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加工
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加工中心主轴组件监控系统的设计,加工,中心,主轴,组件,监控,系统,设计
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毕 业 论 文 设 计 开 题 报 告题 目 加工中心主轴组件监控系统的设计 学生姓名 张少仙 学号 051541059 所在院(系) 机械工程学院 专业班级 机自052 指导教师 黄崇莉 2009 年 04 月 20 日题 目 加工中心主轴组件监控系统的设计 一、选题的目的及研究意义制造全球化、市场竞争白热化是当今制造业的一个发展趋势和特点。而加工中心是一种加工精度高、自动化程度高的机床，它具有高效率、高质量、柔性好等诸多特点，适合目前制造行业的自动加工生产的需要。加工中心主轴组件是加工中心的重要组成部分，对加工中心主轴组件的监控也是为了通过更直观的方式来对其加工状态更有效的进行检测，从而更好的实现加工中心高效率、高质量、柔性好的要要求。加工中心主轴组件的运行状态的好坏直接影响到机床的加工精度，所以为了迎合目前制造加工行业的状况，对主轴运行状态的监控就显得尤为重要。因此，根据现在制造行业的要求，设计一种适用于其需求的加工中心主轴组件监控系统有重要的现实意义。 二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等加工中心（CNC MACHINING CENTER）又称多工序自动换刀数控机床，是当今世界上产量最大，在现代机械制造业最广泛使用的一种功能较全的金属切削加工设备。加工中心综合了现代控制技术、计算机应用技术、精密测量技术以及机床设计与制造等方面的最新成就，具有较高的科技含量。与普通机床相比，他简化了机械结构，加强了数字控制化功能，成为众多数控加工设备的典型。加工中心集中了金属切削设备的优势，具备多种工艺手段，能实现工件一次装卡后的铣、镗、钻。铰、攻螺纹等总和加工，对中等加工难度的批量工件，其生产率是普通设备的5-10倍。加工中心对形状较复杂，精度要求高的单件加工或中小批量生产更为实用。而且还节省工装，调换工艺时能体现出相对的柔性。加工中心控制系统功能较多，机床运动至少用三个运动坐标轴，多的达十几个轴。其控制功能最少要两轴联动控制，以实现刀具运动直线插补和圆弧插补，多的可进行五轴联动、六轴联动，完成更复杂曲面的加工。加工中心还具有各种辅助机能，如：加工固定循环、刀具半径自动补偿、刀具长度自动补偿、刀具破损报警、刀具寿命管理、过载吵程自动保护、丝杠螺距误差补偿、丝杠间隙补偿、故障自动诊断、工件与加工过程图形显示、人机对话、工件在线监测、离线编程等，这些对提高设备的加工效率，保证产品得加工精度和质量等都起到保护作用。加工中心的突出特征是设置有刀库，刀库中存放着各种刀具或检具，在加工过程中由程序自动选用和更换，这是他与数控铣床、数控镗床的主要区别。加工中心在机械制造领域承担精密、复杂的多任务加工，按给定的工艺指令自动加工出所需几何形状的工件，完成大量人工直接操作普通设备所不能胜任的加工工作，现代化机械制造工厂已经离不开加工中心。加工中心既可以单机使用，也能在计算机辅助控制下多台同时使用，构成柔性生产线，还可以与工业机器人、立体仓库等组合成无人化工厂。随着21世纪现代化制造业的技术发展，机械加工的工艺与设备在数字化基础上正向智能化、信息化、网络化方向迈进，而作为前沿工艺装备的先进数控设备大量取代传统机加工设备将是必然趋势，加工中心当属是重要的成员。三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明，论文要写出相应的写作提纲加工中心主轴监测主要的问题：主轴运动对工件的精度有直接的影响，所以了解主轴运动中的转速、振动情况，齿轮和轴承的受热变形等状况从而确保被加工工件的精度。解决问题的思路：选好加工中心的主轴型号，画出主轴装配图，根据主轴装配图的集体情况安装好所选取的转速、振动等传感器，通过传感器所采集的电压、电流等虚拟信号经过放大器、滤波器、C/D转换器的转换在CPU中显示出具体的数字信号，从而实现对加工中心主轴的监测。具体方法：1.传感器的选用：这次监控系统的设计主要是从主轴的转速、主轴运动的中心轨迹以及对齿轮传动时的径向跳动的监测。主轴转速的检测所选用的传感器为MKI15-1型磁电式传感器，它所具有的特点是测量范围广、测量精度高、稳定性好以及它内部含有磁电干扰滤波器所以它的抗干扰性能好。主轴运动轴心轨迹的监测所选用的是，电涡流式M307997传感器，它的工作原理是，前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流。其工作过程是：当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压（电流）变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。在监测齿轮传动时齿轮的径向跳动所选用的传感器是，KMZ10B传感器。它的用途：用于旋转方向测量和标志检测等领域。传感器模块电路由一个磁阻传感器、一个永久磁铁和一个信号调节电路组成。模块电路产生一个数字输出信号，电路有短路保护功能。2.C/D转换器的选用:ADC0804转换器：ADC0804转换器引脚引脚功能及应用特性如下：CS 、RD 、WR （引脚1、2、3）：是数字控制输入端，满足标准TTL 逻辑电平。其中CS 和WR 用来控制A/D 转换的启动信号。CS 、RD 用来读A/D 转换的结果，当它们同时为低电平时，输出数据锁存器DB0DB7 各端上出现8 位并行二进制数码。CLKI（引脚4）和CLKR（引脚19）：ADC08010805 片内有时钟电路，只要在外部“CLKI”和“CLKR”两端外接一对电阻电容即可产生A/D 转换所要求的时钟，其振荡频率为fCLK1/1.1RC。其典型应用参数为：R=10K，C=150PF，fCLK640KHZ，转换速度为100。若采用外部时钟，则外部fCLK从CLKI 端送入，此时不接R、C。允许的时钟频率范围为100KHZ1460KHZ。INTR （引脚5）： INTR 是转换结束信号输出端，输出跳转为低电平表示本次转换已经完成，可作为微处理器的中断或查询信号。如果将CS 和WR 端与INTR 端相连，则ADC0804 就处于自动循环转换状态。解决问题方案的总体过程：画好加工中心主轴，确定传感器的安装方法和安装位置，然后确定传感器和C/D转换器的连接方法最后和计算机连接。具体的监控系统的过程是，传感器对加工中心主轴组件运动所反映出来的转速、轴心轨迹和传动的径向跳动的电压电流等虚拟信号的采集，通过C/D转换器转换成能被计算机识别的数字信号从而在计算机上以波形图像的形式表现出来，以实现对主轴组件的监。 四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明1. 霍孟友著单片机原理与运用北京：机械工业出版社，20042. 徐淑华，程退安，姚万生著单片微型机原理与应用哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，19973. 张洪洞，蓝清华著单片机应用技术教程北京：清华大学出版社，19974. 张俊生著金属切削机床与数控机床北京：机械工业出版社，19945. 李福生著实用数控机床技术手册北京：北京出版社，19936. 机电一体化技术应用实例编委会机电一体化技术应用实例北京：机械工业出版社，19877. 加工中心应用与维修编委会加工中心应用与维修北京：机械工业出版社，19928. 李斌，李培根中国制造业信息化武汉，200279. 刘雄伟等数控加工理论与编程技术北京：机械工业出版社，199410. 李福生主编数控机床加工手册北京：北京出版社，199311. 夏丽英，史新民主编数控加工技术北京：电子工业出版社，2002五、毕业论文（设计）进程安排第2-3周：接受题目、查找资料、完成毕业设计开题报告；第3-6周：分析加工过程中主轴的受力特点和主轴的结构尺寸及相关参数的变化，确定车窗主轴状态的描述方法，画出车床主轴监控系统结构示意图，从而确定监控方案；第6-8周：选择车床主轴各个被测参数传感器、传感器在主轴检测部位的确定和安装、传感器采集电路的设计计算、画出传感器安装图和采集电路图；第8-11周：进行控制系统的设计：包括控制系统微机的选择；传感器与微机接口电路的设计；隔离电路、报警电路、运行指示电路等的设计；利用虚拟
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