1、毕业论文开题报告 机械设计制造及其自动化 数控凸轮轴磨床进给系统设计 一、 选题的背景和意义 机械制造业是国民经济的基础产业，是支撑整个工业和国民经济发展的基石。 机械制造业作为一个传统的领域已经发展了很多年，虽然积累了不少的理论和实践经验，但是随着社会的发展和人们生活水平的日益提高，自动化的要求也逐渐提高。 数控机床 是机械制造的基本装备，机床的数控化率，已成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志。中国在“十一五”、“十二五”中明确提出，机床的发展目标都是高精度和数控化。 磨床作为精磨机械中不可缺少的机床品种，更是认为磨 床的发展方向是数控化。 第一台数控机床 (数控升降台铣床 )于 1952
2、 年诞生于美国。 随 后日本、德国、前苏联也 都分别 推出了第一台数控机床产品。中国数控机床开发起步并不晚， 1958 年 “ 大跃进 ”中首台数控机床研制成功。然而，由于相关工业基础较差，致使数控机床发展速度缓慢，其中数控磨床尤见落后，产量小，品种更是少得可怜。 我国国产机床数控化程度普遍较低，国内一些著名的机床生产企业年产 4 万多台，然而其中 3 万多台是低档普通车场。从产值上看， 20002005 年我国机床行业数控化率呈现稳步攀升的态势，产值数控化率为 36.3%， 但仍低于同期日本的 88%，韩国的 89%，德国和美国的 75%左右的水平，这意味着我国数控机床的发展空间很大。在“十
3、一五”末国产数控机床占国内需求的比重从现在的不足 40%上升到 50%以上。 随市场经济体制的建立和不断完善，以及企业制度改革的深化，磨床制造企业和其它企业一样，不断加强适应市场的能力。在 “以中国的装备装备中国 ”政策的激励下，磨床生产与市场的需求情况发生很大的变化。近几年来，市场对磨床的需求量不断增长，磨床的产量与销售量也在逐年增长。在国家拉动内需方针指导下，固定资产投资加大，老设备改造和更新加速，给 磨床企业的发展带来了极好的机遇。 1999 年中国市场磨床交易总量达 15,000 台以上， 2001 年磨床交易总量实现 22,000 台以上。数控磨床的交易更有较大幅度的增加，逐渐成为受
4、市场客户青睐的主流产品，平均年递增 36.8%，远远高於磨床交易量年递增率 18.5%。 2001 年数控磨床交易量达到 2,200 台以上，数控磨床交易量占磨床交易量的 10.5%。 2005 年，国内使用的数控磨床将在 15000 台以上 。 磨床行业的发展，生产磨床配套产品的磨料磨具企业，显然不能漠然视之。要认识磨床与磨具1 的相互依存和相辅相成的关系，先进技 术的磨床的最终性能只有采用高质量的磨具才能体现。如果说，早些年国内数控磨床应用量不大，对磨具的需求相对压力较小，但随着数控磨床在国内的普及和发展，这方面的压力将随之增加，对磨具生产企业来说，是一次挑战，当然也是一次发展自己的机遇。
5、 数控磨床的分类和精度等级不相同的。有平面数控磨床、外圆数控磨床、无心磨床，多面磨床等等。按照精度等级不同又可以分为高档型，普及型和经济型。 数控磨床集中有 “精密、高效、柔性、集成 ”的特点。为实现高效常采用高速、强力、深切缓进给及其他深切磨削技术。达到的水平要求：砂轮速度 120 米 /秒 (陶瓷结合剂 CBN 砂轮采用高速尤受青睐 )，生产率 (金属切除率 )：外圆磨床 ；平面磨床 ；多片砂轮磨削 (片数， 5 7 片 )。如湖南大学海捷制造技术有限公司生产的 CNC8312 数控高速凸轮轴磨床，所用 CBN 砂轮速度已达 120m/s。杭州机床厂生产的 HZ-060 数控强力成形磨床，
6、采用强力缓进给技术。咸阳机床厂生产的数控螺旋槽工具磨床采用深切缓进给高速磨削技术 。此外还有一些高精密度的数控磨床，加工精度高如磨外圆的圆度为 0.001mm，圆柱 0.002mm，粗糙度 Ra0.1m左右，也愿意选择进口砂轮，使用放心。高精度数控磨床的特点： 1、高精度； 2、高刚度； 3、高效率； 4、适用范围广； 5、使用方便； 6、环保。 磨床是机床中的精密产品，要生产出精密产品，加大技改力度、攻克关键技术项目是非常必要的。从所收集到的资料来看，大部分企业都有技改的预算，有的已开始实施，但由于各企业的基础、实际情况不同，所以在这方面各企业进展的不平衡 。不管如何，磨床的数控自动化的趋势
7、是一个必然的结果。 二、研究目标与主要内容 （含论文提纲） 研究目标 ： 尽可能减少机床机械化改动，在电气方面用步进电机和单片 机实现自动控制。 主要内容 （含论文提纲）： 第一章绪论 1 设计背景及其意义 2 国内情况 第二章总体方案设定 1 方案的对比 2 设计原理 2 第三章机械部分的计算 第四章数控系统硬件设计 第五章数控系统软件设计 结论 参考文献 感谢 三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等 研究方法、研究手段： 数控凸轮轴磨床的数控改造是拆除原砂轮架进给系统，采用滚珠丝杆传动，由合适型号的步进电动机作为驱动源，通过齿轮降低转数而带动丝杆，再通过丝杆螺母副带动砂轮架作
8、横向移动。为提高机械传动精度，必须严格控制机械传动系 统中的各种间隙，为此，选择单螺母变导程预紧结构方式的滚珠丝杆，双片薄齿轮错齿方式调整间隙与侧隙。数控部分主控机选用 MCS-51 系列单片机中的 8031，选用 2764 程序存储器，选用6264 数据存储器，键盘显示器接口采用 8155 扩展来完成。 四、参考文献 1 杨黎明 .机电一体化系统设计手册 .国防工业出版社 ,1996. 2 杨俊 .机床数控系统课程设计指导书 .中国科学技术出版社 ,1997. 3 濮良贵 .机械设计 .机械工业出版社 ,1998. 4 机床数控系统 .中国科学技术出版社 ,1996. 5 苗 忠，刘贵富 .
9、机械设计课程设计 .蓝天出版社 ,1998. 6 东北工学院编写组 .机械零件设计手册 .冶金工业出版社 ,1995. 7 张新义 .经济型数控机床系统设计 .机械工业出版社 ,1996. 8 张俊生 . 金属切削机床与数控机床 . 机械工业出版社 ,1998. 9 王爱玲等 . 现代数控编程技术及应用 . 国防工业出版社 ,2002. 10 Gavankar p. Obstacles in the true integration of CAD And CAM. IEL, computer integrated manufacturing, 1992. 11 Barber, K. S. A
10、feature-based CAD representation enabling case-based planning across multiple manufacturing applications.IEl, Intelligent Control, 1995. 3 五、研究的整体方案与工作进度安排 （内容、步骤、时间） 实验方案： 机械方案： 从目前国内外数控凸轮磨床结构上来看，可以分为两方面：一类是摇 架式结构；另一类是砂轮架摆动结构。摇架结构机床效率高，但是由于控制复杂，对精度有一定影响。砂轮架摆动结构控制算法简单，有利于提高加工精度，效率低。同时，摆动式结构要求砂轮架惯量小。
11、普通砂轮惯量大，所以不能用普通砂轮架摆动结构，所以得采用摇架式结构。并且，为了减少对机床的改动，减少对机床改进的资费消耗，需要保持原机床的半自动化功能，即一部分系统出现了问题机床还可能使用，以免影响生产。经过仔细思考，确定以下方案： (1)保留原机床的主轴传动系统，摇架等原有结构，只改装横向进给系统。 (2)保留原有的 X， Y 方向的 手动进给部分。 (3)在横向进给系统中，采用滚珠丝杠传动在头端安装旋转编码器，在尾端安装降速齿轮步进电机，实现自动进给运动。 (4)为使机床减少震动，拥有良好的动态响应特性和良好的刚性，采用低摩擦阻力的滚珠丝杠副，并采用摩擦阻力小的滚动导轨副。 电气方案： 数
12、控部分采用 MCS-51 系列的单片机控制。 MCS-51 系列单片机是美国 Intel 公司的产品，它的集成度很高，是集片内存储器、片内输入 /输出部件和 CPU 于一体的优良的单片机系统，在我国已广泛地被应用于普通机床的数控改造。单片机主要有三种型号的产品 :8031、 8051 和 8751。经过比较，采用价格低，功能强，使用灵活等优点的 8031 而且带有有扩展系统的单片机，即采用8031 外接 2764（ ROM）， 6264（ RAM）及 8155（扩展 I /O 口）等芯片扩展成一个比较简单的微机控制系统。 编制的程序可由键盘输入，存入外部 RAM 中，然后可以通过键盘修改程序。
13、 计算机数控系统 装置的硬件组成一般有： CPU 及总线、存储器、输入设备接口、 I O 电路接口、位置控制器、显示设备接口，以及通信网络接口等。 系统中有时钟电路模块，复位电路，数码显示接口电路，光电藕合器等。 六、研究的预期 目标及主要特点及创新点 由于技术，经济，市场，生产上的原因，早在 60 年代已经开始迅速发展，并且有专门从事这种业务的企业。然而我国国产机床数控化程度普遍较低，所以急需要改进。 首先，在技术上，由于传统的普通机床精度低，自动化程度不高，而社会劳动力的不足和生产力的巨大发展，这些都要求制造技术向自动化与精密化前进。采用电子计算机技术，既能帮助机床实现自动化又可以提高其加
14、工精度。 4 然后，在经济上，如果去采购新设备而仍掉旧设备，浪费很大很不经济。而采用改造技术加以现代化，不仅为资金不充沛的小型企业技术改造开创了新路， 而且对实力雄厚的大型企业也有了极大的吸引力。 再次，在市场上，随着产品质量的提高和产品的速度提升，许多国家在设备更新方面需要大量的数控机床，而现有机床工业现状是无法及时提供的。因此，机床改造就成为满足需要的主要补足手段。 最后，在生产上，数控机床一般都是中、小批量生产，而且对于工人技术等级要求低 ，操作简单，方便，生产效率高，加工零件质量好。经数控化改造的磨床，自动化程度高，工人只需手工装卸工件，输入数据后机床即可自动完成全部加工过程，而且精度也提高很多。 磨床是机床中的精密产品，要生产出精密产品，加大技改 力度、攻克关键技术项目是非常必要的。从所收集到的资料看，大部分企业都有 数控化改造 的预算，但由于各企业的基础、实际情况不同，这方面各企业进展的不平衡 。不管如何，磨床的数控自动化的趋势是一个必然的结果。
