(温世海)毕业设计开题报告.doc

本科毕业设计开题报告设计题目 多功能数控机床设计 学 院 机械与电气工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 2006级（2）班 学 号 0615060155 学生姓名 温世海 指导教师 张春良 下发时间： 2009 年 3 月 22 日一、课题意义制造技术是各国经济竞争的重要支柱之一，经济的成功在很大程度上得益于先进的制造技术，而机床是机械制造技术重要的载体，它标志着一个国家的生产能力和技术水平。机床工业是国民经济的一个重要先行部门，担负着为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务，所以，在我国国民经济建设中，机床工业起着重要的作用。然而在机械制造业中，大批大量生产时采用专用机床、组合机床、专用自动线等并配以相应的工装，这些设备的初期投资费用大、生产准备时间长，并且不适应产品的更新换代。单件小批生产时，由于产品多变而不宜采用专用机床，特别是在国防、航空、航天和深潜的部门，其零件的精度要求非常高，几何形状也日趋复杂，且改型频繁，生产周期短，这就要求迅速适应不同零件的加工。书空机床就是在这样的背景下产生和发展起来的一种新型自动化机床，它较好的解决了小批量、品种多变化、形状复杂和精度高的零件的自动化加工问题。随着计算机技术，特别是微型计算机技术的发展及其在数控机床上的应用，机床数控技术正从普通数控向计算机数控发展。一个国家数控机床的拥有量（相对值），标志着这个国家机械制造业的现代化程度。数控铣床和加工中心因其特有的加工方式及其加工范围广在数控机床中占有重大的比例，因此研究多功能数控机床设计具有重大意义。二、 课题综述（一） 理论的渊源及演进过程当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高质量、高精、高效、自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以後加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。（二） 国外有关研究的综述 数控机床出现至今的50年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。 例如：在世纪初时是mm级，到世纪初时提高到了.mm级而近年来，普通机械加工的精度已从.1mm提高到.mm级，精密加工的精度已从um级提高到.um级，超精密加工的精度已从.um级进入纳米级在表面粗糙度方面，日本用萤光碳素泡沫抛光剂和细微SiO2粉末抛光工作，成功获得了小于.um的表面粗糙度过去只注意表面粗糙度、波度和纹理等表面特征，忽视了表面之下.mm范围内的内部效应，即次表面效应对零件可靠性的影响这方面尚需深入研究，采取相应措施，方能提高产品的质量和使用寿命及可靠性（3） 国内研究的综述中国於1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在19581979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠佳，无法用於生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先後引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。（四）本人对以上综述的评价在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处於从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。存在的主要问题包括：缺乏象日本“机电法”、“机信法”那样的指引；严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。3、 课题研究内容设计多功能数控机床，该机床应能完成2个或2个以上的加工功能，主要进行一些小型零件的加工，精度要求达到0.01mm，主轴电动机功率3000W左右；进给系统由步进电动机直接驱动，采用滚珠丝杠（1） 确定多功能数控机床总体方案，进行总体设计，要求实现多种功能；1、 运动功能设计：包括确定机床所需运动的个数、形式（直线运动、回传运动）、功能（主运动、进给运动、其他运动）及排列顺序，最后画出机床的运动功能图2、 基本参数的设计：包括主参数、尺寸参数、运动参数和动力参数的设计3、 传动系统设计：包括传动方式、传动原理图及传动系统图设计4、 总体结构布局设计：包括几何运动功能分配设计、结构布局设计5、 控制系统设计：包括控制方式及控制原理、控制系统图设计（2） 多功能数控机床主传动系统设计； 按照已确定的运动参数、动力参数和传动方案，设计经济合理、性能先进的的传动系统，其主要设计内容包括：拟定结构式和结构网；拟定转速图，确定个传动副的传动比；确定带轮直径、齿轮参数；布置、排列齿轮，绘制传动系统图。（3） 多功能数控机床进给系统设计；数控机床进给系统的设计包括：按照需要达到的加工精度要求，选择开环系统、半闭环系统河闭环系统之一；传动系统的设计，包括传动方式的选择，根据传动精度要求，确定数控机床的脉冲当量；滚珠丝杆导程及精度等的确定，滚珠丝杆支承的选择；伺服电动机的选择；精度验算等过程（四）多功能数控机床控制系统设计；1.机床的主运动设计根据无级变速的特点，利用变频器的工作特点，来实现电主轴的转速。2.主运动过程中的零件选择和分析主轴轴承的选择，根据特点主轴前端采用双列短圆柱滚子轴承后端采用向推力球轴承（采用背靠背），分析轴承间隙的调整，轴向力的传递。3.机床的进给运动设计丝杠传动的结构和特点，滚珠丝杠轴承的选择，定位；由三个不同的步进电机来控制三个方向进给运动过程。4.机床主要零部件的设计（1）、步进电机的选择计算；（2）、滚珠丝杠的设计计算；（3）、轴承的选择和寿命校验；5控制电路的设计由变频器来控制电主轴的转速和步进电机的快慢，来控制 X、Y、Z轴方向的运动 4、 课题研究方法及关键技术（一）本课题主要采用调查研究法、实验研究法、理论研究法、行动研究法（二）关键技术：机械结构与数控5、 课题研究的步骤和计划第1-2周：广泛查阅相关文献，分析设计要求，根据实际需求确定多功能数控机床的总体设计目标。第3-4周：总体方案的设计，确定总体方案的整体框架、结构等，完成总图。第5-6周：主传动系统计算与设计。第7-8周：进给系统计算与设计。第9-10周：控制系统设计。第11-12周：整理相关文档、开始撰写论文。第13-14周：上交毕业论文（设计）所有材料给指导老师，在老师指导下修改完善。第15周：毕业论文定稿。做好毕业答辩准备。6、 课题预期的成果与表现形式1、毕业设计说明书： 阐述整个毕业设计内容，突出重点和特色，图文并茂，文字通畅。2、设计图纸： 多功能数控机床总图、主传动系统和进给系统装配图及零件图（其中至少有1张A2图）。七、主要参考文献1 机械设计手册编委会. 机械设计手册（新版第一卷）(M). 北京：机械工业出版社 20042 机械设计手册编委会. 机械设计手册（新版第五卷）(M). 北京：机械工业出版社 20043 机械加工工艺手册编委会. 机械加工工艺手册（第二卷）(M).北京：机械工业出版社19914 赵松年，张奇鹏. 机电一体化机械系统设计(M). 北京：机械工业出版社，19965 姜培刚，盖玉先. 机电一体化设计(M). 北京：机械工业出版社，20046 杨恢先，黄恢先. 单片机原理及应用(M). 湖南：国防科技大学出版社，20027 潭浩强. 微型计算机原理及应用（第三版）(M). 北京：清华大学出版社 20018 邓星钟. 机电传动控制(M). 湖北：华中科技大学出版社19989 童诗白. 模拟电子技术基础(M). 北京：高等教育出版200210 张建钢, 胡大泽. 数控技术(M). 湖北：华中科技大学出版社, 200011 梅丽凤, 王艳秋. 单片机原理及接口技术(M). 北京：清华大学出版社,200412 李广弟. 单片机基础(M). 北京：北京航天大学出版社,19941