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【JD002】XK5040数控立式铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计[2A0]【机电一体化毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】

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铣床数控系统硬件电路图A0.ddb

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关键词：: xk5040 数控立式铣床运动系统进给控制系统设计 a0 机电电机一体化毕业设计论文优秀优良通过答辩

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XXX

内容简介：: 附件 B：外文翻译英文原资料：（原文为式）译文：端铣削自适应切削力的模糊控制策略 U. , F. M. 7, 2000 要这篇文章讨论了在高速端铣削时的切削力的模糊适应的控制策略。这项研究是关于运用标准计算机数字控制装置来忧化金属切削过程的整合自适应性控制。它被设计成服务于允许在刀具上对长时间复杂成形加工很有益的切削力时适应性地使切削速度最大化的控制有力的人工神经控制器协助自适应协调切削速度来防止过分的刀具磨损，即刀具的磨损量和保持高的排屑率。许多的仿真和实验用来肯定这个体系的功效。关键词：端铣；自适应力控制；模糊一个统遗留下来的缺点是加工参数，如进给速度，切削速度和深度，被离线编程。加工参数通常在加工前根据编程者的经验和加工手册被选择。为了防止损害和避免加工失败。运行的条件通常被设置的很保守。结果是，有很多的统运行于远远低于忧化标准运行条件下效率差。即使加工参数在离线时通过忧化计算法忧化了，在加工过程中它们也不能被协调起来。为了确保加工产品的质量，为了降低加工成本和提高加工的效率，协调实时加工的参数来符合忧化的加工标准是有必要的。由此，提供在线运行下协调的自适应控制，被有兴趣地研究起来。在我们的自适应控制系统中，不管是在切削条件下变化时，进给速度总是在线协调下来保持一个常数切削力。在这篇文章中，一个简单的模糊控制策略被在智能系统和一些运用模糊控制策略的实验性的仿真中发展起来。结果证明这个目标系统有效地控制在一般端铣削条件下的峰值切削力。力的控制运算法则已经被众多的研究者开发和评估了。被固定的增加比例积分控制器，先前是为铣削现为了一个可协调的增加比例积分控制器，在那里控制器根据变化的切削条件被协调。完整的自适应参考模拟，自适应控制装置方法最初是被些控制器被模拟和求解及实际上地被实现。两项研究发现全布三参数自适应控制器执行得比已固定的递增积分器要好。关于模糊控制系统，供了一个先驱活动的介绍性调查，另一个系统性观念被提出。模糊系统对照比例积分微分控制和模糊系统的稳定性分析及管理模糊控制在 3中反映于为铣削的自适应切削力控制很多的工作已经被做。然而，很多以前的工作把问题简单化在一个自由度运动上。这次投稿中，我们将考虑到三个自由度上铣削的切削力。文章的组成如下。第二部分主要描述全面的力控制策略。第三部分包括了工模拟实验和目标控制计划执行的方法。最后，第六和七部分展现实验结果，结论和以后研究的建议。一个新的在线控制计划，这个计划被称作自适应模糊控制，是通过使用模糊集合论开发的。这个方法的基本思想是合并人操作者在控制设计中的经验。这个控制策略是用公式表达成许多的规则，这些规则手工执行很简单但是对于用一般的数学运算法则来实现很困难。基于这个新的控制策略，很多复杂的过程能够标准方法似的更容易地和更精确地被控制。模糊控制的目标是保持金属切除率，能可能的高和保持切削力尽可能地接近一个给定的参照值。此外，计算任务和时间可能就像金典或者现代控制理论那样被减少。示意性的控制规则通过使用真实的实验数据被构造出。模糊自适应控制确保了连续地忧化进给速度的控制。这个控制是自动被协调到每一个特殊的切削情况。当轴的负载低的时候，系统增加切削进给到或者超过预先编程的进给速度，直接导致循环周期和产品成本相当大的减少。当轴的负载高时，进给速度就被降低，以保护工作母机不损害和损坏。当系统侦测到极端的切削力时，它会自动停机来保护切削工具。它减少了一定的操作者的监督管理。在线铣削忧化的步骤次序如下：制器。调）忧化的进给速度，将它送回到机器。自适应切削力控制器协调进给速度是基于一个测量出的峰值切削力通过布置一个进给速度超过制器在四轴上的百分比，真实的切削速度是超过部分和已编程的进给速度。如果进给速度忧化模拟是完美的，忧化的进给速度也将总是等于参照的峰值力。在这种情况下，超出部分的正确率将是 100%。为了控制器调整峰值力，力的信息必须在每个采样时间对控制运算法则是有用的。一个探测软件被用来提供这些信息。个模糊控制器的结构在模糊过程控制中，专门技术被压缩成一个根据关于人操作标准和输入输出关系的系统。运算法则是基于操作者的知识但考虑到过程编辑通过改写误差，它也包括了控制理论。从而，控制器有输入切削力误差 F 和第一次不同误差 2F，输出变化的进给速度 f。模糊控制变化和规则创基础创建从专家操作者那带走。切削力误差和第一次误差的差异被计算，在每一个采样时间 k，如 _F(k) = F(k)和 _2F(k) =_F(k)_F(k1),这里 F 是测量的切削力，力的设定点。工模拟在进行实验测试之前，一个工模拟模拟器被用来估算控制者的设计。过程模拟由人工神经力模拟和进给驱动模拟。人工神经力模拟基于切削条件和已描述的形状切削估算切削力。进给驱动模拟模拟机器对已指定进给速度变化的反应。进给驱动模拟通过检查步的已指定速度的改变被决定。最好的模拟被发现是一个频率为 3节拍时间为二级命令系统。对比实验和仿真从 7 到22mm/s 图 3 显示的速度步调改变结果。进给驱动和人工神经力模拟被结合形成工模拟。模拟输入是已指定的进给速度，输出是 X、 Y 合成的切削力。切削形状在人工神经力模拟中被定义。模拟器通过比较实验和模拟仿真结果被修改。伴随进给速度改变的各种切削被确定。从 2mm/一步改变，实验和仿真合力展现如图 4。实验结果与在平均和峰值力方面模拟结果联系的很好。明显的差异可能是因为人工神经模拟和没有模拟的系统编辑器的错误。削力模拟为明白在线切削力模拟，基于流行的反馈原理，一个标准工神经网络（提出在预备实验期间，它被证明是很有可能直接从实验加工数据提取力模拟。它被用来模拟切削过程。用来模拟的要为进给速度 f，切削速度削轴向深度切削径向深度个输入人工神经元。输出是切削力的要素，因此需要两个输出神经元。带优化参数使用的细的布局和神经元的数学原理如图 5 所示。最好的置包含 5， 3 和 7 在隐藏层隐藏的神经元。经网络的布局和其模拟问题的自适应性布局的效果也通过考虑不同的情况而被研究。通过改变在隐藏层的人工神经元的个数来改变布局。为估计个别与神经网络性能有关程序参数的效果， 40 个不同网络被训练，测试和分析。网络性能使用输入输出层的神经元数通过输入输出参数的数量来决定。由结果得到的如下所述结论：率给出可接受的预期误差而掌握比率必须在间来最小化程序周期数。为了最小化判断误差，比率在间是好的。然而，如果程序周期数也是最小化，掌握比率应该不超过最佳的隐蔽层节点数是 3 或到 12 或不是 3 或 6 的网络也表现的好但是导致更高的程序周期。用正弦函数的网络需要最低的程序周期数，紧跟的是正切函数而用双曲线切线那些需要更高的程序周期。用在这个获取系统的数据获取设备由测力计，固定模块，硬件和软件如图 1所示。切削力使用安在工件和工作台压电测力计测量。当刀具正在切削工件时，力将通过刀具施加到测力计。在测力计上的压电石英产生形变，电荷将会产生。电荷然后通过连接电缆传递到多通道电荷放大器。电荷然后使用多通路放大器放大。在多通路电放大器中，不同参数能被调整以完成必需解决的。在放大器的输出端，电压将对应于取决于设置在放大器中参数的力。接口硬件模块由连接设计块，模拟信号协调模块和一个 16 通道 A/D 接口板 (在 A/D 板里，模拟信号将转变成数了信号，以使件能读和接收数据。用， Y 和 Z 方向的力。用这个程序，三个轴向力要素能同时获得，并能为分析力的变化而显示在屏幕上。选直径 16螺旋角带双刃可互换球状端立铣刀来加工。前角 12 度立铣刀被选。立铣刀的材料是上却液来冷却。模糊控制被智能操纵器模块（修正进给速度被递到力控制软件和床之间信设备。控制器能通过存储器共享。在频率 1出部分的进给速度，可变分配力控制软件有用。为检查自适应模糊控制策略的稳定性和耐用度，通过用拟来检查系统。然后，通过在一个床的对工件改变切削深度的不同实验来改变系统（如图 6） 6螺旋角带双刃可互换球状端立铣刀被选来进行实验。切削条件为：铣削宽度 3 削深度 2切削速度 80m/模糊控制结构如图 1，忧化进给速度，想要的切削力是 = 280 N,预编程的进给是许调整率为 0150%。当切削深度改变时，图 7 是切削力和进给速度的反映。它显示出实验结果，结果中进给速度在线调整来保持切削力在最大想要值。模拟控制器响应在轴向深度一步改变，显示如图 6面铣刀，在 2000正遇到一步从轴向深度从 3 到改变。这步改变发生在 2s，在控制器返回峰值成参考峰值力在这项研究中模糊控制器的稳定性通过模拟被估算。用在过程增益中小和大步改变测试模拟是为确保系统稳定在一定范围条件内。小的过程增益改变用一个在 2000速下从 3 到向深度改度来模拟。大的增益改变用一个轴向深度在 2000从 3 到 6变来模拟。伴随很少的性能降低系统在全布模拟仿真中保持稳定。在用不变进给速度（常用切削，如图 7a）的第一次实验中 ,仅在最后一步时达到它的固有值。然而，在第二次测试中，使用模糊控制加工相同的工件，平均完成的接近固有的。对比图 7a 和 b，人工神经控制铣削系的在切削力是保持在 240N 左右，自适应铣削系统的进给速度接近于传统点到 D 点。从 A 点到 C 点，自适应铣削系统的进给速度高于正统统，因此，自适应铣削系统铣削效率提高了。实验结果显示出能提高高到 27%。相比于大多数的现有端铣削控制系统，目标模糊控制系统有下列优势：具形状和工件材料的改变敏感；定性，比标准的控制器有更高加工效率。实验显示模糊控制器比传统控制器有重大的优势。主要的优势是一个控制器快速响应复杂传感输入而在传统控制器上老的控制运算法则下运行速度受限制。当前研究显示模糊控制比传统控制器有很大的优势。第一个优势是一个模糊控制器能有效率地利用在计划和执行一个控制动作方面比一个工人更巨大的感官信息。第二个优势是模糊控制器快速响应复杂的传感输入而在传统控制器的传统控制法则下的执行速度受到严格的限制。这次投稿的目的是为介绍一辅助自适应调整进给速度来防止过度刀具磨损，刀具破损和保持高的金属去除率的可靠而耐用的模糊力控制器。带自适应控制策略的智能铣削实验结果表明模糊控制器有高的耐用度和完全稳定性。方法成功应用于实验削加工中。目标在线最佳切削条件决定系统在这篇文章中应用于球端铣削，但显然此系统也可延伸到其它的机床上来提高切削效率。 2005) an in F. M. 7, 2000 of to of in is a It is to to on is is to a at a of of NC is as of in to To to a NC if 5 be of to it in of is 3is in to in of in a in +386 2 220 7623; +386 2 220 U. 2005 4. et 4 I of in to in 2. 1. to I As of is 3, a is 4. of of on 2. of of we et , is (1) is by of is to of a in of as a of to to on be to of is as as as to a of be or by is to in in it to It of of 1. of 2005) NC to to it to of by to NC on a is of If be to In 00%. In to at A is of a is in of of is on it as in 2) as as of k, k)=(k) k)=k)k1), is et 1. to in by in to be a a Hz a .4 s. of a 2 mm/s is NC is is , Y is in is by of A of 2005) a mm/is of 3. of et , of a is on to be of It N f), of of N of N 2005) of 5. N , 3 in of of is by by in To of on of 0 5: of of by be et , if of is to be of . 2 , in of by of in of as 1. a is to in be be is is In be so be at to in of a 2005) a 16 ( In , be a so is to be , Y be be on of 2166 mm 021630C 4040C 1025. FM by to C is is at a of is by is by on a k 45 k(of 6)6 mm 0. et (2005) 1 to = 280 N,mm/0150%7 is of is It 6. 3 D= 2 mm 80 m/as is to at to a in 8. a 16 mm,000 a .2 to .5 s. In is by in a of .2 mm at a an mm 000 in (a) b) et (7a) RR in 7b), RR to 7a b, is at 40 N, is to of to . to of NC so of is RR be by up 7%. As to of 3: 1. to in 3. to 4. a 23452005) , is a to of in a is is a of in a an is a in a of is to a at of to an of is to in it is be to A C J. 8 (2000) 399J. of A 19 (2003) 113A J. 19 (2002) 736Cho端铣削自适应切削力的模糊控制策略 U. , F. M. 7, 2000 要这篇文章讨论了在高速端铣削时的切削力的模糊适应的控制策略。这项研究是关于运用标准计算机数字控制装置来忧化金属切削过程的整合自适应性控制。它被设计成服务于允许在刀具上对长时间复杂成形加工很有益的切削力时适应性地使切削速度最大化的控制有力的人工神经控制器协助自适应协调切削速度来防止过分的刀具磨损，即刀具的磨损量和保持高的排屑率。许多的仿真和实验用来肯定这个体系的功效。关键词：端铣；自适应力控制；模糊一个统遗留下来的缺点是加工参数，如进给速度，切削速度和深度，被离线编程。加工参数通常在加工前根据编程者的经验和加工手册被选择。为了防止损害和避免加工失败。运行的条件通常被设置的很保守。结果是，有很多的统运行于远远低于忧化标准运行条件下效率差。即使加工参数在离线时通过忧化计算法忧化了，在加工过程中它们也不能被协调起来。为了确保加工产品的质量，为了降低加工成本和提高加工的效率，协调实时加工的参数来符合忧化的加工标准是有必要的。由此，提供在线运行下协调的自适应控制，被有兴趣地研究起来。在我们的自适应控制系统中，不管是在切削条件下变化时，进给速度总是在线协调下来保持一个常数切削力。在这篇文章中，一个简单的模糊控制策略被在智能系统和一些运用模糊控制策略的实验性的仿真中发展起来。结果证明这个目标系统有效地控制在一般端铣削条件下的峰值切削力。力的控制运算法则已经被众多的研究者开发和评估了。被固定的增加比例积分控制器，先前是为铣削现为了一个可协调的增加比例积分控制器，在那里控制器根据变化的切削条件被协调。完整的自适应参考模拟，自适应控制装置方法最初是被些控制器被模拟和求解及实际上地被实现。两项研究发现全布三参数自适应控制器执行得比已固定的递增积分器要好。关于模糊控制系统，供了一个先驱活动的介绍性调查，另一个系统性观念被提出。模糊系统对照比例积分微分控制和模糊系统的稳定性分析及管理模糊控制在 3中反映于为铣削的自适应切削力控制很多的工作已经被做。然而，很多以前的工作把问题简单化在一个自由度运动上。这次投稿中，我们将考虑到三个自由度上铣削的切削力。文章的组成如下。第二部分主要描述全面的力控制策略。第三部分包括了工模拟实验和目标控制计划执行的方法。最后，第六和七部分展现实验结果，结论和以后研究的建议。一个新的在线控制计划，这个计划被称作自适应模糊控制，是通过使用模糊集合论开发的。这个方法的基本思想是合并人操作者在控制设计中的经验。这个控制策略是用公式表达成许多的规则，这些规则手工执行很简单但是对于用一般的数学运算法则来实现很困难。基于这个新的控制策略，很多复杂的过程能够标准方法似的更容易地和更精确地被控制。模糊控制的目标是保持金属切除率，能可能的高和保持切削力尽可能地接近一个给定的参照值。此外，计算任务和时间可能就像金典或者现代控制理论那样被减少。示意性的控制规则通过使用真实的实验数据被构造出。模糊自适应控制确保了连续地忧化进给速度的控制。这个控制是自动被协调到每一个特殊的切削情况。当轴的负载低的时候，系统增加切削进给到或者超过预先编程的进给速度，直接导致循环周期和产品成本相当大的减少。当轴的负载高时，进给速度就被降低，以保护工作母机不损害和损坏。当系统侦测到极端的切削力时，它会自动停机来保护切削工具。它减少了一定的操作者的监督管理。在线铣削忧化的步骤次序如下：制器。调）忧化的进给速度，将它送回到机器。自适应切削力控制器协调进给速度是基于一个测量出的峰值切削力通过布置一个进给速度超过制器在四轴上的百分比，真实的切削速度是超过部分和已编程的进给速度。如果进给速度忧化模拟是完美的，忧化的进给速度也将总是等于参照的峰值力。在这种情况下，超出部分的正确率将是 100%。为了控制器调整峰值力，力的信息必须在每个采样时间对控制运算法则是有用的。一个探测软件被用来提供这些信息。个模糊控制器的结构在模糊过程控制中，专门技术被压缩成一个根据关于人操作标准和输入输出关系的系统。运算法则是基于操作者的知识但考虑到过程编辑通过改写误差，它也包括了控制理论。从而，控制器有输入切削力误差 F 和第一次不同误差 2F，输出变化的进给速度 f。模糊控制变化和规则创基础创建从专家操作者那带走。切削力误差和第一次误差的差异被计算，在每一个采样时间 k，如 _F(k) = F(k)和 _2F(k) =_F(k)_F(k1),这里 F 是测量的切削力，力的设定点。工模拟在进行实验测试之前，一个工模拟模拟器被用来估算控制者的设计。过程模拟由人工神经力模拟和进给驱动模拟。人工神经力模拟基于切削条件和已描述的形状切削估算切削力。进给驱动模拟模拟机器对已指定进给速度变化的反应。进给驱动模拟通过检查步的已指定速度的改变被决定。最好的模拟被发现是一个频率为 3节拍时间为二级命令系统。对比实验和仿真从 7 到22mm/s 图 3 显示的速度步调改变结果。进给驱动和人工神经力模拟被结合形成工模拟。模拟输入是已指定的进给速度，输出是 X、 Y 合成的切削力。切削形状在人工神经力模拟中被定义。模拟器通过比较实验和模拟仿真结果被修改。伴随进给速度改变的各种切削被确定。从 2mm/一步改变，实验和仿真合力展现如图 4。实验结果与在平均和峰值力方面模拟结果联系的很好。明显的差异可能是因为人工神经模拟和没有模拟的系统编辑器的错误。削力模拟为明白在线切削力模拟，基于流行的反馈原理，一个标准工神经网络（提出在预备实验期间，它被证明是很有可能直接从实验加工数据提取力模拟。它被用来模拟切削过程。用来模拟的要为进给速度 f，切削速度削轴向深度切削径向深度个输入人工神经元。输出是切削力的要素，因此需要两个输出神经元。带优化参数使用的细的布局和神经元的数学原理如图 5 所示。最好的置包含 5， 3 和 7 在隐藏层隐藏的神经元。经网络的布局和其模拟问题的自适应性布局的效果也通过考虑不同的情况而被研究。通过改变在隐藏层的人工神经元的个数来改变布局。为估计个别与神经网络性能有关程序参数的效果， 40 个不同网络被训练，测试和分析。网络性能使用输入输出层的神经元数通过输入输出参数的数量来决定。由结果得到的如下所述结论：率给出可接受的预期误差而掌握比率必须在间来最小化程序周期数。为了最小化判断误差，比率在间是好的。然而，如果程序周期数也是最小化，掌握比率应该不超过最佳的隐蔽层节点数是 3 或到 12 或不是 3 或 6 的网络也表现的好但是导致更高的程序周期。用正弦函数的网络需要最低的程序周期数，紧跟的是正切函数而用双曲线切线那些需要更高的程序周期。用在这个获取系统的数据获取设备由测力计，固定模块，硬件和软件如图 1所示。切削力使用安在工件和工作台压电测力计测量。当刀具正在切削工件时，力将通过刀具施加到测力计。在测力计上的压电石英产生形变，电荷将会产生。电荷然后通过连接电缆传递到多通道电荷放大器。电荷然后使用多通路放大器放大。在多通路电放大器中，不同参数能被调整以完成必需解决的。在放大器的输出端，电压将对应于取决于设置在放大器中参数的力。接口硬件模块由连接设计块，模拟信号协调模块和一个 16 通道 A/D 接口板 (在 A/D 板里，模拟信号将转变成数了信号，以使件能读和接收数据。用， Y 和 Z 方向的力。用这个程序，三个轴向力要素能同时获得，并能为分析力的变化而显示在屏幕上。选直径 16螺旋角带双刃可互换球状端立铣刀来加工。前角 12 度立铣刀被选。立铣刀的材料是上却液来冷却。模糊控制被智能操纵器模块（修正进给速度被递到力控制软件和床之间信设备。控制器能通过存储器共享。在频率 1出部分的进给速度，可变分配力控制软件有用。为检查自适应模糊控制策略的稳定性和耐用度，通过用拟来检查系统。然后，通过在一个床的对工件改变切削深度的不同实验来改变系统（如图 6） 6螺旋角带双刃可互换球状端立铣刀被选来进行实验。切削条件为：铣削宽度 3 削深度 2切削速度 80m/模糊控制结构如图 1，忧化进给速度，想要的切削力是 = 280 N,预编程的进给是许调整率为 0150%。当切削深度改变时，图 7 是切削力和进给速度的反映。它显示出实验结果，结果中进给速度在线调整来保持切削力在最大想要值。模拟控制器响应在轴向深度一步改变，显示如图 6面铣刀，在 2000正遇到一步从轴向深度从 3 到改变。这步改变发生在 2s，在控制器返回峰值成参考峰值力在这项研究中模糊控制器的稳定性通过模拟被估算。用在过程增益中小和大步改变测试模拟是为确保系统稳定在一定范围条件内。小的过程增益改变用一个在 2000速下从 3 到向深度改度来模拟。大的增益改变用一个轴向深度在 2000从 3 到 6变来模拟。伴随很少的性能降低系统在全布模拟仿真中保持稳定。在用不变进给速度（常用切削，如图 7a）的第一次实验中 ,仅在最后一步时达到它的固有值。然而，在第二次测试中，使用模糊控制加工相同的工件，平均完成的接近固有的。对比图 7a 和 b，人工神经控制铣削系的在切削力是保持在 240N 左右，自适应铣削系统的进给速度接近于传统点到 D 点。从 A 点到 C 点，自适应铣削系统的进给速度高于正统统，因此，自适应铣削系统铣削效率提高了。实验结果显示出能提高高到 27%。相比于大多数的现有端铣削控制系统，目标模糊控制系统有下列优势：具形状和工件材料的改变敏感；定性，比标准的控制器有更高加工效率。实验显示模糊控制器比传统控制器有重大的优势。主要的优势是一个控制器快速响应复杂传感输入而在传统控制器上老的控制运算法则下运行速度受限制。当前研究显示模糊控制比传统控制器有很大的优势。第一个优势是一个模糊控制器能有效率地利用在计划和执行一个控制动作方面比一个工人更巨大的感官信息。第二个优势是模糊控制器快速响应复杂的传感输入而在传统控制器的传统控制法则下的执行速度受到严格的限制。这次投稿的目的是为介绍一辅助自适应调整进给速度来防止过度刀具磨损，刀具破损和保持高的金属去除率的可靠而耐用的模糊力控制器。带自适应控制策略的智能铣削实验结果表明模糊控制器有高的耐用度和完全稳定性。方法成功应用于实验削加工中。目标在线最佳切削条件决定系统在这篇文章中应用于球端铣削，但显然此系统也可延伸到其它的机床上来提高切削效率。（ 2007 届）本科生毕业设计（论文）资料学院、系：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：班级：学号指导教师姓名：职称最终评定成绩：二六年九月制 - 1 - 目录第一部分过程管理资料一、毕业设计（论文）课题任务书 ( 3 ) 二、本科毕业设计（论文）开题报告 ( 6 ) 三、本科毕业设计（论文）进展情况记录 (11) 四、本科毕业设计（论文）中期报告 (13) 五、毕业设计（论文）指导教师评阅表 (14) 六、毕业设计（论文）评阅教师评阅表 (15) 七、毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表 (16) 第二部分设计说明书八、设计说明书 - 2 - 2007 届本科生毕业设计（论文）资料第一部分过程管理资料 - 3 - 2007 届毕业设计（论文）课题任务书院 (系 )：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化指导教师学生姓名课题名称控立式铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计内容及任务（ 1）设计内容： 1、调查分析控立式铣床的加工特点，确定设计数控立式铣床的主要技术参数。 2、进行数控立式铣床总体方案和控制系统总体方案设计。 3、完成进给运动的机械结构设计。 4、完成控制系统硬件设计。（ 2）任务和要求： 1、根据总体设计方案，绘制控立式铣床总体外观图一张（三维计算机图）。 2、进行主运动系统的设计 ,绘制主轴箱装配图和进给机构的强度计算 , 绘制出工作台纵向或垂直方向数控进给机构装配图一张 (算机图二张 )。 3、绘制出数控铣床主轴零件图。 (算机图 1 张 )。 4、根据控制系统总体设计方案，绘制控制系统电路图一张（算机图）。 5、科技译文（不少于 2000 汉字，原文可自选或由指导老师提供）。 6、编写毕业设计说明书一套（不少于二万字，有英文摘要，全部用计算机打出）。拟达到的要求或技术指标 1、工作台尺寸（长宽）： 1600 400 2、工作台最大承载： 200 3、定位精度准 X Y Z 4、工作台进给量：纵向 10 1500mm/向 10 1500mm/ 垂直 10 600mm/ 5、主轴转速范围： 30 1500r/ - 4 - 进度安排起止日期工作内容 20 成毕业设计的选题和开题报告题调研，收集资料，拟定总体方案，画总体图行有关运动计算 ,确定主运动主要参数 ,绘出转速图和传动系统图，绘制主轴箱装配图行进给机构的设计和计算，绘制进给机构装配图一张制系统设计，画控制系统图一张整个设计进行检查理设计说明书及修改图子，翻译科技外文，以及毕业答辩的准备。主要参考资料 1、李福生主编，数控机床技术手册 M 版社， 2、曹金榜易锡麟，机床主轴变速箱设计指导 M 械工业出版社， 3、王爱玲、白恩远、赵学良、赵建国主编，现代数控机床 M 防工业出版社， 4、机械设计手册编辑组编，机床设计手册 M 械工业出版社， 5、机械设计手册联合编写组编，机械设计手册 M 学工业出版社， 6、周明衡主编，离合器、制动器选用手册 M 学工业出版社， 7、华东纺织工学院哈尔滨工业大学天津大学主编，机床设计图册 M 海科学技术出版社， 8李广弟朱月绣王绣山主编，单片机基础 M：北京航空航天大学出版社，9黄鹤汀主编，金属切削机床设计 M械工业出版社， 10赵大兴李天宝主编，现代工程图学 M汉科学技术出版社， 11顾维邦主编，金属切削机床概论 M械的工业出版社， 12张维纪编著，金属切削原理及刀具 M江大学出版社， 13甘永立主编，几何量公差与检测 M海科学技术出版社， 14张建钢胡大泽主编，数控技术 M华中科技大学出版社， 15朱张校主编，工程材料 M华大学出版社， 16濮良贵陈庚梅主编，机械设计教程 M北工业大学出版社， 17文怀兴主编，数控铣床设计 M 北京：化学工业出版社 - 5 - 教研室意见签名：年月日院 (系 )主管领导意见签名：年月日 - 6 - 本科毕业设计（论文）开题报告（ 2007 届）学院、系：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：班级：学号指导教师姓名：职称 2007 年 1 月 10 日题目：课题研究背景数控机床的发展趋势 - 7 - 1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写 1500 2000 字左右的文献综述。 20 世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从 1952年美国第台数控铣床问世至今已经历了 50 个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专用机床，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有 10 20 万台，产值上百亿美元。我国数控机床制造业在 80 年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在 90 年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到 50，库存超过 4 个月。从 1995 年 “九五 ”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在 1999 年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近 30 万台），但我们的机床数控化率仅达到右，这与西方工业国家一般能达到 20的差距太大。日本不到 80 万台的机床却有近 10 倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国 21 世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床3000 4000 台，日本 1 年产 5 万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口 70009000 台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。国内的数控生产厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过 300 400 套。从上面我们可以看出：我国的数控技术水平还有待提高，生产技术还相当落后。因此，我们有必要大力发展我国的数控技术，提高国产数控技术的总体水平，将我国的工业水平提高到一个新的档次。近 10 年数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。 (1) 高速化由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由 3000 4000r/000 1000r/床和加工中心主轴转速由 4000 8000r/高到12000r/24000r/40000r/上 ,快速移动速度由过去的 10 20m/高到 48m/60m/80m/120m/提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的力加速度）提高到 2G，最高可达 - 8 - 15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。 (2) 高精度化数控机床的定位精度已由一般的微米级机床达到右，纳米级机床达到小分辨率为 1数控系统和机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插补质量，并可进行自动拐角处理等。 (3) 复合加工、新结构机床大量出现如 5 轴 5 面体复合加工机床， 5 轴 5 联动加工各类异形零件。也派生出各新颖的机床结构，包括 5 轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。 (4) 使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床 “如虎添翼 ”。如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削速度能达 1000m/工铝件能达 5000m/ (5) 数控机床的开放性和联网管理数控机床的开放性和联网管理已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为 21 世纪制造业发展的一个主要潮流。参考文献：文怀兴主编，数控铣床设计 M 北京：化学工业出版社据国内外的数控机床发展状况及自己兴趣，此次毕业设计我选择了控立式铣床设计作为毕业设计课题，以便使自己对数控铣床有更多的了解，进而增强自己在这方面的能力。要研究内容、研究思路及方案。 1、依据：随着科学技术的发展，生产率水平的提高，人们对产品精度和质量的要求越来越来严格。因此，企业生产线的自动化程度要求越来越高，数控铣床得到了越来越广泛的应用。由于铣床使用旋转的多齿刀具加工工件，同时有数个刀齿参加切削，所以生产效率高，但是，由于铣刀每个刀齿的切削过程是断续的，且每一个的切削厚度又是变化的，这就使切削力相应地发生变化，容易引起机床振动，因此，铣床在结构上要求有较高的刚度和抗振性。 2、研究的内容： - 9 - 本次设计主要研究的是控立式铣床进给系统及控制系统设计，机床主传动及进给部件的设计过程和方法，包括参数拟定、传动设计、零件计算、结构设计等，对主运动、进给系统各部件进行选择 ,计算 ,校核；以及对式铣床控制系统选用列单片机组成，纵向、横向及垂直方向的控制电路设计。 3、研究思路及技术方案：这次设计的任务是对控立式铣床进行总体设计和进给系统设计，先明确目的如下 : a掌握机床主传动及进给部件的设计过程和方法，包括参数拟定、传动设计、零件计算、结构设计等，培养机构分析和设计的能力。 b综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力。 c训练和提高设计的基本技能。如计算、制图、应用设计资料、标准和规范、编写技术文件（说明书）等。 1、主轴箱设计思路如下 : 先根据总体设计方案 ,进行有关运动计算 ,确定主运动主要参数 ,绘出转速图和传动系统图；再进行动力计算 ,确定主电动机功率。接着进行强度计算 ,绘制主轴箱装配图一张 2 进给伺服系统机械部分的计算与选型内容包括：确定脉冲当量，计算切削力，滚珠丝杆螺母副的设计、计算与选型，齿轮传动计算，步进电机的计算和选型等。 3 控制部分总体思路如下：根据总体方案及机械结构的控制要求，控制系统的功能包括： a、 X 向、 Y 向、 Z 给伺服运动； b、键盘显示； c、面板管理 d、行程控制 e、其他功能、例如光隔离电路、功率放大电路、红绿灯显示硬件电路主要由以下几部分组成： a) 主控制器，即中央处理单元（ ; b) 总线，包括数据总线、地址总线和控制总线； c) 存储器，包括 d) 接口，即 I/O 输入输出接口电路； e) 外部设备，如键盘，显示器及光电输入等。 - 10 - 完成毕业设计的选题和开题报告课题调研，收集资料，拟定总体方案，画总体图进行有关运动计算 ,确定主运动主要参数 ,绘出转速图和传动系统图，绘制主轴箱装配图进行进给机构的设计和计算，绘制进给机构装配图一张控制系统设计，画控制系统图一张对整个设计进行检查整理设计说明书及修改图子，翻译科技外文，以及毕业答辩的准备指导教师：年月日说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。 - 11 - 本科毕业设计（论文）进展情况记录毕业设计题目：控立式铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计班级：学号：学生： _ _指导教师：时间任务完成情况指导教师意见第周至第周指导教师签名：年月日第周至第周指导教师签名：年月日第周至第周指导教

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