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机械毕业设计全套

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JCJD01-025@X5032型铣床数控改装设计,机械毕业设计全套

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毕业设计开题报告（理工类） 设计题目 X502 型铣床数控改装设计 学生姓名 姜良良 学号 0622110724 专业 机械设计制造及其自动化 一、课题的目的意义： 通过为期近一个学期的毕业设计，要求学生能够综合利用在大学四年期间所学的知识，独立且具有创新性的完成工程实际中所需的机电产品的机械及其相关控制部分的设计任务，为毕业后从事机械电子设备的研发、使用和进一步深造打下良好的基础。 二、近年来国内外研究现状： 国内：我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七 五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从 2002 年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国 .由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩 短与发达国家之问的差距。 国外 :欧洲政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植，且网罗世界人才，不断提出机床的发展方向、科研任务 ,并且提供充足的经费。国外特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精，在数控机床方面取得了很大的成果。 三、设计方案的可行性分析和预期目标： 将一台 X502 型立式铣床改装成微机数控铣床。该铣床用于加工中型或小型零件的平面或成型表面，也可加工具有一定斜度的平面（在 45 度内任意一种平面）。改装的目的一方面提高加工精度，另一方面利用数控方法加工任意圆弧面和凸轮的曲面（铣床的外形及传动系统见机床设计图册）。 针对以上要求，毕业设计的任务主要包括如下几个部分： （一） 机械部分 完成 X502 型立式铣床改装的机械部分结构设计、传动设计及有关强度、刚度的计算与校核，具体包括其总装配图、部件装配图以及主要零件的结构设计及相关强度、刚度等计算。 （二） 控制系统 （ 1）完成控制系统的总体方案设计，建议采用 MCS-51 系列单片机及 8255、 8253 等接口芯片进行设计；或者采用工控 PC 机作为上位机， PLC 作为下位机的控制系统进行设计。 （ 2）控制系统硬件及接口电路设计。 （ 3）控制系统软件设计，利用模块化的设计思想，绘出程序框图 四、所需要的仪器设备、材料： 性能良好的电脑一台，且装有 AUTO/CAD 软件， A0 图板一张，丁字尺一个，图纸若nts干张。 1机械设计手册 2计算机接口电路设计 3数控机床 4机床数控系统课程设计指导书等。 5机床设计图册 6机床设计手册 7金属切削机床设计等 五、课题分阶段进度计划： 序号 起止日期 工 作 内 容 阶段成果 1 2008.3.10 2008.3.16 调研：了解数控铣床的应用现状及发展前景，论述该课题的必要性。掌握小型数控铣床的结构和工作原理。翻译不少于 5000 字符的相关英文资料 完成开题报告 2 2008.3.17 2008.3.23 收集资料：阅读有关机床、数控、计算机接口电路、控制程序编制、铣削加工工艺方法等方面的资料，借阅有关的参考书和工具书，为下一步的工作做准备 完成 工艺过程卡和工序卡 3 2008.3.24 2008.3.30 总体方案制定：根据调研和查阅资料所得信息，确定本毕业设计的总体方案。 完成 设计方案 4 2008.3.31 2008.4.13 计算：对零部件进行受力分析、计算并确定其尺寸。 完成 计算、校核 5 2008.4.14 2008.5.4 机械部分：绘制机械部分的总装图、部件装配图、相应的零件图。 完成 机械装配图、零件图 6 2008.5.5 2008.5.18 控制部分：完成控制系统的硬件及接口电路设计、驱动电路设计及其外围其他电路的设计；按照控制系统的功能要求， 完成相应的软件设计。 完成 控制电路图 7 2008.5.19 2008.5.25 撰写论文及编写设计说明书。 完成 设计说明书 8 2008.5.26 2008.6.1 整理材料、毕业答辩。 指导教师意见： 签字： 200 年 月 日 nts毕业设计答辩评审表 课题名称 X502型铣床数控改装设计 学生姓名 姜良良 答辩小组评分 评语： 答辩小组负责人签字： 年 月 日 答辩小组成员签名 毕业设计成绩评定 指导教师评分 评阅人评分 答辩评分 综合评分 （按结构分 4： 2： 4 答辩委员会负责人签字： 20 年 月 日 毕 业 设 计 等 级 （按优、良、中、及格、不及格） nts 山东理工大学 毕业设计（论文）手册 学院 工程技术学院 系 机电工程系 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机 升 0606班 学生姓名 姜良良 学号 0622110724 指导教师 张桂香 职称 副教授 山东理工大学教务处编印 二 八 年 六 月 毕业设计（论文）自二 八 年 三 月至二 八 年 六 月 共 十 一 周 nts毕业设计评审表（指导教师用） 课题名称 X502型铣床数控改装设计 学生姓名 姜良良 序号 评审项目 指 标 满分 得分 1 课题完成 情 况 按期完成任务书规定的任务；工作努力，严谨务实；遵守纪律；善于与他人合作；动手能力强。 20 2 调查与综合 能独立查阅文献资料；完成社会调查或现场考察任务；有收集、综合和正确利用各种信息及获取新知识的能力；开题报告质量高。 10 3 译 文 按要求完成外文资料翻译，翻译准确、通顺，译文数量符合要求。 10 4 设计或实验方案 设 计或实验方案论证充分；计算、分析、论据正确；对前人工作有所改进或突破。 20 5 图纸、设计说明书质量 图纸完备或完成任务书所规定的工作；图样正确、规范，符合国家标准；设计合理，工艺可行。计算准确、论据充分、结构严谨；语言准确、流畅，符合撰写要求。 30 6 基础理论的掌握及创新 较好地掌握本专业的基础理论和专业知识；工作中有创新意识或成果有一定的应用价值。 10 合 计 评语： 指导教师签字： 20 年 月 日 nts 毕业设计工作总结 表 9 工作任务完成情况（包括任务书中规定的工作内容、研究目标等，如未能完成须说明原因）： 完成 X502 型铣床 数控 改装的机械部分结构设计 。 完成 X502 型铣床 数控 改装的传动 设计 。 完成 主要零件的结构 设计 及相关部件刚度、强度等计算 。 完成 机械部分总装配图 。 完成 机械部分部件装配图 。 完成 控制系统的总体方案设计 。 完成 控制系统硬件及接口电路设计。 完成控制电路图。 完成 撰写数控铣 床 设计 说明书 。 采用新的思路来设计 数控铣床 的 工作台。运用自己所学的知识在原有的铣床 上进行创新及设计。且在规定的时间内完成老师所要求的任务。 要求原铣床的改动应尽可能的少，以便数控部分发生故障时仍能手工半自动操作。 设计完成情况且令人满意，基本达到了老师的要求。保质保量的完成了老师所布置的任务。本次设计 圆 满的结束。 主要创新点： 此次毕业设计创新点如下： 1、 采用 步进电机控制工作台工作，从而使工作台传动和定位更精确。 2、 设计 中采用弹性套柱销联轴器不仅传动精确 高 、而且装拆方便 。 3、 采用与一般数控铣床不同的方法，设计出本套方案。虽实际生产中不采用，但为学生开拓思维做出良好典范。 4、 设计中丝杠采用四个角接触球轴承， 提高了其支撑度 。 5、设计中采用单片机控制两台电机工作，不仅提高了加工精度和工作效率，而且操作方便。 6、 在设计中不仅用 手工绘图， 大大 提高了作图的基本功锻炼，并应用 CAD 绘图来校正所做的传动方案，且准确性高。 7、 本组设计的数控铣床 是 轻型、高速、精密、高效新系列机床 ，有着实际应用的能力。利用最新资料使计算，验算，校核等方面速度大大加快。 8、 在设计中即学习了前辈们的实验成果，又融入了自己的想法，获益颇深 。 nts工作状况（包括工作态度、刻苦精神、协作精神、个人精力投入 、出勤等情况）： 本人在工作中本着积极认真，不屈不挠，不怕困难，勇 于付出，刻苦努力，团结协作。热心帮助其他同学，自己有不懂的地方积极 思考，不耻下问。向老师同学寻求帮助。以争取工作成果的良好进展。 在工作中 发扬不怕苦 、 不怕累的精神 ，努力工作、 学习，设计并取得一个令老师和 自己 都 满意的结果。 在精力投入方面我已经做到了倾尽所能，每天按时到教室进行刻苦钻研，努力学习。在设计图纸中不怕脏不怕苦，坚持到最后一刻不放松。 出勤方面一直是班级典范。不迟到不旷课，积极完成老师布置的 任务 。并积极帮助其他同学完成各项工作。 收获、体会及建议： 在这次 X502 型铣床数控改装设计 中使我懂得了以前很多不懂的东西，比如数控机床的工作原理、步进电机的选择 等方面。使我在知识上得到补给。并且在学习上也懂到 学到 了很多的东西。比如细心，艰苦努力，刻苦学习等。我相信现在的我可以在机械设计方面有着长足的发展。我也愿意为祖国的机械行业尽一份力量。在设计期间所见所闻为我的大学生活增色不少。让我积累不少的经验和做个合格大学生的责任感。 虽然这次 X502 型铣床数控改装设计 中我学习到了很多的东西，但是同样让我感觉到了不足。在知识上的欠缺，在毅力上缺乏锻 炼。并在实践中缺少考验。我希望以后我可以有更多的机会得到这样的锻炼。同时体会到了老师和同学的温暖，要不是 老师 和同学的帮助我是不可能完成的那么好的。 建议学校适当的把设计时间延长一些，因为短暂的设计生活中让我感觉到了自己的知识上的匮乏。如果能经常组织类似的活动一定可以培养出更多的人才。并建议学校采用多名老师辅导制度。以减轻学校老师的压力，并使学生可以多方面的接受老师的指导和教育。 更希望学校能腾出更多空间来让学生来完成自己的设计。因为学生学习 、 设计环境实在是很艰苦。 学生签字： 姜良良 2008 年 5 月 25 日 nts 毕 业 设 计 任 务 书（理工） 学院 工程技术学院 学生姓名 姜良良 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机升 0606 学号 0622110724 指导教师 张桂香 职 称 副教授 课题名称 X502 型铣床数控改装设计 起止日期 自 20 08 年 3 月 10 日起至 2008 年 6 月 1 日 一、课题来源、目的与要求： 来源： 将一台 X502 型立式铣床改装成微机数控铣床。该铣床用于加工中型或小型零件的平面或成型表面，也可加工具有一定斜度的平面 。主要有以下几个方面： 机械部分设计；控制部分设计；夹具设计等。 目的： 通过为期近一个学期的毕业设计，要求学生能够综合利用在大学四年期间所学的知识，独立且具有创新 性的完成工程实际中所需的机电产品的机械及其相关控制部分的设计任务，为毕业后从事机械电子设备的研发、使用和进一步深造打下良好的基础。 要求：工作台是 铣床改装的主要部分，要求学生根据铣削力来选择电动机，从而完成工作台的改装，并使原铣床的改动尽可能少。控制部分采用 MCS-51 系列的 8031 单片机来设计。 二、主要设计内容： 将一台 X502 型立式铣床改装成微机数控铣床。该 铣床用于加工中型或小型零件的平面或成型表面，也可加工具有一定斜度的平面（在 45 度内任意一种平面）。改装的目的一方面提高加工精度，另一方面利用数控方法加工任意圆弧面和凸轮的曲面（铣床的外形及传动系统见机床设计图册）。 针对以上要求，毕业设计的任务主要包括如下几个部分： （一） 机械部分 完成 X502 型立式铣床改装的机械部分结构设计、传动设计及有关强度、刚度的计算与校核，具体包括其总装配图、部件装配图以及主要零件的结构设计及相关强度、刚度等计算。 （二） 控制系统 （ 1）完成控制系统 的总体方案设计，建议采用 MCS-51 系列单片机及 8255、 8253 等接口芯片进行设计；或者采用工控 PC 机作为上位机， PLC 作为下位机的控制系统进行设计。 （ 2）控制系统硬件及接口电路设计。 （ 3）控制系统软件设计，利用模块化的设计思想，绘出程序框图， nts三、主要设计技术指标与参数： 1、原铣床的改动应尽可能的少。希保留原操作机构以便数控部分发生故障时仍能手工半自动操作。 2、改装后纵向和横向进给精度可达 m10 。 3、改装后能增加原铣床的功能。 4、控制部分要求运行可靠，维修方便。 5、控制部分需防尘及抗干扰。 6、改造成本低。 四、分阶段指导性进度计划： 第一周 调研：了解数控铣床的应用现状及发展前景，论述该课题的必要性。掌握小型数控铣床的结构和工作原理。翻译不少于 5000 字符的相关英文资料。 完成开题报告。 第二周 收集资料：阅读有关机床、数控、计算机接口电路、控制程序编制、铣削加工工艺方法等方面的资料，借阅有关的参考书和工具书，为下一步的工作做准备。 第三周 总体方案制定：根据调研和查阅资料所得信息，确定本毕业设计的总体方案。 第四 五 周 计算：对零部件进行受力分析、计算并确定其尺寸。 第 六 八 周 机械部分：绘制机械部分的总装图、部件装配图、相应的零件图。 第 九 十 周 控制部分：完成控制系统的硬件及接口电路设计、驱动电路设计及其外围其他电路的设计；按照控制系统的功能要求，完成相应的软件设计。 第十 一 周 撰写论文及编写设计说明书。 第十 二 周 整理材料、毕业答辩。 五、主要参考文献资料： 机械设计基础 机械设计图册 机械设计手册 计算机接口电路设计 数控机床 数控技术 机械设计图册 机床数控系统 课程设计指导书等。 机床设计图册 机床设计手册 金属切削机床设计简明手册 金属切削机床设计等 指导教师（签字）： 20 年 月 日 系主任（签字）： 20 年 月 日 注：本表由指导教师填写，经系主任审定后下发学生。 nts毕业设计评审表（评阅人用） 课题名称 X502型铣床数控改装设计 学生姓名 姜良良 序号 评审项目 指 标 满分 得分 1 课题完成情况 课题内容、难易程度和工作量符合教学基本要求。 20 2 调查与综合 有收集、综合和正确利用各种信息的能力； 开题报告质量高。 15 3 译 文 外文资料翻译准确、通顺、流畅，译文数量符合要求。 5 4 设计或实验方案 设计方案论证充分、合理；数据采用、计算、处理正确；对前人工作有所改进或突破。 20 5 图纸及设计说明书 图纸完 备或完成任务书所规定的工作、准确、规范，符合国家标准。结构设计合理，工艺可行。说明书结构严谨，层次分明，文字通顺、技术用语准确，书写格式符合要求。 30 6 基础理论及创 新 较好地掌握本专业的基础理论和专业知识；有一定的创新内容或成果有一定的应用价值。 10 合 计 评语： 评阅人签字： 年 月 日 nts 山东理工大学 毕业设计（论文） 外文资料及译文 学 院： 工程技术学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名 ： 姜良良 学 号： 0622110724 指导教师 ： 张桂香 nts 机电一体化的做法 13 机电一体化的做法 1 数控机床科普知识 数字控制机床是用数字代码形式的信息 (程序指令 )，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效 果。 随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡 进行多工序加工的加工中心、车削中心等。 1948 年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。 1949 年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于 1952 年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产。 当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件； 1959 年，制成了晶体管元 件和印刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降； 1960 年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广 。 为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的特点是具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙。机床采用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性并使低速运动时不出现爬行现象。 由于采用了宽调速的 进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机，可以不用或少用齿轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的传动机构。机床布局便于排屑和工nts 机电一体化的做法 14 件装卸，部分数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。大部分数控机床采用具有微处理器的可编程序控制器，以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床强电控制的可靠性和灵活性。 随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越 来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从 而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中 。 众所周知 ， 一部机器的 基本 构成包括原动机、传动部分、执行部分和控制部分。其中传动部分是绝大多数机器不可缺少的重要组成部分。从原动机到工作机部分的变速、改变运动方向、改变运动方式、动力与运动的传递分配等等功能。都是由传动装置完成的。在一些机器中 (如机床、汽车 )中传动装置占整机的大部分，所以机器的工作性能和运转费用在很大程 度上取决于传动部分 (传动装置 )的优劣。因此，为了适应市场对机械产品的要求，提高传动装置的设计水平具有重要的意义。 长期以来 ， 我国在设计机械产品时，一般沿用传统的设计方法，机械产品的设计是一个病态结构的、反复迭代的复杂过程，耗费设计者大量的时间和精力，因此，无论从设计性能和设计速度上均远远满足不了用户的要求，形成了先进产品要求与落后的设计方法上的矛盾。同时，市场竞争的加剧，亦要求产品朝着高质量、低成本、短周期的方向发展 RI。 目前 ， 机械中常用传动的设计方法常用理论设计法。它是根据现有的科学技术理论及实践知识而进 行的设计，所以，常用的设计计算公式多是在某些假设的条件下进行理论推导，再引入一系列的修正系数，而得到的半理论半经验公式。利用这些公式手算时，需要查一系列的有关表格或线图来确定修正系数和某些参数，过程烦琐费时 :尤其是机械设计是一个不断修改、不断完善的过程 。 无数事实证明，富有经验的优秀设计师往往能比刚出校门、同样富有才华的设计师以较快的速度设计出较好的产nts 机电一体化的做法 15 品来。专家系统技术能帮助我们实现专家设计经验的归纳和利用，使经验的继承和发展大大超越了“师徒之间”的时空限制，从而大大推进了设计质量和效率的提高，因而为使传动的 设计适应于产品的市场需求，开发机械传动设计专家系统，使传动设计速度快、计算准确、方案优化成为必然的趋势。 2 介绍 在这个文件中，机电一体化采取的是为端铣操作数控铣床制定一个数学模型，并模拟其行为。数学模型的伺服电机控制 XY 工作台。其它方面的发展是同提出的为端铣操作的模型整合在一起， MATLAB 是用来模拟仿真的。实验的初衷是建立在 XY 工作台上履行铣削操作。仿真的结果验证了实验结果。这样的数学模型可用于评价一个新的设计。因此，一个新的设计在市场上将导致时间和成本大幅度减少。 日本在 20 世纪 80 年代已经介绍 了机电一体化技术是一个概念，尽管人民提及任何系统都具有机械、电气、电子元件等，例如洗衣机、复印机、数控机床等，都具有机电一体化系统，是一种真正的机电一体化设计原理。在传统的设计方法中，系统的组成部分都有各自的专家来完成。例如：一名机械工程师设计机械部分，而电机工程师则设计电器元件等等。因为每个设计师都有一定的安全因素要取决于其它无知的领域的合作，从而使整体的价格变大，且系统变得庞大和昂贵。 在机电一体化的设计方法中，整个系统被认为要顾及到各个部件，无论是机械、电气、还是电子设备。由于整体的安全因素小了，因此，该系统的设计尺寸和费用减少了。 在这个文件中，机电控制的方法以研究数控机床为主，在援助过程中新设计了一种数控机床就座。这项研究需要模型的加工过程。数控端铣的特点在于以正规的序列个别消减， 相当于每齿的接触。这些消减多次强烈重叠。都是为了预知这些瞬时切削力、机械理论的运用等。在不同刀具的切削点，该力模型的发展需要工作台中的表和刀具作为输入参数，并给出了瞬时力作为输出。机械传动元件中组成 XY 工作台的电机轴和 滚珠丝杠也要考虑在内。在这个数学模型中，在机械零件的精度方面，由于刚度力学起着重要的作用，因此，他们也在考虑之列。而该模型中 XY 工作台的伺服电机 则来自于 Kataria 和 Mehta。 靠着nts 机电一体化的做法 16 这些模型， MATLAB 被用于模拟仿真。机床操作中的附件也需要设计和制作，它们附着在已有的 XY 工作台上来验证实验的仿真结果。 3 实验初步成立 在数控铣床的研究中提出的假定是必须做的。在我们的研究中端铣通过一个可用的 XY 工作台来实现。所以一个框架的设计和制作要能够支持马达和主轴。图 1 显示了在试验中帧的设计和制作。图 2 用 相片显示了一套 完整的模型。附件中的主轴以这样的一种方式来设计，其一端与交流感应电机轴连接，并由其带动旋转，而另一端连接在修饰铣刀用的钻夹头上。其它组件下次解释。 3.0 主轴电机 在生产技术手册中，动力所要求的端铣都做了，通过一个高速钢刀具动力来切削铝，主轴电机选定为： 220 伏特，每分钟 1440 转、 250 瓦特、单三相交流感应电动机 。 3.1 帧 在立 铣结构中，其横向连接如图 1 所示，是起决定性作用的，因为在切削过程中它消减了对电机和主轴的弯曲应力。这个环节被设计为简支梁，其横截面选定为： 35 毫米 *35 毫米， 3 毫米厚，空心。 3.2 刀具夹紧装置 在实际的数控机床中，设计条状机械装置是为了保证刀具。不过为了确保系统简单，在这里钻孔卡盘的改装是为了持有刀具。 3.3 轴承 轴承安装于车架上是为了来固定主轴的，来自于主轴上的力主要是弯曲。所以轴承承受径向力。因此， SKF 公司主要选定深沟球轴承 6004 3.4 单片机 该系统的反应是通过观察单片机上所用的软件来实现的，而另一个 DMC 软件是用来沟通控制器卡的。 DMC1822 是一所两轴控制器用来控制发动机沿 X 轴nts 机电一体化的做法 17 和 Y 轴运动的，无论是软件还是操作工，在多组脉冲作用下均显示错误结 果。电机转速和转矩的百分比由电动机在任何时间供给。位置误差在这里按定义之间的不同来进行编辑并取得一定位置。 4 系统模型 数学模型的完整建立是由组成伺服控制的 XY 工作台、切削条件等等。也是本节所要介绍的。 XY 工作台是由装有 PCI 插槽的电脑控制的，它的所有的计算需要工作台沿确定的路径而离开电脑处理器的时间做其他工作的过程。该软件是由松下来研究发展的，以便于在线监测伺服电机 。 该元素的伺服系统包括电机、驱动器、编码器和控制器等，并在图 3 显示出来了，而完整的模型在图 4 显示，充分顾及到机械成分、切削力和刚度。 5 结果 在仿真的基础上进行模拟输出如图 4 所示，在进行 的试验中，立铣刀应符合以下规格：高速钢刀具的直径为 12 毫米，螺旋角刀具直径为 30，耙角工具直径为 11，工件材料则包括 铝和有机玻璃。在实验中，参数的不同则视进给和切削深度而定。以每分钟 300 毫米的进给速度和 2 毫米的切削深度切割圆形槽样的有机玻璃块时，得出的加工路线如图 5 所示。当切削直槽时。错误也需要衡量，也可能观察不到太大的变化。所以这种类型对定位精度和进给率可能没有太大的影响。在切削直槽或圆槽时。降低进给速度来减少误差。 另一方面，错误也出自如图 6 所示的脉冲 模型上，如果切削条件仍然与图 5那样，则误差范围有所变化，他们是相似的。因此，数学模型代表着一个现实模型应用于端铣操作的铣床上。 6 结论 在本文提出了数学模型为端铣操作，这是结合仿真模型的 伺服装置来控制XY 工作台的。这是在实验初建成的，在真正的端铣切削加工中，它们都附着在现有的 XY 工作台上。在编程和完成定位时，定位误差是不同的。无论是从仿真模拟还是实验设定，都是为了获得表。结果配合密切，正如在图 5 与图 6 所显nts 机电一体化的做法 18 示的那样。因此，在没有做出真正的原型时，这样的一个数 学 模型是有用的业绩考核的一种新的设计，不过 这样即费 时且费用昂贵。因此，无论是时间还是投资上，把一个新产品投入市场将引起激烈的竞争。因此，在设计者中机电一体化的设计研究已经被越来越多的人所接受。 7 一种新的制造技术 -采用高速铣削 与一些好处的超高速铣削的方法相比，传统的铣可列为如下：增加切割速度，切割动力和芯片体积，改善表面质量。由于较低水平负载的工具和机床工具的热量从切削区传递给晶片，是为了减少切削力而确保更好的精度，使工件温度相对较低，从而减少了加工时间和加工费用 。很多时候，与传统方法相比高速加工被认为是一种由于高的切割速度而提高了生产率。它很少 强调提高精度 和更好的表面光洁度能提高产品质量。 这项研究主要是由赫尔辛基科技大学和芬兰的 VTT 技术研究中心来证明的，他们为不同类型的材料和产品测试是否适合高速切削。 结果由 HUT 和 VTT 密切合作共同研究工业状况来证实的。这项测试是对 7200 个垂直型加工中心海事处进行研究证实的。其主轴是装有深沟球轴承，并能达到最高时速每分钟 4500 转，功率为 5 千瓦， X 轴和 Y 轴最大进给速度为每分钟 24 米， Z 轴最大进给速度为每分钟 20 米，数值控制选择的是海德汉跨国公司的 415. 耐磨性的刀具材料已被视为是限制切削速度的最重要的因素 ，高速钢和涂层由于他们低的耐磨性已经证实了我们的研究测试。高切削速度的硬质合金的刀具寿命众所周知 是短的。不过，它们可用于加工软材料，金属陶瓷是被提供的整理的钢。像立方氮化硼和聚晶金刚石这种超硬刀具材料，自然是被视为属于改集团的高速加工刀具材料。 该刀具适用于高速铣削，并可分为单铣和多铣。在我们这个领域的活动中，我们的实验室还包括了制造业的复杂工件，如制造模具等。在那个领域，主要应用于固体铣刀。根据我们的经验，高速加工的刀具都具有标准的几何形状。 应用最广的高速铣削加工是加工钢材，因为他们是在工程中应用最广泛 的材料。无论是工件中冷点、热点和塑料模具钢，它们在完成硬化状态后会得到nts 机电一体化的做法 19 许多钢材。 采用高速铣削也可用于加工淬硬钢。它通常用于在整理模具溶洞中作代替放电操作。立方氮化硼工具也通常被使用，主要是因为它们有很多优点，例如它给出了一个替代碳化物。 这个问题涉及到由于缺乏有关切削参数为硬质材料的参数方面的知识，使得超高速铣削钢已不能胜任工具的耐磨性。刀具材料和刀具几何形状的发展将使之采用高速铣削不同的钢材的调查可能履行。甚至在一定的锻炼条件下使用高合金工具钢。 ntsMechatronics approach - 1 - Mechatronics approach 1 CNC machine tools popular science knowledge Digital control machine tools is the digital information in the form of code (programming instructions), the control tool given by the working procedures, velocity and trajectory of the automatic processing machine, or CNC machine tools. NC machine tool with a wide range of adaptability, processing only when the object changes need to change the procedures for the importation of instruction; processing performance than the general automatic machine tools, precision machining can be complicated surface, thus suitable for processing small quantities, modified frequent, high-precision , The shape and the more complicated parts, and access to good economic results. With the development of numerical control technology, the use of CNC machine tools increasing varieties, lathes, milling machines, boring machine, drilling, grinding machines, machine tools and processing gear EDM machine, and so on. There is also the tool change automatically, with a multi-card processing operations of the processing centres, turning centres and so on. 1948, the United States to accept the U.S. Air Force commissioned by the Parsons Corporation, the outline of the development model of aircraft propeller blades of the processing equipment. As example of complex and varied forms, high-precision, difficult to adapt to ordinary processing equipment, therefore proposed the idea of computer-controlled machine tools. 1949, the company in the U.S. Massachusetts Institute of Technology Research servo institutions, with the assistance of CNC machine tools began research and trial production in 1952 by the first successful large-scale copying of vertical milling machine converted the 3-D CNC milling machine, Soon start production. At that time, the NC devices using tube components, size, is expensive, only a few in the aviation industry and other sectors with special needs for processing of ntsMechatronics approach - 2 - complex components; 1959, made a transistor components and printed circuit boards, NC Entered a second-generation devices, reducing size, cost has decreased in 1960 after a relatively simple and economic point of control NC drilling machine, CNC milling machine and line control by rapid development so that the NC machine tools in the machine manufacturing industry Gradually promote the various departments. In order to ensure a great machine to process performance and ability to work for stability, structural design of CNC machine tools are characterized by sufficient rigidity, accuracy, anti-vibration, heat and maintain the stability and accuracy. Feed the mechanical transmission systems linked by ball screw, screw and non-static space gear, so as to minimize reverse gap. Machine tools used by motorized plastic rails, rolling or static guide rails to enhance the smooth movement of low-speed and movement when there is no creeping phenomenon. As a result of a wide speed range of feed-speed servo motor and the main motor, you can not drive or less used and Gear Shift, which simplifies the machines drive mechanism. Paixie facilitate the distribution of machine tools and parts handling, with automatic part of NC machine tools and auto parts Paixie exchange device. Most of CNC machine tools used with the microprocessor PLC, strong, to replace the large number of counters in the relay, raising the machine-control, reliability and flexibility. With micro-electronics technology, computer technology and software technology is developing rapidly, the NC machine tool control system at the growing tendency of small-scale and multi-functional, have improved self-diagnostic features, reliability and greatly improve the system itself will generally NC Automatic programming. The type of CNC machine tools the future will be more diversified, multi-processing operations on the more and more varieties of NC machine tools, laser processing technology will be implemented in cutting machine tools, thereby increasing the number of processes on the scope of the NC machine tool automation Further improve the level and a variety of monitoring, thus forming a flexible manufacturing unit, makes it easy to incorporate highly automated flexible ntsMechatronics approach - 3 - manufacturing systems. It is well known, a machine basic constitution including machine, transmission part, and execution part and control section. Transmission part is the overwhelming majority machine essential important constituent. From machine to working machine partial speed changes, change heading, change mode of motion, power and movement transmission assignment and so on function. All is completes by the transmission device. In some machines (for example machine, automobile) center the transmission device occupies the entire machine majority, therefore the machine operating performance and the operation cost are decided are partial (transmission device) to the transmission the fit and unfit quality in the very great degree. Therefore, in order to adapt the market to the mechanical product request enhances the transmission device the design level to have the vital significance. Since long ago, our country when design mechanical product, generally continues to use traditional the design method, the mechanical product design is the complex process which a morbid state structure, repeatedly iterates, costs the designer massive time and the energy, therefore, regardless of by far could not satisfy users request from the design performance and the design speed, has formed the advanced product request and in backwardness design method contradiction. At the same time, market competition intensifying, also requests the product to face, the low cost, and the short cyclical direction high grade is developing RI. At present, in machinery commonly used transmission design method commonly used theoretical design law. It is the design which carries on according to the existing science and technology theory and the practice knowledge, therefore, the commonly used design calculation formula are many is carries on the theory inferential reasoning in under certain suppositions conditions, again introduces aeries of correction coefficient, but obtains half theory semi-rational formula. Calculates using these formulas time, needs to look up a series of related forms or the graph determined the correction coefficient and certain parameters, the process is troublesome time-consuming: The machine designing is a process in particular which unceasingly revises, unceasingly consummates. The ntsMechatronics approach - 4 - innumerable facts proved that, the experienced outstanding designer often could compared to just leave the school gate, the similarly rich talent designer to design a better product by a quicker speed to come. The expert system technology can help us to realize the expert to design the experience the induction and the use, causes the experience the continuation and development had greatly surmounted” between the priests and disciples space and time limit, thus greatly advanced the design quality and the efficiency enhancement, thus for causes the transmission the design to adapt in the product market demand, develops the mechanical drive to design the expert system, quickly causes the transmission design speed, the computation to be accurate, the plan optimizes into the inevitable tendency. 2 INTRODCUTION A mechatronics approach is developing a mathematical model for the end milling operations on a CNC milling machine to simulate its behavior, is taken up in this paper. The mathematical model of the servomotor controlled XY table, developed elsewhere, is integrated with the proposed model for the end milling operations. Simulations are performed using SIMULINK of MATLAB. An experimental set-up was built to perform end milling operation on an existing XY table. SIMULINK results are validated with the experimental results. Such mathematical models are useful for evaluation of a new design. Hence, the lead time and cost to bring a new design in the market will be drastically reduced. Mechatronics is a concept introduced in Japan in 1980s. Even though people refer to any system having mechanical, electrical, electronics components, for example, washing machine,photocopiers, CNC machines, etc., as mechatronics systems, truly mechatronics! is a design philosophy. In conventional design approach, components of a system are designed by respective experts. For example, a mechanical engineer designs the mechanical components, whereas the electrical engineer designs the electrical components, and so on. Since every designer leaves certain factor of safety (FOS) due to the ignorance of the other fields, the overall FOS ntsMechatronics approach - 5 - is large and the system becomes bulky and expensive. In mechatronics design approach, the whole system is treated as one by taking care of all the components, be it a mechanical, electrical or electronics. As a result overall factor of safety is small and, hence, the systems size and cost are reduced. In this paper, the mechatronics approach to the study of end milling in a CNC machine is taken up to aid the process of new design of a CNC machine table. The study requires the model of the machining process. The characteristics of end milling lies in the regular sequence of individual cuts, corresponding to each successive tooth engagements. These cuts many times are strongly overlapped. To predict the instantaneous cutting forces, mechanistic theory (Fuh and Hwang, 1997) is used. The force model developed here takes the feed of table and rpm of cutter as input parameters and gives the instantaneous force as output at different cutter flutes locations. Mechanical transmission elements of the XY table comprising of motor axes and ball screws are also considered. Since stiffness of the mechanical elements plays an important role in accuracy of machined parts they are also taken into account in the mathematical model, whereas the models of the PMBLDC servo motors of the XY table are taken from Kataria and Mehta (2001). Based on these models, simulations are performed using SIMULINK of MATLAB. An attachment for the end milling operation is also designed and fabricated, which is attached to the already available XY table for experimental verifications of some of the simulation results. 3 EXPERIMENTAL SET-UP The study of proposed end milling operation is assumed to be done in a CNC milling machine. In our study, end milling was carried out on an available XY table. So a frame was designed and fabricated which supports motor and locates the spindle. Figure 1 shows the frame designed and fabricated to carryout the experiments, whereas Fig. 2 shows the photograph of the complete set-up. The spindle of the attachment is designed in such a way that its one end is connected with the AC induction motor shaft providing rotation, whereas the other end is connected to a ntsMechatronics approach - 6 - drilling chuck which is modified to hold the end mill cutter . Fig. 1 End milling attachment 2.0 Spindle motor . Power requirements for end milling are done as per the production technology handbook . Based on the power to cut Aluminum by an HSS tool, spindle motor is selected as: 220V, 1440RPM, 250W, single-phase AC induction motor. ntsMechatronics approach - 7 - 2.1 Frame The horizontal link of the frame in the end mill attachment, as shown in Fig. 1, is the critical one as it supports the motor and the spindle against bending forces induced during cutting. This link is designed as simple supported beam. Link cross-section is chosen as: 35mm x 35mm, 3mm thickness, hollow. 2.2 Tool holding device In actual CNC milling machines, draw bar mechanism is used to secure the cutting tool. However, to keep the system simple, here a drilling chuck was modified to serve the purpose of holding the end mill cutter. 2.3 Bearing Bearing is fixed on the frame which houses the spindle. The forces coming on the spindle are predominantly of bending. So, bearings have to withstand radial forces. Hence, the SKF deep groove ball bearings 6004 are selected. 2.4 Panaterm The system response was observed by using the software package PANATERM , whereas DMCterm is another software was used to communicate with the Galil DMC1822 controller card (Galil, 2000). DMC1822 is a two-axis controller which controls the PMBLDC motors along X and Y axes. Both the software allow online monitoring of the driver, which show errors in terms of the number of pulses, motor RPM, and torque percentage supplied by the motors at any time instant. The positional errors are defined here as the difference between the programmed and achieved positions. 3 SYSTEM MODELLING The mathematical model of the complete set-up, comprising of the servo controlled XY table, cutting conditions, etc., is presented in this section. The controller of the XY table is mounted on the PCI slot of the PC, which does all the calculations necessary to move the table along a pre-determined path leaving ntsMechatronics approach - 8 - computer processor time free to do other jobs. The software package PANATERM developed by Panasonic facilitates the online monitoring of the servomotors. The elements of servo system including motor, driver, encoder and the controller are modelled and shown in Fig. 3, whereas the complete model is shown in Fig. 4 that takes care of the mechanical elements, cutting forces and stiffness . Fig. 3 Functional elements of the controller. Fig. 4 Complete SIMULINK (in MATLAB) model. 4 RESULTS ntsMechatronics approach - 9 - Simulations are performed in SIMULINK based on the model shown in Fig. 4 and experiments were conducted using an end milling cutter with the following specifications: HSS tool with straight shank of diameter 12mm; Helix angle of tool 30 ; Rake angle of the tool 11 . Work materials are considered as Aluminum and Perspex (polymethyl methalcralyte). For experiments, the parameters varied are feed and depth of cut. For the cutting of a circular slot on Perspex block at 300mm/min feed rate with 2mm depth of cut, errors obtained from PANATERM are shown in Fig. 5. Errors were also measured while cutting straight slot but not much variations were observed. So the type of paths may not have much influence on the positional accuracy, whereas the feed rate has. Lowering the feed rate has reduced the variation of errors during straight or circular slots. ntsMechatronics approach - 10 - On the hand, errors from the SIMULINK model is shown in Fig. 6, where the cutting conditions remained same as in Fig. 5. Note the range of error variations, which is similar, i.e., +/- .075mm. Hence, the mathematical model represents the a realistic model for the end milling operation on a milling machine. 5 CONCLUSIONS Mathematical model for the end milling operation is proposed in this paper, which is integrated with anexisting SIMULINK model of the servo controlled XY table. An experimental set-up is also built, which is attached to the existing XY table, for the real end milling cutting operations. Positional errors, i.e., the difference between the programmed and achieved positions, for the table are obtained both from SIMULINK simulations and experimental set-up. The results match closely, as shown in Figs. 5 and 6. Hence, such a mathematical model is useful for evaluating the performance of a new design without making a real prototype which is time consuming and expensive. Hence, both the time and investment to bring a new product into the market isreduced drastically. Thus, the mechatronics approach towards the design study is gaining acceptance amongst the designers. 7 HIGH-SPEED MILLING - A NEW MANUFACTURING TECHNOLOGY Some benefits of the high-speed milling method compared to conventional milling can be listed as follows: The increase in cutting speed, cutting feed and chip volume, the improved surface quality, the decrease in cutting forces resulting in better accuracy due to the lower level of l