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C6132 车床 微机 数控系统 改造 设计 CAD 图纸 PDF

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湖南工学院2011届毕业设计（论文）课题任务书系：机械工程 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师陶卫民学生姓名袁仁炼课题名称用微机数控系统改造C6132型车床的设计内容及任务内容：将C6132车床改造成用MCS51系列单片机控制的经济型数控车床。要求该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。系统分辨率纵向：0.01mm横向：0.005mm。 任务： 机床改造总图； 进给伺服系统的机械装配图； 单片机控制系统电路原理图； 设计计算说明书。拟达到的要求或技术指标(1) 统一要求：按任务书要求完成规定的任务，撰写设计说明书（论文），一律采用计算机编辑。内容包括设计的意义与作用、设计方案选择和计算、主要零件的受力分析和强度校核、经济技术分析等。写出不少于400字的中文摘要；至少翻译一篇本专业外文文献（10000个以上印刷符号），并附译文。需完成不少于3张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的1号图纸，同时至少有折合1号图幅以上的图纸用手工绘制，查阅到10篇以上与题目相关的文献，按要求格式独立撰写不少于12000字的设计说明书。(2) 主要技术参数：最大加工直径：在床面上：320mm；在床鞍上：175mm 最大加工长度： 1000mm快进速度：纵向：2.4m/min；横向：1.2m/min最大进给速度：纵向： 0.8m/min；横向： 0.4m/min代码制：ISO脉冲分配方式：逐点比较法输入方式：增量值，绝对值通用。控制坐标数：2最小指令值： 纵向： 0.01mm/step；横向： 0.005mm/step刀具补偿量：099.99mm进给传动链间隙补偿量：纵向：0.15mm；横向：0.075mm自动升降速性能：有进度安排起止日期工作内容备注2011年1月2011年2月2011年3月2011年4月2011年5月选定课题，调研并收集相关资料，进行设计前的准备工作。 确定整体设计方案，并开始按照整体设计方安进行设计计算。主要是对横向进给系统机械部分的计算和结构的设计。对纵向进给伺服系统机械部分的计算。包括丝杆螺母副和齿轮的计算，电机的选取以及机械部分的计算和结构分析设计。进行微机数控系统硬件电路的设计。包括对芯片的选取和个控制线路的连接，以完成设计任务的要求的技术要求。检查机械和控制部分的设计，并输入电脑进行排版。交排版好的说明书叫老师审查，修改。绘制设计图纸。把绘制好的图纸交有老师检查并修改，完善设计说明书，进行后期工作，完成说明书。打印说明书及设计图纸。主要参考资料1 周鹏翔,刘振魁.工程制图M.高等教育出版社,2000.5 2 唐增宝,刘元俊.机械设计课程设计M华中理工大学出版社,1995.13机械设计手册编写组.机床设计手册2M.机械工业出版社,1980.84机械设计手册编写组.机床设计手册3M.机械工业出,1986.125 东北大学机械零件设计手册编写组.机床零件设计手册第三版M.冶金工业出版社,1994.56 华东纺织工学院,哈尔滨工业大学,天津大学.机床设计图册M.上海科学技术出版社,1979.67 雷晓玲.综合作业指导书M.机械工业出版社,2000.118 石光源,周积义,彭福荫.机械制图M.高等教育出版社,1988.49 张建钢,胡大泽.数控技术M.华中科技大学出版社, 2000.810顾维邦.金属切削机床概论M.机械工业出版社,1997.611 林俊主编, 机床数控系统课程设计指导书M. 中国科学技术出版社,1991, 9.教研室意见年 月 日系主管领导意见年 月 日3 2011 届毕业设计 材 料 系 、 部： 机械工程系 学生姓名： 袁仁炼 指导教师： 陶卫民 职 称： 副教授 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机本0704班 学 号： 214070420 2011 年 5 月湖南工学院2011届毕业设计(论文)工作中期检查表题目用微机数控系统改造C6132型车床的设计学生姓名袁仁炼班级学号机本0704班214070420专业机械设计制造及其自动化指导教师填写学生开题情况学生调研及查阅文献情况毕业设计（论文）原计划有无调整学生是否按计划执行工作进度学生是否能独立完成工作任务学生的英文翻译情况学生每周接受指导的次数及时间毕业设计（论文）过程检查记录情况学生的工作态度在相应选项划“”认真一般较差尚存在的问题及采取的措施：指导教师签字： 年 月 日系部意见： 负责人签字：年 月 日湖南工学院2011届毕业设计(论文)开题报告 题目用微机数控系统改造C6132型车床的设计学生姓名袁仁炼班级学号机本0704班214070420专业机械设计制造及其自动化文献综述 目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。而机床数控改造有以下意义： 1）节省资金。 机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。 2）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。 3） 提高生产效率。 机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 十几年来，随着科学技术的发展，经济型数控技术也在不断进步，数控系统产品不断改进完善，并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。对于原有老的经济型数控车床，特别是80年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向和横向移动，能加工出内外圆柱面，圆锥面，端面，螺纹面等，借助于成型刀具，还能加工各种回转表面。普通车床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杆带动纵溜板、横溜板的移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作，刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进进给系统改造成为微机控制的，能独立运动的进给系统，刀架改造为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于切削过程中切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动运行，调节和更换，再加上纵向和横向联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复查的回转零件，并能实现多工序自动加工车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适合小批量多品种复查零件的加工。C6132车床改造属于经济型数控车床的改造，主要针对进给系统进行数控化改造，利用数控系统对纵、横向进给系统进行开环控制，驱动元件采用步进电动机，车床通过步进电动机带动滚珠丝杠转动。数控化改造提高了原机床的生产速度，降低了劳动强度，同时缩短了生产周期，提高了产品质量和生产率。 经数控化改造后的优越性(1)数控化改造提高了加工精度和生产率。 (2)数控化改造提高了机床的性能和质量，加工出原机床难以加工或者不能加工的复杂轴类零件。 (3)机床数控化改造后可以实现加工的柔性自动化，效率可比原机床提高3倍。(4)机床数控化改造后拥有自动报警、车床自动监控、自动补偿等多种自检功能，更好地调节了机床加工状态，还可以提示操作者机床摇臂钻床故障或编程错误等机床运行中出现的问题。 C6132车床总体改造方案为：增配车床数控系统，更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动，采用步进电动机驱动进给轴运动，加装编码器，配置自动回转刀架实现自动换刀功能。具体的改造主要从数控系统的选择，机械结构的改造设计、自动回转刀架的选择设计、编码盘的选用和安装、电气系统的改造设计、车床液压系统的清洁与维护等几个方面来进行，通过改造使其具有数控机床的一般特性。总体设计方案的确定 本设计属经济型数控化改造，基本原则是在满足使用要求的前提下，对车的改动尽可能少，总体方案如下： （1）数控系统选用连续控制系统，普通车床数控化改造后应具有定位，纵向和横向的直线插补及圆弧插补功能，还要能暂停，进行循环加工和螺纹加工等。 （2）进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。车床数控化改造设计后属于经济型数控车床，在保证一定加工精度的前提下，既简化了结构又降低了成本。 （3）选择MCS-51系列单片机扩展系统，根据普通车床最在加工尺寸，加工精度，控制速度以及经济性要求，经济型数控改造一般采用8位微机。在8位微机中，MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能价格比。 （4）根据系统的功能要求，微机数控系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O接口电路；包括输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床加工状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应包括螺纹加工中用到的光电脉冲编码器和其它辅助电路。 （5）设计自动回转刀架其控制电路。 （6）纵向进给机构的改造：由于用步进电机作驱动元件，所以要拆除原车床上的进给箱、溜板箱、刀架光杆、操作杆等，用滚珠丝杆螺母副代替原梯形螺纹丝杆螺母副。滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置上，两端采用推力球轴承和深沟球轴承定位，减速机构的固定仍采用原方式。由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠，使纵向进给整体刚度增加。齿轮箱固定在尾座端床身上。 （7）横向进给机构保留手动机构，用于微进给及手动操作，原来支承结构也保留，步进电机及减速箱体安装在车床的后侧。溜板箱上安装了纵、横向快速进给按钮和急停开关，以适应机床调整时的操作需要和意外情况时紧急停车。 （8）纵向进给机构采用一级齿轮减速，而横向进给机构为了便于电机的安装而采用两级齿轮减速，两者均采用双片齿轮消除间隙。 （9）主轴系统保留原车床主轴部件，但在主轴上另外安装主轴脉冲编码器，以便于实现螺纹加工。 方案如下： （1）纵向、横向进给机构的改造：用步进电机作驱动元件，拆除原车床上的进给箱、溜板箱、刀架、光杆、操作杆等，用滚珠丝杆螺母副代替原梯形螺纹丝杆螺母副。 （2）在主轴上另外安装主轴脉冲编码器，以便于实现螺纹加工。 （3）选择MCS-51系列单片机扩展系统，根据普通车床最在加工尺寸，加工精度，控制速度以及经济性要求，经济型数控改造一般采用8位微机。在8位微机中，MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能价格比。 （4）根据系统的功能要求，微机数控系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O接口电路；包括输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床加工状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路。系统中还应有螺纹加工中用到的光电脉冲编码器。工作进度及具体安排2011年1月至2月 调研并收集相关资料，确定整体设计方案；2011年3月至4月 开始按设计方案进行计算部分的设计；并设计相关图纸；2011年5月 把设计内容整理成册交给指导老师指出错误，并作相应修改；指导教师批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日注：可另附A4纸 湖南工学院2011届毕业设计（论文）指导教师评阅表系： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化学生姓名袁仁炼学 号214070420班 级机本0704专 业机械设计制造及其自动化指导教师姓 名陶卫民课题名称用微机数控系统改造C6132型车床的设计是否同意参加答辩：是 否指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日湖南工学院2011届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表系：机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名袁仁炼学号214070420班级机本0704班答辩日期2011.6课题名称用微机数控系统改造C6132型车床的设计指导教师陶卫民成 绩 评 定分值评 定小计课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。必答题40自由提问30合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩a： 40指导教师评分分值：指导教师评定成绩b： 40评阅教师评分分值：评阅教师评定成绩c： 20最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日说明：最终评定成绩a+b+c，三个成绩的百分比由各系自己确定，但应控制在给定标准的10左右。湖南工学院毕业设计（论文）答辩资格审查表题 目用微机数控系统改造C6132型车床的设计学生姓名袁仁炼学 号214070420专 业机械设计制造及其自动化指导教师陶卫民研究步骤：1、 熟悉相关文件：1）熟悉设计任务书；2)收集必要的设计原始资料。2、 开题报告、文献综述、外文翻译各约2000字。3、 通过导师的指导，并参考指定的参考书目、补充教材等，从而掌握毕业设计的基本方法和技能。4、 拟出设计方案。5、 编制设计说明书。研究的主要内容和任务：1）内容：将C6132车床改造成用MCS51系列单片机控制的经济型数控车床。要求该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。系统分辨率纵向：0.01mm横向：0.005mm。2)任务： 机床改造总图； 进给伺服系统的机械装配图； 单片机控制系统电路原理图； 设计计算说明书。创新点：C6132车床改造属于经济型数控车床的改造，主要针对进给系统进行数控化改造，利用数控系统对纵、横向进给系统进行开环控制，驱动元件采用步进电动机，车床通过步进电动机带动滚珠丝杠转动。它提高了原机床的生产速度，降低了劳动强度，同时缩短了生产周期，也提高了产品质量和生产率。非常适用于加工中小批量、精度要求高的产品。 申请人签名：袁仁炼 日期：2011年5月30日资 格 审 查 项 目是否01工作量是否达到所规定要求02文档资料是否齐全（任务书、开题报告、外文资料翻译、定稿论文及其相关附件资料等）03是否完成任务书规定的任务04完成的成果是否达到验收要求05是否剽窃他人成果或者直接照抄他人设计（论文） 指导教师签名： 毕业设计（论文）答辩资格审查小组意见：符合答辩资格，同意答辩 不符合答辩资格，不同意答辩审查小组成员签名： 年 月 日注：此表中内容综述由学生填写，资格审查项目由指导教师填写。湖南工学院2011届毕业设计（论文）评阅评语表题目用微机数控系统改造C6132型车床的设计学生姓名袁仁炼班级学号机本0704班2140070420专业机械设计制造及其自动化评阅教师姓名职称工作单位评分内容具 体 要 求总分评分开题情况调研论证能独立查阅文献资料及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。10外文翻译摘要及外文资料翻译准确，文字流畅，符合规定内容及字数要求。10设计质量论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理。35创新工作中有创新意识，有重大改进或独特见解，有一定实用价值。10撰写质量结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，符合规定字数要求。15综合能力能综合运用所学知识和技能发现与解决实际问题。20总评分评阅教师评阅意见评阅成绩总评分20%评阅教师签名日期材料制备机械设计理论中的新趋势和新问题王艾伦,段吉安,黄明辉,钟 掘(中南大学机电工程学院,湖南长沙 410083)摘 要: 在全面综述材料制备机械技术及设备发展动态的基础上,提出了研究领域的几个新问题和发展方向,如通过集成和融合现代相关前沿科学和技术，生产具有超常和特殊性能的新概念材料等,并进行了简要分析和讨论.关键词: 界面;超常物理场;制备机械;功能材料1机械材料加工的时代背景在人类进步的一段长时间范围内，许多工具、机械和方法被提出来；不同的原料用不同的工具来加工。原料及其处理过程已经变成了推动人类进步不可缺的一部份。在当前世界中日益激烈的竞争和人们追求幸福生活的今天，物质的功能已经远远超出了人类现有的并不断增长的知识及想象。例如：神秘原料功能，半导体材料，原料能量有吸力的材料，在航空领域中占有70%份额的强力铝合金45um的薄金属片，用各向异性深冲压金属板在1%以下；电子铝箔与强耐热铝合金已经被应用到航空、宇宙及深海领域中，等等；在原料加工加工领域中不同的时间段里，材料重要发展趋势就这样形成了： （1）在特殊的物理领域里制造原料加工机械，是为了能有特殊的质地结构和辅助性的加工功能。例如：运用热能和机械能能够突破科学技术的极限，将一些不常用的能量，例如：微波、化学能、生物能等等，一个接一个的被引入到材料加工中来，因此一些加工特殊能量原材料的加工设备就被制造出来了。 （2）突破传统的物质限制，将溶化、凝固、造型一体化，然后加热得到具有特殊功能的原料，这样就可以降低加工费用。例如：材料加工整形技术，比如像快速翻滚，喷雾处理、塑胶成型、喷射造型法、高能量射束等等被应用。 （3）原料加工处理正在向高速、重载和高精度在线控制方向上迈进。例如：轧制速度达到130m/s，压力变形已达到300MPa，尺寸精度达到了0.1um，成型精度已达到0.1i；浓度精度已达到0.1MPa。由于这些原因，原料加工机械设备设计理论将科学与技术相关联的领域有机的结合起来设计生产一中新概念材料加工设备是可能的。2对于新概念材料加工设备的期望功能 （1）要有能力生产具有特殊物质的领域；能传送那些对于新概念材料加工在特定的物质环境下是非常必要的特殊能流。例如：在高温环境下能使那些高温波或者脉冲以超过104106K/s的速度冷却下来；将外表面的凝固、变形合成一体，然后在将超强接触面应力重新组合成新的分界面；融化的大金属薄片的湍流；随机的低频率磁场用于金属末加热的微波、用于大量凝固的超声波等等都已经被应用了。 （2）有能力在临界状态下工作，因此高稳定性和理想性能的处理设备是在加强技术条件和室外操作的保证。例如：禁止在润滑状态下边界上的摇晃；在特有的摩擦状态下的抗震能力；有韧性的连接管的合力稳定性和干扰稳定性与轴相比更易驱动系统。 （3）有能力精确的控制原料加工而获得低损耗、高功率、高性能的原料加工。例如：精确的在线监测产品成型；在线监测和在线调整产品品质和器具还有在线控制金属、塑胶成型的程序。产品的精确度指数可以列举如下：宏观上精确度可达到0.1um，微观上的晶状体结构非常均匀，浓度误差在0.1MPa 。简而言之，拥有特别功能的新概念原料加工设备应该被设计和生产出来。这样的话，那些特别性能的原料就能被处理加工了。3在特殊的物理领域和环境下金属材料加工设备的问题和需要学习的内容由于这些原因和以上提到的背景，如下的一些新的研究主题应该被改进：3.1 连接传热装置和温度应力场的相界面当融化金属处于液体和固体的临界状态时通过连续的变形和快速凝固，一种全新的微观结构可以被获得。在这个非常时刻，高浓度的热流和动态的热阻力在材料加工处理中成了主要事项。关于设计这个设备的基本理论问题是要学习核心传动系统合能量转化和建立数学模型。3.2 材料加工设备表面粘流摩擦力的抑制操作装置和工件的连接是相当复杂的因为粘流阻挡了加工表面界面态由周转速度、热力学处理工作量、操作装置的弹性、工件的可塑性、滑性界面的动态行为、局部水力的润滑油等等来决定。它们影响着材料加工设备抗摩擦装置的成型。因为它们会会强制其产生很大的非线性，这种强制会在瞬间被损坏或者是失谐，最后会导致动态不稳定性。因此提出了以下的问题：机械装置的噪声可能在晃动的界面引起滑动摩擦、不稳定状态；在高速、重载和边界润滑状态下在光滑表面和旋转式喷灌器之间的装置抑制。润滑油薄膜吸收装置和不断再生的表面的物理化学行为；流变学的特征和操作参数之间的关系。3.3 在高压场条件下非线性接触式机械装置在大范围内组建一个超强力压力场是材料加工设备的一个基本功能。当然形成一个大结构的元素也是可能的（例如太空船、大陆洲际间的交通工具、汽车、飞机）。组建一个超强压力场是最重要的特征之一，也是保卫国家独立最基本的装备。在强压力场环境下，接触式和非线性摩擦将会产生；因此将会导致局部的永久的变形和不好的因素。在强压力场下设计过程中，将会涉及到设备的设计新理论，例如：非接触式、非线性摩擦机构。3.4 负荷分配规律关于超静定结构，抑制点的负荷分配规律由相容性条件决定。虽然，关于那些大尺寸的、不定的、静止的结构在真实空间中是自由变化的，但负荷分配规律是不能决定相容性条件。因此新的基础理论由分析接触行为和变形装置获得（例如：摩擦力、变形相容性条件，等等）。3.5 耦合装置和在材料加工系统中物理领域内的稳定性随着系统的功能越来越多元化；许多限制材料加工进度的传统技术正在不断的被改善；系统结构也逐渐变得越来越复杂，系统性能变得越来越好。例如：钢扎厂的快速瞬间反转受弹性形变、粘流、散热处理、水动力润滑处理的，物理化学分子状态的影响。另外，机电的耦合在处理系统中已经超出了传统的概念；例如，一些奇特的现象（微小的变化可以引起很大的变化）已经出现；因此，滚筒操作的不稳定性可能会导致混乱。所以，这个主题将会在机械装置的物理领域中，在处理系统稳定性的影响和加工助剂质量上被提及和充分关注；3.6 技术综合和合并精准的控制在特定的物理条件下进行操作的材料加工设备是一个相当复杂系统，一些系统的参数在领域的边界上也是可以改变的；因此在领域环境下精确的控制与调整，调和尺寸，能量转换，信息传递，界面耦合等等是非常重要的。因为在控制模型中多种交互作用的存在，根据退耦控制模型而建立综合框架是必要的；精确的控制基于综合技术。3.7 优化的和创新的设计基于创新的知识材料加工技术能促进产品的设计质量的提高。最优化的材料加工技术和材料加工设备意味着实现实质的仿真通过类似的设计和一致的设计是我们学习的主题。3.8 在特殊的领域里机械装置的特殊功能和应用一些重要的元素和部分在材料加工设备中常常在强力场、温度场、电磁场和流场中工作，有建造特别物理界面的功能；虽然对那些普通单一的物质象金属、陶瓷等拥有单一的高指数和卓越的总质量是很困难的。因此我们需要在重要部位采用具有新功能的原料；例如：尺度功能有倾向的材料是想当可贵的。由于这些原因，学习基本法律和以上提到的具有这些功能的机械装置；例如：强调分配功能、破坏机理和在特定领域中的设计标准，静态（动态）的硬度和阻尼，模糊设计和明朗设计处理系统构成了有斜度的材料，等等。今天，材料加工科学和技术正在快速的向前发展；把学习的目标瞄准材料加工设备的技术问题将会为21世纪的制造业提供技术支持。 New Trends and Problems in Material Processing Machine Design Theory WANG Ai-lun ,DUAN Ji-an ,HUANG Ming-hui ,ZHONG Jue (College of Mechanical & Electronic Engineering , Central South University ,Changsha 410083 ,Hunan China) Abstract : Based on reviewing the historical background, prospecting for the development trend ,analyzing the complicacy and mechanism and summing up some achievements and experiences in scientific research , several new problems and the possible direction of development in material processing technology and machine are proposed ,such as ,producing new concept materials possessing some specific and extraovdinary properties by means of integrating and coalescing conelative frontier science and technology ;and thereafter a brief discussion is given. Keywords: interface; extraordinary physical field; procession machine ; function material 1 The Time Background of Material Processing Machine In the long span of history of human progress ,many tools ,machines and methods were created and a variety of materials with different properties were processed. Materials and its processing have become one of pillar and driving force of mankind progress. In pace with multi - polar competition in current world and peoples striving perseveringly for happier life ,material function goes beyond unceasingly mens knowledge and imagination ,for example ,cryptic function material ,semiconductor material ,energy material ,vibration - absorptive material , super - strength aluminum alloy accounting for 70 percent of application of aeronautics and space ,metal foil of 45m ,deep drawing plate with anisotropy below 1 percent ,electronic aluminum foil with micro - orientation up to 95 percent ,heat resisting aluminum alloy with super strong specific strength used in aeronautics ,space and deep sea ,etc. Thus several important development trends with distinct time features in material processing domain are shaped up as follows : (1) Creating material processing machine with extraordinary physical field for processing material with special texture structures and functions. For example ,applications of thermal energy and mechanical energy are breaking through unceasingly technology limit ,and some non - tradition energy ,such as microwave ,chemical energy , bioenergy , etc. , are introduced into material processing procedure one after another ,so that some material processing machines with extraordinary energy circumstance are produced. (2) Breaking through traditional physical limits and integrating melting ,solidifying ,plastic deformation and heat treatment to obtain special function of material and cut down expenses3 . For example ,near - net shaping material processing technology , such as fast rolling , spraying deposition ,over - plastic molding , injection molding , high energy beam ,etc ,is applied. (3) Material processing process is forged ahead in the direction of high speed ,heavy - duty and high accuracy online control ,for instance , the rolling speed goes up to 130 m s - 1 ,the deformation pressure rises up to 300 MPa ,accuracy of dimension up to 0.1m ,accuracy of shape up to 0. 1 I ,strength accuracy comes up to 0.1 MPa. For these reasons ,it is necessary for material processing machine design theory to integrate and coalesce ingeniously correlative frontier science and technology to create and produce some new concept material processing machine with following functions. 2 Due Functions of New Concept Material Processing Machine (1) To have the ability to produce and bear extraordinary physical field and transmit extraordinary energy flow with the aim of providing extraordinary physical circumstances necessary for new concept material processing. For example ,high gradient temperature field with the speed of cool - down of work interface which exceeds 104106 K s - 1 , line wave and pulse complex exerted in solidifying - deforming area , super - strength contact stress field of material forming interface ,turbulent flow field of molten metal with very big flakiness ratio ,low frequency magnetic field with random frequency ,microwave field for powder metal heating ,ultrasonic field for large volume solidifying ,etc. 4 ,are applied. (2) To have the ability to work in critical state so that high stability and ideal performance of processing machine is ensured under the circumstance of reinforced technological condition and multi - field coupling operation. For example ,chatter suppressing capability of fast ultra - thin rolling under the condition of boundary lubricating state5 ,the capability of self - excited vibration suppressing under the condition of special friction state ,synergism stability and disturbance stability of flexible connecting parallel shaft with multi - driving system ,etc. 4 ,are ensured. (3) To have the ability to accurately control the material processing in order to obtain low loss ,high efficiency and high quality of material processing. For example , super - high accuracy on - line monitor of products form ,on line monitor and on - line adjustment of products texture and properties ,precision coordination control of multi - procedure , on - line monitor of micro - orientation of metal plastic deformation ,etc. 4 ,are ensured. Some products accuracy index may be enumerated as follows : dimensional accuracy coming to 0.1m , microstructure uniformity to crystal lattice ,strength error to 0.1 MPa ,etc. 4 In short ,only by new concept material processing machine with extraordinary function being designed and made , can special function material be processed. 3 Science Problems and Study Contents of Metal Material Processing Machine Under the Circumstance of Extraordinary Physical Field In view of these facts and background mentioned above ,several new research topics can be advanced as follows. 3. 1 Coupling Heat Transfer Mechanism of Multi - Phase Interface Temperature - Stress Field A brand - new microstructure can be obtained through continuously large deformation and fast solidifying when melting metal is in critical state of liquid solid. At this very moment ,high density heat flow and dynamic heat resistance are present in material processing circumstance . A basic theory problem of designing this kind of machine is to study mechanism of heat transmittance and energy conversion ,and to establish mathematical model . 3. 2 Friction Constraint Mechanism of Plastic Flow Interface of Material Processing Machine The coupling between operation mechanism and workpiece is very complicated because plastic flow is present in processing interface. The interface state , determined by velocity , load thermodynamic process , elasticity of operation mechanism ,plasticity of workpiece ,dynamic behaviour of interface sticking - sliding and partial hydrodynamic lubrication ,etc ,affect and form friction constraints mechanism peculiar to material processing machine ,because these constraints present strong non - linearity ;and under certain circumstances ,the constraints may be destroyed or mismatched instantaneously and thus dynamic instability is resulted in. Thus following problems can be put forward : Mechanism of“spectre chatter”arose from sticking - sliding friction and partial hydrodynamic lubrication in rolling interface , instability condition and mechanism of constraint between smooth surface and rotating body under the circumstance of high speed ,heavy - duty and boundary lubrication , Lubrication film absorption mechanism and physical chemistry behaviour of interface of unceasingly regenerative surface ,the relationship between rheological characteristic and machine operation parameters. 3. 3 Multi - Body Non - Linear Contact Mechanism Under the Condition of Extra - High Pressure Field To build the super strength pressure field on large area is one of basic function of material processing machine , and it is also necessary to form by once large - size structure element (such as spacecraft , intercontinental vehicles ,car and large - scale aeroplane etc) . The ability to build super strong pressure field is one of important feature and the base of independent national defense. Under the circumstance of super strength pressure field ,multi - body strong nonhertz contact and non - linear friction will be produced ,thus local permanent deformation and degrading of element accuracy may be led. New theory foundation of design of machine with super strength pressure field will be furnished through study of multi - body strong non - hertz contact mechanism , multi - body non - linear friction mechanism (such as providing force - displacement mixed solving process of three - dimension multi - body) . 3. 4 Load Distribution Law in Multi - Sliding Pair With Structure Bias Load With regard to statically indeterminate structure ,load distribution of constraint point is determined by deformation compatibility condition. However ,concerning some plane large - size statically indeterminate structure with sliding degree of freedom in third dimension ,load distribution can not be determined by deformation compatibility condition. Thus new theory basis will be provided by analyzing of contact behaviour and mechanism of sliding pair (such as creep ,force of friction ,integral deformation compatibility condition ,etc) . 3. 5 Coupling Mechanism and Stability of Multi - Physical Fields in Material Processing Systems In the wake of system function becoming more and more diversified , conventional technology limits in material processing machine is being broke through unceasingly ,system structure also becomes increasingly complicated ,and system performance becomes increasingly multi - causal . For example ,any instantaneous state of roller in fast rolling mills is affected by elastic deformation ,plastic flow ,heat transfer process , hydro - dynamic lubrication process ,interface physical chemistry molecular state and so on . In addition ,electromechanical coupling in processing system have already gone beyond conventional concept ,for instance ,some singular point phenomenon (such as micro - variable can be transformed into macro - variable) ,are present ,thus roller operation instability may be led by perturbation8 . Therefore ,this subject will study the interaction mechanism of multi - physical field and the influence on processing system stability and processing material quality started with analysis of micro - state of executive body. 3. 6 Multi - Technology Integration and Coalescence of Accurate Control The material processing machine ,which operate under the circumstance of extraordinary physical field ,is a complicated large - scale system ,and some parameters of the system vary on feasible field boundary ;thereby ,to keep under accurate control and adjustment of multi field circumstance ,multi - dimension coordination ,multi - energy conversion , multi - level information transfer ,interface multi - process coupling ,etc. is of much significance. Since a variety of multi - interaction exists in control model ,it is necessary to establish int