开题报告-数控车床自动回转刀架机电系统设计

太原理工大学现代科技学院 毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目： 数控车床自动回转刀架机电系 统设计 学 生 姓 名： 指导教师姓名： 专 业 班 级： 机电15-3 2019 年 4 月 4 日1.课题名称：数控车床自动回转刀架机电系统设计2. 课题研究背景：数控技术起源于航空工业的需要，20世纪40年代后期，美国一家直升机公司提出了。数控机床的初始设想，1952年美国麻省理工学院研制出三坐标数控铣床。50年代中期这种数控铣床已用于加工飞机零件。60年代，数控系统和程序编制工作日益成熟和完善，数控机床已被用于各个工业部门，但航空航天工业始终是数控机床的最大用户。一些大的航空工厂配有数百台数控机床，其中以切削机床为主。数控加工的零件有飞机和火箭的整体壁板、大梁、蒙皮、隔框、螺旋桨以及航空发动机的机匣、轴、盘、叶片的模具型腔和液体火箭发动机燃烧室的特型腔面等。数控机床发展的初期是以连续轨迹的数控机床为主，连续轨迹控制。连续轨迹控制又称轮廓控制，要求刀具相对于零件按规定轨迹运动。以后又大力发展点位控制数控机床。点位控制是指刀具从某一点向另一点移动，只要最后能准确地到达目标而不管移动路线如何。近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。目前国外机械设备的数控化率已达到85%以上，而我国的机械设备的数控化率不足20%，随着我国机制行业新技术的应用，我国世界制造业加工中心地位形成，数控机床的使用、维修、维护人员在全国各工业城市都非常紧缺，再加上数控加工人员从业面非常广，可在现代制造业的模具、钟表业、五金行业、中小制造业、从事相应公司企业的电脑绘图、数控编程设计、加工中心操作、模具设计与制造、 电火花及线切割工作，所以目前现有的数控技术人才无法满足制造业的需求，而且人才市场上的这类人才储备并不大，企业要在人才市场上寻觅合适的人才显得比较困难，以至于导致模具设计、CAD/CAM工程师、数控编程、数控加工等已成为我国各人才市场招聘频率最高的职位之一。在各种招聘会上，数控专业人才更是企业热衷于标注“急聘”、“高薪诚聘”等字样的少数职位之一，以致出现了“月薪6000元难聘数控技工”，“年薪16万元招不到数控技工”的现象。据报载，我国高级技工正面临着“青黄不接”的严重局面，原有技工年龄已大，中年技工为数不多，青年技工尚未成熟。在制造业，能够熟练操作现代化机床的人才已成稀缺， 据统计：目前，我国技术工人中，高级技工占3.5%，中级工占35%，初级工占60%。而发达国家技术工人中，高级工占35%、中级工占50%、初级工占15%。这表明，我们的高级技工在未来510年内仍会有大量的人才缺口。 随着产业布局、产品结构的调整，就业结构也将发生变化。企业对较高层次的第一线应用型人才的需求将明显增加。 而借助国外的发展经验来看，当进入产业布局、产品结构调整时期，与产业结构高度化匹配、培养相当数量的具有高等文化水平的职业人才，成为迫切要求。而对于数控加工专业，不仅要求从业人员有过硬的实践能力，更要掌握系统而扎实的机加理论知识。因此，既有学历又有很强操作能力的数控加工人才更是成为社会较紧缺、企业最急需的人才。3. 课题研究意义：数控机床一开始就选定具有复杂型面的飞机零件作为加工对象，解决普通的加工方法难以解决的关键。数控加工的最大特点是用穿孔带（或磁带）控制机床进行自动加工。由于飞机、火箭和发动机零件各有不同的特点：飞机和火箭的零、构件尺寸大、型面复杂；发动机零、构件尺寸小、精度高。因此飞机、火箭制造部门和发动机制造部门所选用的数控机床有所不同。在飞机和火箭制造中以采用连续控制的大型数控铣床为主，而在发动机制造中既采用连续控制的数控机床，也采用点位控制的数控机床（如数控钻床、数控镗床、加工中心等）。工序集中：数控机床一般带有可以自动换刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自动进行，因此，工序比较集中。工序集中带来巨大的经济效益：减少机床占地面积，节约厂房；减少或没有中间环节（如半成品的中间检测、暂存搬运等），既省时间又省人力。自动化：数控机床加工时，不需人工控制刀具，自动化程度高。带来的好处很明显：对操作工人的要求降低：一个普通机床的高级工，不是短时间内可以培养的，而一个不需编程的数控工培养时间极短（如数控车工需要一周即可，还会编写简单的加工程序）。并且，数控工在数控机床上加工出的零件比普通工在传统机床上加工的零件精度要高，时间要省；降低了工人的劳动强度：数控工人在加工过程中，大部分时间被排斥在加工过程之外，非常省力；产品质量稳定：数控机床的加工自动化，免除了普通机床上工人的疲劳、粗心、估计等人为误差，提高了产品的一致性；加工效率高：数控机床的自动换刀等使加工过程紧凑，提高了劳动生产率。柔性化高：传统的通用机床，虽然柔性好，但效率低下；而传统的专机，虽然效率很高，但对零件的适应性很差，刚性大，柔性差，很难适应市场经济下的激烈竞争带来的产品频繁改型。只要改变程序，就可以在数控机床上加工新的零件，且又能自动化操作，柔性好，效率高，因此数控机床能很好适应市场竞争。能力强：机床能精确加工各种轮廓，而有些轮廓在普通机床上无法加工。数控机床特别适合以下场合：不许报废的零件；新产品研制；急需件的加工。数控技术对实行自控化作业有深远影响。 4.文献查阅概况1.尹志强 王玉琳 机床与液压 2009年第12期 62-65,共4页 摘要：介绍自行研究开发的HFUT-1型机电一体化实验教学平台。该平台采用了高度的教学开放式布局设计，可以根据实验教学的要求进行不同的组合，能够完成多项综合性实验。对平台总体方案以及微机数控车床机械系统的设计予以介绍，重点是进给系统和自动回转刀架。单片机控制系统采用功能型模块化设计方案，配置灵活，适应面广。平台自2006年以来应用情况良好。 2.于洋, 电子制作 2019年第2期90-91,100共3页 摘要：随着科学水平的进步与发展,为了适应制造业现代化的需求,数控技术应运而生,集电子技术与软件工程于一身的现代化数控技术在诸多领域中已经产生明显优势,数控技术在数控车床中的应用不仅能够提升产品电子机械化的效率,而且可以对现代企业经济效益起到一定推动作用。本文对数控技术的概念与运用优势进行阐述,分析数控技术在数控加工车床中的实际应用,对数控技术的未来发展前景与趋势进行展望。 3.史安娜, 曹富荣, +1 位作者, 马晓波, 制造业自动化 2019年第1期1-4,28共5页 摘要： 热变形误差是影响高速高精密数控机床加工精度的主要因素,对机床主轴热变形进行检测与研究显得至关重要。以CAK3665数控车床主轴为研究对象,运用传热学经典理论对主轴系统的热源分布以及传热方式进行了介绍,并通过FLIR红外热像仪测温技术和激光测距技术对主轴温升与车床热变形进行了测量与研究,测得主轴中速连续运转270min时达到稳定温升,温度对主轴轴向的热伸长误差的影响大于主轴径向的热变形误差。最后,根据测量结果提出减小主轴热变形的措施。研究工作为车床主轴的进一步改进设计和热变形补偿提供依据。 4.刘旭东, 李晓岗, 内燃机与配件 2018年第17期112-113,共2页 摘要 ：制造业是国家的重要支柱性产业,制造系统自动化是制造业不断追求的主要目标。近年来随着工业化、信息化技术的高速发展,先进制造技术逐步成为企业提高市场竞争力的重要法宝,制造装备自动化可以提高生产效率、缩短制造周期、降低劳动强度、提高产品质量、降低生产成本、改善企业市场适应能力等等,尤其是国家智能制造2025战略的提出,汽车制造业迎来了自动化及智能化升级改造难得的机遇。本文以汽车变速箱输出法兰盘零件加工为例,针对数控车床的自动化改造进行了具体的实践,获得了良好的效果。 5.张淑梅, 工程技术研究 2018年第8期233-234,共2页 摘要： 随着时代的进步以及科学技术的快速发展,中国制造业取得了飞速的发展,以数控加工技术为主的先进制造技术,逐步取代传统的机械加工方法,成为了机械加工行业的主要加工技术。各高职院校为了应对机械行业中对数控车工的迫切需求,积极开展了数控车床理论与实践课程。文章主要从高职院校数控车床实习的现状出发,通过增加实习安全保障方面教学以及相应的教学措施,来提高数控车床实习教学效果,以期为中国高职院校提升实习教学效果提供理论支持和参考。 6.王丹丹, 机械管理开发 2018年第6期14-15,共2页 摘要: 参照FANUC-Oi D数控系统,主要阐述了数控车床在发展中应有的安全保护功能设计,包括：设置行程限位保护回路,并科学设置其系统参数;设置卡盘和尾座的保护装置,以保护数控车床;设置安全防护装置,确保工作区域安全。这些功能的设计可在最大程度上保证数控车床的安全运行。 7.朱丽军, 黑龙江科学 2018年第16期46-47,共2页 摘要： 数控车床制造可提高工业生产效率,相较其他的加工方式,数控车床加工精度更高,我国数控车床加工技术仍有较大的提高空间,就如何提高数控车床加工精度进行研究,分析影响数控车床加工精度的因素,提出提高数控车床加工精度的措施,为提高我国数控车床加工技术水平提供参考。 8.曾莉华, 中国设备工程 2018年第13期83-84,共2页 摘要： 机床的核心部件是机床主轴,其主要功能是带动刀具或者是工件旋转来完成加工。数控车床中机床主轴的质量好与坏会直接影响车床加工零部件的质量与加工生产效率以及加工精确度。因此,我们想要提升机床的加工效率和质量与部件的精度,就必须要对数控车床加工工艺的流程进行优化改进。主要分析了使用数控车床加工中的几个重点步骤,并对数控车床加工机床的主轴部件做出有关其优化研究,提出了车床加工工艺上的缺点与优化措施,找寻出影响加工质量与准确度的原因,从而提出措施增加车床加工效率。 9.蒋经纬, 数字技术与应用 2018年第6期11-11,13共2页 摘要： 本文针对数控车床加工精度影响因素,结合理论实践,在简要阐述数控车床的基本组成和工作原理的基础上,深入分析了影响数控车床加工精度的主要因素,并提出提高加工精度的方法。得出合理应用补偿、防止法、重复定位的办法、合理应用一刀多尖是提高数控车床加工精度关键的结论,希望对相关单位有一定帮助。 10.宋润博, 中国设备工程 2018年第16期36-37,共2页 摘要 ：制造行业的发展对促进经济增长创造了良好的条件。数控机床是机械零件加工的重要设备之一,对机械加工起到了关键的作用,也极大的推动了机械制造行业的发展。随着科学技术水平的不断提升,精密检测技术、电子计算机和自动控制等技术被运用到了数控车床当中,使得数控车床的工作效率和加工精度均得到了显著的提升。为了使数控车床在实际工作时能够稳定的运行,并且提高加工的精度,本文针对数控车床的机械机构与保养进行了分析,并提出合理的建议,为开展数控车床的机械机构的保养工作提供借鉴,防止数控车床出现故障。 11.彭建飞, 现代信息科技 2018年第5期173-175,共3页 摘要： 本文以四方回转刀架作为研究对象,详细分析了它的结构和转位动作过程,然后进行拆卸详解,并指出了装配过程的一些关键点,提出在日常维护过程中的操作要点,能够满足工厂实际的维护要求,为机修人员提供了正确的思路,供同行们参考、研究。12.秦赫, 王武, +2 位作者, 蒋煜, 产业与科技论坛 2017年第19期69-70,共2页 摘要 ：在学校金工实习的课程中,项目组成员发现在普通车床上进行车削加工过程中并不能轻易做出精度较高的内球面,基于以上的原因项目组决定做一套内球面车削回转刀架,它克服了常用方法车削内球面的困难和不足,大大降低了工人的劳动强度,提高了生产效率和工件质量,帮助基层劳动者更好地完成工作。 13.杨瑞, 孔玉强, +2 位作者, 张亚林, 煤矿机械 2017年第7期117-118,共2页 摘要： 传感器是一种能够感受规定的被测量,并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床,能够根据编好的程序使机床自动加工零件,它综合使用了多种传感器。主要研究霍尔开关在数控车床四工位可转位刀架中的应用,通过霍尔开关实现四工位刀架中4个刀位的定位。 14.张占峰, 朱晓琳, 吴桂秀, 金属加工：冷加工 2016年第2期70-71,共2页 摘要： 本文针对某产品壳体在数控车削过程中存在的外径尺寸精度低、刀具报废率高等问题,通过对简易数控车床四工位回转刀架进行改进,解决了该产品及相关产品壳体薄壁处易变形、产品质量稳定性差以及刀片利用率低等若干问题。15.范凤娥, 余成良, 机械制造与自动化 2015年第1期82-84,129共4页 摘要： 数控机床的回转刀架发展很快,现正逐步形成标准定型产品,尤其是国外的产品,开发较早,经验丰富,使得其产品的可靠性比较高。就一种回转刀架做了分析,对其内部机械结构、总体尺寸、电气接线图、时序说明做了介绍,并就使用过程中不慎发生干涉（碰撞）后的状况,给出了几种校正解决办法。回转刀架的优劣与否直接影响数控机床的性能和技术水平,因此分析,回转刀架的结构及干涉原因,对国产数控机床的发展具有十分重要的意义。16.杜迪, 童亮, +1 位作者, 刘尚, 制造业自动化 2015年第24期116-120,共5页 摘要： 对机床数控回转刀架用直驱力矩电机驱动系统的软硬件设计进行了研究。直驱永磁同步电机（PMSM）采用矢量控制策略,在MATLAB/Simulink环境下建立基于id=0控制策略的位置、转速和电流三闭环永磁同步电机调速系统的仿真模型,并进行仿真实验分析。以刀塔用0.75KW的三相永磁同步直驱力矩电机为研究对象,设计了基于位置传感器矢量控制算法的直驱力矩电机驱动器,通过硬件测试和软硬件整合完成直驱力矩电机驱动器样机的设计。测试结果证明该直驱力矩电机驱动系统软硬件设计合理,并且具有良好的动态性能,能够满足系统的设计要求。 17.徐慧, 辽宁省交通高等专科学校学报 2014年第5期16-18,共3页 摘要：介绍了一种数控车床回转刀架的机构和转位原理,根据工作要求设计了控制系统。该系统经实践证明操作简便、工作可靠。18.程国仙, 职业 2014年第24期177-178,共2页 摘要： 本文主要介绍了在数控机床维修课程中,如何对与GSK988T数控车床相适应的四工位回转式刀架进行电气故障检修,通过列举日常教学过程中出现的与之相关的电气故障排除的案例,结合学生所学的PLC知识,运用数控系统自身的系统状态监视功能对刀架进行相应的故障检测分析。 19.张德强, 李金华, 王海洋, 实验室科学 2013年第5期168-170,共3页 摘要： 主要介绍KSJM6130数控车床四方回转刀架部件的实物拆装和仿真拆装过程和实现原理，首先针刀架实体进行实物拆装，仔细研究其内部零部件结构及装配机理和拆装程序，制定出科学合理的刀架机械部分拆装步骤，将组成零件三维造型，再进行三维产品装配，结合运动仿真和三维动画技术将科学合理的拆装步骤和动态图形等技术结合到仿真实验平台，开发出满足本科生教学实验需求的能够满足虚拟环境下进行数控车床四方回转刀架仿真拆装和结构认识的实验教学平台，四方回转刀架机械部分拆装为最终实验平台实现机床整体的机械、电气软硬件一体化仿真实验平台的研制打下坚实基础。 20.罗兆军, 机床电器 2012年第6期23-26,31共5页 摘要：本文结合HNC21世纪星数控系统说明了数控刀架的控制原理，并采用独立的PLC实现回转刀架的自动回转及找刀定位的控制，以便在对回转刀架进行整体检修后进行联机调试，也可作为数控机床刀库控制的学习参考。 21.张晓芳, 制造业自动化 北大核心 2012年第20期124-127,共4页 摘要： 自动回转刀架可以减少加工误差，缩短辅助时间，是当前经济型数控车床的关键部件。本文研究四工位立式自动回转刀架，从其整体结构、工作原理、主要部件计算、电路控制的硬件设计和软件设计等方面展开。该刀架非常适合市场的需求，对数控车床影响深远，可提高其在制造业的地位。 22.林巨广, 郑彩霞, +2 位作者, 王玉琳, 组合机床与自动化加工技术 2006年第10期 9-11,共3页 摘要： 文章论述了在自动换刀机构设计中，采用了一种数控用的四工位立式自动回转刀架的传动结构，并设计制造了一个自动回转刀架的控制器。传动结构可以实现刀架转体时无需抬起，解决了刀架密封问题。控制器不仅可以独立工作，完成手动换刀，也可以与数控系统配套进行数控系统的换刀。所论述的控制器系统是以ATMEL公司的AT89C51单片机为控制核心，通过两个继电器实现对刀架的正反转控制，并通过限位开关的开关信号来控制电机的停转，同时该控制器选用“8”字管实时显示所选刀位状况。23. a. School of Materials Science and Engineering, Xian University of Technology, Xian, Shaanxi Province, Chinab. School of Mechanical Engineering, Xian Jiaotong University, Xian, Shaanxi Province, China。Measurement 125(2018)，680686A bstract:Reliability of machining system plays an important role in product quality. Although the modern numerical control tools that have their own sensors to do condition monitor, could do a kinds of tasks with high accuracy, but accident defects still are unavoidable and unpredictable, such as deformation in spindle and workpiece due to great force, heat and vibration. It sometimes results in heavy production quality problem, particular for some important parts or components with high precise requirement. To address this diculty, a vision based online monitoring system is proposed. In this system, an object called as “mark” that is set up on the moving com- ponents of the cutter is used to help to locate its position during machining, and a laser is set up and applied to trace the change of position of workpiece center axis. Since the mark always is seen by the camera (optical sensor) in whole cutting procedure, current position of the cutter at any second can be recorded for the mon- itoring purpose. Considering that the path of the mark obtained from the sequences of images should match the desired one in fault-free condition, the accident fault can be recognized by checking their consistency. To de- monstrate the validation, a numerical experiment is carried out for the verication in theory, and a test part is used to validate the proposed approach in practice.初步方案：数控车床自动回转刀架机电系统设计选型包括：刀架结构的选择、电动机的选择、控制方式的选择、控制系统的选择等。（1）刀架结构的选择：数控车床上使用的回转刀架是一种最简单的自动换刀装置。根据加工对象，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装四把、六把或更多刀具，并按数控装置的指令换刀。回转刀架按其工作原理分为机械螺母升降转位、十字槽轮转位、凸台棘爪式、电磁式及液压式等多种工作方式。但其换刀的过程一般均为刀架抬起、刀架转位、