1-2、图1-4中均直接以相对曲率标注。图1-2 采用小变形矫正方案时的轧件矫正过程在图1-2中，轧件的最大原始曲率为。按照上述矫正原则，经过第2辊时，凸度向下的-被矫平（进入第三辊时，轧件的原始曲率依此类推，经多次脚变反弯后，残余曲率值逐渐减小，轧件趋于平直。图1-3a是采用小变形矫正方案时，某辊下用曲率方程变化规律。这一图形同时表明了各辊下残余曲率值的确定方法。由图1-3a，为矫平最大原始曲率Cr0,选择了反弯曲率。而对原来平直的即其弹复曲率应按照曲率上两式是计算小变形矫正方案各辊小残余曲率的一般公式。在已知原始曲率（前一辊的最大残余曲率）的情况下，可参照式，将曲率方程=f()形式，解出值。再由曲率方程计算出值。 图1-3b表示了采用小变形矫正方案矫正理想弹塑性材料轧件时，残余曲率最大值 a b图1-3 采用小变形矫正方案时轧件曲率的变化图a 某辊下轧件曲率的变化；b残余曲率最大值的形成是在矫平极大的原始曲率（此时，轧件上已平直的Cro=0部分，经矫正方案中可能出现的残余曲率最大值。按照，当时 若以绝对曲率表示，应是 对不同断面形状轧件，这一残余曲率最大值应按不同的曲率方程计算。例如，对矩形断面轧件，其残余曲率最大值为 或 由于轧件上的最大原始曲率难于预先确定与测量，因而，小变形矫正方案只能在某些矫正机上部分的实施。这种矫正方案的主要优点是，轧件的总变形曲率较小，矫正轧件时所需的能量也少。、大变形矫正方案 这是使具有不同原始曲率的轧件经过几次剧烈的反弯（大变形）以消除其原始曲率的不均匀度，形成单值曲率，然后按照矫正单值曲率轧件的方法加以矫正的方案。下面以理想弹塑性材料的矩形断面轧件为例加以说明。 图1-4是轧件上两段方向不同的原始曲率经3次反弯后矫平的曲线图（曲线用。表1-2是曲率变化的数据。由图1-4可看出m段的原始曲率同侧，故取负号）经反弯曲率=3弯曲并弹复后，其残余曲率值已十分接近，其值分别为1.53及1.63。这图1-4 理想弹塑性材料矩形断面轧件上不同的原始曲率经多次弹塑性弯曲时曲线图形两个残余曲率将是下一次反弯时的原始曲率。第二次反弯时的反弯曲率。弹复后，残余曲率已相等。再按照单值原始曲率矫正原理 ，选1.44，轧件即矫平。 表1-2弯曲次数线段名称Imn1-133421.471.381.531.62IImn1.531.62334.534.621.481.481.521.52 III1.521.442.961.440图1-5是大变形矫正方案的轧件断面上纤维的相应应变的分布图（表层纤维的响应应变是以相对曲率形式标注的）。由图可以看出，轧件上不同的原始曲率经过几次交变的弹塑性剧烈弯曲后，其残余曲率的差值（线段AA）迅速缩小并消失。最后经的反弯后，轧件被矫平。 对于有加工硬化材料的轧件，在采用大变形矫正方案时，由于材料硬化后的弹复曲率较大，故反复弯曲的次数应增多（增加辊数）或加大反弯曲率值。采用大变形矫正方案，可以用较少的辊子获得较好的矫正质量。但若过分增大轧件 图1-5 在第2、3辊上采用大变形矫正方案时轧件断面上纤维的相对应变的分布的变形程度，则会增加轧件内部的残余应力，影响产品的质量，增大矫正机的能量消耗。1.3.2、辊式矫正机的矫正工艺矫正机的矫正工艺与矫正机的类型和上排辊的调整方式有密切关系。下面结合几种矫正机上排辊的调整方式，介绍其矫正工艺的特点。、上排工作辊单独调整的矫正机（表1-1c）在这种矫正机上，第2.3辊按照大变形矫正法确定其压下量，将轧件剧烈弯曲，第4辊的压下量适当控制，使残余曲率值减小，下面各辊按小变形矫正法调整压下量，将轧件逐渐矫平，采用这种调整方法的一般是59辊式型钢矫正机。、上排工作辊整体平行调整的矫正机(表1-1d)矫正机除第1和最后一个辊子外，其余各辊的压下量是相同的，使轧件多次剧烈反复弯曲，形成单值残余曲率，最后一个辊能单独调整，将此单值残余曲率矫平，第一辊适当减小压下量，以便于轧件的咬入和改善矫正质量，采用这种调整方式的一般是711辊的钢板矫正机，用于矫平中厚板。、上排工作辊整体倾斜调整的矫正机(表1-1e)轧件在入口端第2、第3辊上的反弯曲率最大，产生大变形，迅速消除原始轧件的不均匀度。以后各辊的压下量按直线关系递减，在第n-1辊处，轧件的反弯曲率最小，只产生弹性弯曲变形。这种工作辊调整方式符合矫正过程的变形特点。采用这种调整方式的是钢板矫正机。矫正薄板材时，则为1729辊，且带有工作辊挠度调整装置，以矫正板材上的瓢曲，单、双边浪形第二、第三维形状缺陷。、上排工作辊局部（单侧或双侧）倾斜调整的矫正机（表1-1 f） 这种矫正机出口处的局部上排辊可倾斜调整，上排其余各辊整体平行调整。这种调整方式集中了平行调整与倾斜调整矫正机的优点。对于双侧局部倾斜调整的矫正机，由于入口端局部倾斜调整便于轧件的咬入，因而可加大平行调整部分的辊子压下量，适合于矫正薄材或薄板材。1.3.3、矫直机按矫直辊的形状或所矫轧件的形状分类矫直机按矫直辊的形状或所矫轧件的形状可分为板材辊式矫正机和型钢矫正机，现介绍型钢矫正机。、型钢辊式矫正机型钢辊式矫正机是来用于矫正常温状态下的各种型钢，这种矫正机与板材辊式矫正机的主要区别是在于：它具有一定形状（孔型）的装配式矫正辊，型钢是在与其断面相适应的孔型中被矫正的，辊式型钢矫正机可矫正各种规格的槽钢，工字钢，角钢和钢轨。根据结构形式的不同，型钢辊式矫正机一般分为开式和闭式的两种类型。开式型钢辊式矫正机的结构特点是：矫直辊相对于机架是悬臂的，即矫正辊的两个轴承配置在矫正辊的一侧。这种矫正机又称悬臂式矫正机，其调整和维护、更换矫正辊套方便，且操作时易于观察，其缺点是轴与轴承支撑点受力不均匀，刚度差，它适用中小型型钢矫正机，但随着结构的不断改进，近年来，也采用矫直大型型钢。闭式型钢辊式矫正机的矫直辊辊身位于辊轴的两个轴承之间，其最大的优点是能承受较大的载荷且刚度好，辊子轴承支点受力均衡。为了减小更换品种的换辊次数，在同一辊子轴上常配置有3-4组辊圈。亦称孔环，闭式矫正机的缺点是矫直过程不易看清，调整困难，矫直辊拆装不方便，一般在熟练情况下，换一次辊也需6-8小时，它适用于大型型钢矫直机，但目前已较少采用这种型式。根据矫直产品的种类，型钢辊式矫直机又可分为大型，中型和小型型钢矫直机。大型型钢矫直机用来矫直38-75kg/m的重轨No20-60工字钢，槽钢。中型型钢矫直机用来矫直6-24kg/m的轻轨，No.6-22工字钢，槽钢，5050-100100的角钢，直径为边长为40-90mm的方钢等。 小型型钢矫直机用来矫直2020-4040mm角钢，直径为边长为8-25mm的方钢等。、型钢辊式矫直机的结构参数a、辊距t辊径D 型钢辊式矫直机的辊径D与辊距t有一定的比例关系：D=t式中：为辊径D 与辊距的比值，对于型钢矫直机，=0.750.90而辊距的选择和校核应从三个方面入手：辊子接触强度；辊子的扭转强度；轧件的矫直质量。a1、矫直辊的接触强度式中S塑性断面系数如取a2、矫直辊的扭转强度根据矫直辊辊颈的扭转强度得：计算时，应按轧件中塑性断面系数S较大的产品计算，由于型钢的宽高比值很小，强度条件一般不限制最小辊距，最小允许辊距往往由矫直辊接触强度决定。a3、轧件的矫直质量为了保证轧件的质量，轧件反弯时，应使轧件端面2/3高度达到塑性变形。令轧件最小厚度为，固其原始曲率，如用表示此时的反弯曲率，则=2，为了求得最大允许辊距，可假设这一反弯曲率半径等于矫直辊半径R，当忽略轧件厚度时，如将R=代入，则：，对于对称断面的型钢I/W=h/2,则：在本设计中t=600mm,D=540mm、轴数n,辊身长度t和矫直速度v型钢矫直机的辊数n一般为7-11辊，对于大型辊式矫直机取小值，中小型取大值，本设计中取7。型钢辊式矫直机矫直辊长度l与辊身布置的孔型数目有关，开式型钢辊式矫直机的矫直辊上只布置1-2个孔型，辊身长度较短。而闭式的则较长。辊身长度L还与轧件的最大宽度有关，通常L=本设计中L=250mm矫直机的矫直速度由生产率决定，要与轧件的生产能力和所在机组的速度协调，一般v=0.8-2.0m/s,对于小型型钢矫直机可以取3.0-5.0m/s,本设计中v=1.2m/s.1.4、辊式型钢矫直机结构新设计多采用开式。图1-6是一台7辊1200mm开式型钢矫直机的工作机座。上排3个矫直辊设有单独压下装置，每个辊都有轴向调整装置， 用钢板矫直机相比，型钢矫直机的辊距和辊数都较大，因此不需要支撑辊，但是每个辊都需要有轴向调整装置，以对正孔型，上排辊（有的矫直机是下排辊）要求可以单独径向调整。图1-6 7辊1200mm型钢矫直机1换辊装置，2压下装置，3上排辊子，4下排辊子，5机架2.七辊型钢矫直机设计计算2.1、技术要求2.1.1、矫正辊距，t=600mm2.1.2、被矫正的钢的品种：槽钢2.1.3、材料的屈服极限 =600800Mpa =400 Mpa2.1.4、矫正速度：1.2m/s2.1.5、断面系数：W 图2-1 b=75mmh=200mmd=9.0mmt=11mmt=19.5mm把槽钢看作如图1形状，其中t为腰腿的平均厚度，t=t-1=10mm把槽钢截面面积分为如图1的三部分即I，II，III部分=bt=75*10=750=(h-2t)d=(200-210)9 =1620I，II，III部分分别对各自对称轴的惯性矩为：=t =. =351562.5 =(h-2t)=(200-210)=10935由平行移轴公式，它们分别对y-y轴的惯性矩为：W=查手册W=25.9,两者相差不多 ，取 W=25.92.2、轧件的弯曲力矩2.2.1、式中 S为塑性断面系数S=1.6W=1.625.9=41.442.2.2、 2.3、作用在各辊子上的力，如图2 图2-2 2.4、驱动功率的计算2.4.1、式中：矫正扭矩，KN.M 作用在辊子上压力总和，KN f辊子与轧件的滚动摩擦系数，对于型钢f=0.00080.0012m 这里取f=0.001m滚子与轴承的摩擦系数，滚动轴承=0.005 ，滚针轴承=0.01；滑动轴承=0.050.07D_辊子直径，m;D=d_辊子轴承处直径（滚动轴承取中径）m;2.4.2计算D_辊子直径，D=540mm_最大弹性弯曲力矩=1.04e_形状系数对于型钢=（10200）hh_轧件厚度 h=9mm故=100h=100n_辊子数 n=7 2.4.3、确定d1轴 ；2上矫正辊图2-3在截面II处选用调心滚子轴承：3053752；在截面IIII处选用双列向心球面滚子轴承：3638；选用电机JR117_10, 65KW ,585r/min,380伏，功率因数0.78，效率89.5%2.5、轴的计算2.5.1、力的分析 图2-42.5.2、求I-I断面的弯曲力矩2.5.3、轴的扭矩 式中：_消耗在被矫件塑性变形上的力矩 式中：E=200GP.h_按20槽钢计算h=d/2=9.0/2=4.5mm2.5.4、I-I断面的合力矩2.5.5、计算.I-I断面直径 式中：许用应力轴材料45Cr取160Mpa2.5.6、对IIIIIII的计算 2.5.7、考虑到轴的刚度及轴端止推轴承的孔的尺寸影响及轴径变化不可太大，故取2.6、轴承的验算2.6.1、断面II处轴承3053752；用2件所选轴承假定负荷均匀分布在2个轴承上，故2.6.2、断面IIII轴承使用寿命的计算选用双列向心球面滚子轴承3638， 2.6.3、止推轴承的验算取轴向力：选用推力球轴承：83342.7、验算上辊压下螺母的强度选用单线标准锯齿形螺纹中2.7.1、右旋螺母外径的确定1螺丝；2螺母；3垫圈图2-52.7.2、螺纹的强度验算图2-6式中：故剪切强度足够2.8、调整上辊所用电机的选择预选电机：YZR-132MA-6P=2.2KW N=908r/min V=380v2.8.1、 力的分析根据上辊结构，辊子是悬臂的，故上辊重量可分成 三部分，根据计算：=1050kg.=1050kg , =550kg .图中为和的合成力为2100KG.这样上辊图2-72.8.2、 换算到电机轴上的静转矩式中：、 螺母端面与挡板间的摩擦力矩M端、 止推轴承的摩擦力矩 ，M轴承式中：、式中：N2-由于上辊的自重对左螺杆的拉力N2=8200N=81.8n.m、 计算电机功率 = =0.944KW,故预选电机满足要求。2.9、调整机构中蜗轮蜗杆的强度计算2.9.1、上辊调整速度VsVs=hs/i式中：n_电机转速 n=908r/minS_螺距 S=16mmi_速比 i=72Vs=90816/72=201.8mm/min2.9.2、蜗轮强度的验算 、 验算齿的弯曲应力： 式中：、验算接触疲劳强度2.9.3、验算蜗杆强度、力的分析蜗轮啮合时正压力P可分为：图2-8总弯距：合成如下图：图2-、蜗杆危险断面的应力a、 弯曲应力式中：c、 d、扭转所产生的剪应力2.10、平衡弹簧的计算2.10.1、根据上辊装配重量，在右蜗杆上的作用力确定一般情况下弹簧的工作平衡力为20000N,弹簧最大平衡力为30000N,现用6个弹簧，故每个弹簧的最大平衡力为5000N.弹簧材料选用：60Si2Cr查表得：当2.10.2、验算剪切应力2.10.3、 确定工作卷数i2.10.4、 弹簧工作尺寸的计算、压缩到卷与卷相接触的长度2.11、螺钉“1”的强度计算螺钉直径M30,内径2.12、“M”部计算，验算头部”H”受剪情况“M”部图图2-101 调整螺帽，2上矫正辊，3轴 3.程序3.1、程序笔算多辊麻烦，现编C程序；需知n为辊数，t,w,s据提示按照国际单位输入其值。w是屈服力矩，s是塑性弯曲力矩。程序简单。符合结构化程序设计思想，清晰第1，效率第2。main() float p222,t,w,s;int i,n;printf(input the number to n t w s n);scanf(%d%f%f%f,&n,&t,&w,&s);p0=2.0*s/t;p1=6*s/t;p2=8*s/t;p3=(7*s+w)/t;p4=(5*s+3*w)/t;for(i=5;in-6;i+)pi=4.0*(s+w)/t;pn-5=(3*s+5*w)/t;pn-4=(s+7*w)/t;pn-3=8*w/t;pn-2=6*w/t;pn-1=2*w/t;for(i=0;in;i+)printf(n);printf(%fn,pi);3.2、程序图英文资料first1.Computer Aided ManufacturingComputer-aided manufacturing (CAM) is the use of computers and computer technology to assist in all phases of manufacturing a product, including process and production planning, machining, scheduling, management, and quality control. Computer-aided manufacturing encompasses many technologies. Because of the benefits of doing so, computer-aided design and computer-aided manufacturing are often combined into CAD/CAM systems. This combination allows the transfer of information from design into the planning for manufacture of a product without the need to reenter the part geometry manually. The database developed in CAD is stored and processed further by CAM into the necessary data instructions for operating and controlling production machinery, material-handling equipment, and automated testing and inspection for product quality.An important feature of CAD/CAM in machining operations is its ability to describe tool paths in operations such as NC turning, milling, and drilling. The programmer provides instructions (programs) to the CAD/CAM system, which automatically determines and optimizes the tool path. The engineer or technician can display and visually check the tool path for possible tool collisions with clamps, fixtures, or other interferences. The tool path can be modified at any time to accommodate other part shapes to be machined. CAD/CAM systems are also capable of coding and classifying parts into groups that have similar shapes, using alphanumeric coding.The emergence of CAD/CAM has had a major impact on manufacturing by standardizing product development and reducing design effort, tryout, and prototype work, thus resulting in significantly reduced costs and improved productivity. The two-engine Boeing 777 passenger airplane, for example, is designed completely by computer (paperless design ), with 2000 workstations linked to eight computers. The airplane is constructed directly from the CAD/CAM software developed (an enhanced CATIA system) and no prototypes or mockups are built, unlike for previous models.Numerical ControlNumerical control (NC) is a method of controlling the movements of machine components by directly inserting coded instructions in the form of numerical data (numbers and letters) into the system. The system automatically interprets these data and converts them to output signals. These signals, in turn, control various machine components, such as turning spindles on and off, changing tools, moving the workpiece or the tools along specific paths, an turning cutting fluids on and off.The importance of numerical control can be illustrated by the following example.Figure 12.1 Position of drilled holes in a workpiecea) absolute dimensioning b) incremental dimensioning c) mixed dimensioningAssume that holes have to be drilled on a part in the positions shown in Figure 12.1. In the traditional manual method of machining this part, the operator positions the drill with respect to the workpiece, using as reference points any of the three methods shown. The operator then proceeds to drill these holes. Lets assume that 100 parts, having exactly the same shape and dimension accuracy, have to be drilled. Obviously, this operation is going to be tedious because the operator has to go through the same motions again and again. Moreover, the probability is high that, for various reasons, some of the parts machined will be different from others. Lets further assume that during this production run the order for these parts is changed, so that 10 of the parts now require holes in different positions. The machinist now has to reposition the work table, which will be time consuming and subject to error. Such operations can be performed easily by numerical-control machines that are capable of producing part repeatedly and accurately and of handling different parts by simply loading different part programs.In numerical control, data concerning all aspects of the machining operation such as locations, speeds, feeds, and cutting fluids, are stored on magnetic tape, cassette, floppy or hard disks, or paper or plastic( a thermoplastic polyester),.the concept of NC is that specific information can be relayed from these storage devices to the machine tools control panel. On the basis of input information relays and other devices (called hard-wired controls) can be actuated to obtain a desired machine setup. Complex operations, such as turning a part having various contours or die sinking in a milling machine, can be carried out.Computer Numerical ControlIn the next step of numerical control development, the control hardware mounted on the NC machine was converted to local computer control with software. Two types of computerized systems were developed: direct numerical control and computer numerical control.In direct numerical control ( DNC ), as originally conceived and developed in the 1960s, several machines are directly controlled step by step by a central mainframe computer. In this system, the operator has access to the central computer through a remote terminal. Thus, handling of tapes and the need for computers on each machine are eliminated. With DNC, the status of all machines in a manufacturing facility can be monitored and assessed from the central computer. However, the crucial disadvantage of DNC is that if the computer goes down, all the machines become inoperative.A more recent definition of DNC (now meaning distributed numerical control) includes the use of a central computer serving as the control system over a number of individual computer numerical control machines with onboard microcomputers. This system provides large memory and computational capabilities, thus offering flexibility while overcoming the previous disadvantage of DNC.Computer numerical control (CNC) is a system in which a microcomputer or microprocessor is an integral part of the control of a machine or equipment (onboard computer). The part program may be prepared at a remote site by the programmer, and may incorporate information obtained from drafting software packages and machining simulations to ensure that the part program is bug-free. However, the machine operator can now easily and manually program onboard computers. The operator can modify the programs directly, and prepare and store programs for different parts, Because of the availability of small computers with large memory, microprocessors, and program-editing capabilities, CNC systems are widely used today. The importance of the availability of low-cost, programmable controllers in the successful implementation of CNC in manufacturing plants should be recognized.The advantages of CNC over conventional NC systems are:l Increased flexibility. The machine can produce a certain part, followedby other parts with different shapes, at reduced cost.l Greater accuracy. Computers have a higher sampling rate and faster speed.l More versatility. Editing and debugging programs, reprogramming, and plotting and printing part shape are simpler.Type of Control CircuitsAn NC machine can be controlled through two types of circuits: open-loop and closed-loop. In the open-loop system, the signals are given to the servomotor by the processor, but the movements and final destinations of the worktable are not checked for accuracy. The closed-loop system is equipped with various transducers, sensors, and counters that measure the position of the table accurately. Through feedback control,