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本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論 文 題 目: CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計學(xué) 院 : 機 械 工 程 學(xué)院 專 業(yè) 、班 級: 學(xué) 生 姓 名 : 指導(dǎo)教師(職稱):
畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié),又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
(設(shè)計)的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化,特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文(設(shè)計)題目及研究領(lǐng)域;
2. 論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值;
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容1.重點解決的問題;
2. 擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路);
3. 本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果。三、論文(設(shè)計)工作安排
1. 擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù));
2. 論文(設(shè)計)進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻資料,并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合,形成文獻綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面,要求思路清晰,文理通順, 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文(設(shè)計)工作開始后的前四周內(nèi)完成;
2. 開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過;
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生,須重做或補做合格后,方能繼續(xù)論文(設(shè)計)工作,否則不允許參加答辯;
4. 開題報告通過后,原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師;
5. 開題報告的內(nèi)容,要求打印并裝訂成冊(部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上,但封面需按統(tǒng)一格式打印)。
一、選題依據(jù)
1.論文(設(shè)計)題目
CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計2.研究領(lǐng)域
機械設(shè)計與裝備制造
3. 論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值
制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱,其發(fā)展水平標(biāo)志著該國或地區(qū)經(jīng)濟的實力,科技水平,生活水準(zhǔn)和國防實力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產(chǎn)能力及機械制造裝備的競爭。
工業(yè)發(fā)達國家都非常注重機械制造業(yè)的發(fā)展,為了用先進技術(shù)和工藝裝備制造業(yè),機械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展,機床產(chǎn)業(yè)是機械制造裝備的主體與基礎(chǔ)。為了追求更好的制造效率與加工精度,機床向數(shù)控自動化方向蓬勃發(fā)展,進展顯著。
數(shù)控機床是多品種小批量生產(chǎn)的高效自動化的技術(shù)群,它是把多工序加工、切削處理、刀具磨損和測量等各種功能集為一體的自動化機床。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展, 數(shù)控機床已是衡量一個國家機械制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志。各種數(shù)控機床已經(jīng)進入實用化階段,成為生產(chǎn)市場的主力軍。在各種數(shù)控機床中,對數(shù)控機床來說,無論是它的開發(fā)應(yīng)用到應(yīng)用,還是其在使用上的優(yōu)良性能上,實現(xiàn)了高可靠性、高速度和高效率。
目前數(shù)控車床向數(shù)控車削中心發(fā)展,而其中數(shù)控車床與數(shù)控車削中心的一個重要組成部分是數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架:
(1) 數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的工作質(zhì)量直接影響到數(shù)控機床尤其是加工中心的工作質(zhì)量。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的工作質(zhì)量主要表現(xiàn)在換刀時間和故障率。加工中心的故障率有 50% 以上與自動換刀裝置有關(guān),自動換刀裝置的投資常常占到整臺機床的 30%—50%[1]。所以,設(shè)計制造一個優(yōu)良的轉(zhuǎn)塔刀架對于制造裝備產(chǎn)業(yè)有著重要意義。
(2) 目前,在世界機床制造和機械加工領(lǐng)域,復(fù)合加工技術(shù)是處于領(lǐng)先地位的技術(shù)。所謂的復(fù)合加工技術(shù),即是在一臺設(shè)備上完成車、銑、鉆、攻絲、擴孔等多種加工要求,其主要的優(yōu)點就是減少加工時間,減少輔助時間,以提高生產(chǎn)率。實現(xiàn)車銑復(fù)合加工,有許多可行方案,機床搭載轉(zhuǎn)塔動力刀架是其許多方案中應(yīng)用最廣泛的一個。其中,數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是實現(xiàn)復(fù)合加工的核心功能部件,不僅可以像普通刀架一樣裝配多把普通刀具,并且能夠同時提供動力驅(qū)動動力刀具,完成銑、鉆、攻絲、絞孔等加工[2]。
4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
刀架,作為機床的重要組成部分,刀架的發(fā)展是伴隨著機床的發(fā)展的。
最早是在40 年代初,由美國北密支安的小型飛機工業(yè)承包商派爾遜公司(Parsons Corporation)實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)進行機械加工的。
1952 年,麻省理工學(xué)院在一臺立銑床上,裝上了一套實驗性的數(shù)控系統(tǒng),成功地實現(xiàn)了同時控制三軸的運動,這臺數(shù)控機床被大家稱為世界上第一臺數(shù)控機床。
1954 年 1 月,在派爾遜斯專利的基礎(chǔ)上,第一臺工業(yè)用的數(shù)控機床由美國本迪克斯(Bendix cooperation)正式生產(chǎn)出來。
1959 年 3 月,由美國卡耐特雷克公司(Keaney &Trecker corp.)開發(fā)出第一臺具有自動換刀裝置的數(shù)控機床。
1980 年,在電動刀架和液壓刀架的本體基礎(chǔ)上外加動力刀具驅(qū)動模式的形式,構(gòu)成了動力刀架。
近 30 年的發(fā)展,數(shù)控刀架逐漸演變?yōu)殡妱雍鸵簞觾纱笈伞?
電動刀架:以歐洲為代表。由力矩電機驅(qū)動,凸輪控制齒盤的松開和剎緊,預(yù)定位動作由電磁鐵完成,位置信號由編碼器發(fā)出,采用齒輪減速完成分度、松開、剎緊動作。
液動刀架:以日本技術(shù)為基礎(chǔ),日本、韓國為代表。采用液壓馬達驅(qū)動,用間歇分度機構(gòu)平行共軛凸輪分度和預(yù)定位,液壓松開剎緊,位置信號用組合傳感器發(fā)信。早期的液壓刀架用液壓伺服分度馬達驅(qū)動,因該馬達價格較高,現(xiàn)專業(yè)廠已很少用此種結(jié)構(gòu)。
數(shù)控刀架技術(shù)向高速、復(fù)合方向發(fā)展。主要表現(xiàn)在:
高速化:開放式伺服電機及驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展,使伺服電機驅(qū)動刀架技術(shù)發(fā)展成為現(xiàn)實。伺服電機代替了預(yù)定位裝置、發(fā)信裝置,簡化了刀架結(jié)構(gòu),松開、剎緊采用液壓,伺服刀架提高了轉(zhuǎn)位換刀速度。
復(fù)合化:車削中心的出現(xiàn),使刀架技術(shù)向復(fù)合化高層次發(fā)展。帶銑削功能的動力刀架,一般采用普通刀架外加伺服主軸電機驅(qū)動刀具,刀盤采用 VDI 刀盤,鉆銑主軸最高轉(zhuǎn)速可達 12000r/min,功率 22kW。近幾年出現(xiàn)與 B 軸、Y 軸聯(lián)動的帶銑削頭刀架, 從而使機床達到五軸聯(lián)動[3]。
目前我國在數(shù)控機床刀架技術(shù)方面的現(xiàn)狀是:
(1) 起步階段,品種單一,不可靠;
(2) 與世界先進制造行業(yè)相比,仍有很大差距;
(3) 國內(nèi)配套廠家比較少。未來的發(fā)展要求有:
(1) 刀架轉(zhuǎn)位時間要短且轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確;
(2) 刀架定位精度高、動作迅速、穩(wěn)定可靠;
(3) 可多刀夾持,雙向轉(zhuǎn)位和任意刀位就近選刀;
(4) 應(yīng)用范圍廣,維修方便等。
二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容1.重點解決的問題
(1) CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計;
(2) CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的液壓系統(tǒng)設(shè)計;
(3) CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的三維建模(UG)。2.擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路)
(1) 查閱文獻,了解數(shù)控機床回轉(zhuǎn)刀架的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢,主要的設(shè)計思路;
(2) 確定 CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架總方案;
(3) CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架各組成部分的設(shè)計與計算(傳動部分、分度機構(gòu)部分、動力刀具部分);
(4) CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的三維實體建模;
(5) CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的工作動態(tài)演示;
(6) 翻譯外文文獻;
(7) 撰寫論文。
3. 本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果
(1) CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的總體設(shè)計方案;
(2) CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架各個部分的具體設(shè)計及計算;
(3) CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的零件圖、裝配圖、三維立體模型;
(4) CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的動態(tài)演示。
三、論文(設(shè)計)工作安排
1. 擬采用的主要研究方法(技術(shù)線路或設(shè)計參數(shù)) 設(shè)計參數(shù):卡盤直徑:400mm
床身最大回轉(zhuǎn)直徑:730mm 最大車削直徑:630mm
最大車削長度:250mm
轉(zhuǎn)塔刀架端面距主軸法蘭端面最大距離:1050mm 滑鞍的最大縱向行程:800mm
主軸孔徑:125mm
主軸轉(zhuǎn)速范圍:20-1500r/min 轉(zhuǎn)塔刀架工位數(shù);8
主軸每轉(zhuǎn)刀架縱向進給量范圍:0.01-400mm/r 主軸每轉(zhuǎn)刀架橫向進給量范圍:0.01-300mm/r 主電機功率;37kw
液壓油箱電機:2.2kw
機床外形尺寸:4436×3025×2413
本次設(shè)計任務(wù)是數(shù)控車床自動刀架,通過查閱與自動刀架設(shè)計有關(guān)的各個方面的資料,并采用類比分析的方法,根據(jù)設(shè)計參數(shù)初步制定總體設(shè)計方案,之后再進行對各個部分的設(shè)計與計算分析。
2. 論文(設(shè)計)進度計劃
1-2 周:根據(jù)題目查閱資料,準(zhǔn)備材料;
3-4 周:完成開題報告;
5-6 周:查閱文獻,進行總體方案設(shè)計;
7-8 周:完善設(shè)計方案,進行結(jié)構(gòu)設(shè)計;
9-10 周:零件三維建模;
11-12 周:完成零件圖與裝配圖;
13-14 周:完成動態(tài)演示部分;
15-16 周:完成設(shè)計說明書。
四、需要閱讀的參考文獻
[1]郭永環(huán).數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔動力刀架的發(fā)展方向[J].機床與液壓,2002(6):24. [2]鄭申,張瑞乾.多工位數(shù)控轉(zhuǎn)塔動力刀架設(shè)計[J].機械研究與用,2010(5):84. [3]柳玉民.數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].世界制造技術(shù)與裝備市
場,2004(5):57.
[4] 許峰,陳春滿.有關(guān)數(shù)控車床中六轉(zhuǎn)位的轉(zhuǎn)塔動力刀架的優(yōu)化分析[J].科技傳播,2013(5):125.
[5] 蘇 曉 輝 . 機 床 六 工 位 轉(zhuǎn) 塔 動 力 刀 架 的 設(shè) 計 [J]. 金 屬 加 工 ( 冷 加工),2011(5):43.
[6] 陳水生. 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架電動刀架控制系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 制造技術(shù)與車床,2008(5):20.
[7] 周繼鵬,郝博.轉(zhuǎn)塔刀架快速設(shè)計方法[J].研究工業(yè)設(shè)計,2016(7):119.
[8] 吳華平, 楊俊召. 淺談數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架行業(yè)的發(fā)展[J]. 金屬加工( 冷加工),2010(6):20.
[9] 于天標(biāo),王潔.多工位液壓數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報,1999(4):21. [10]盧金定,劉滿根.數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的開發(fā)應(yīng)用[J].機械制造,1998(2):32.
[11] 吉濤,劉乘.多工位轉(zhuǎn)塔刀架的數(shù)控實現(xiàn)[J].機床與液壓,2006(9):89.
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[15]V.I.Malygin,F.V.Cherepenin. Digital control system for a 1525 turret lathe[J].Russian Engineering Research,2014(12):799.
附:文獻綜述
文獻綜述
此次設(shè)計圍繞轉(zhuǎn)塔刀架,查閱大量資料之后,挑選出了一些對設(shè)計有很大幫助的文獻,在此進行簡單的綜述。
郭永環(huán)在其《數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔動力刀架的發(fā)展方向》[1]一文中對國內(nèi)外數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔動力刀架產(chǎn)品進行了分析與比較, 并對其發(fā)展方向作以論述。他指出數(shù)控機床是多品種小批量生產(chǎn)的高效自動化的技術(shù)群體,它是把多工序加工、切削處理、刀具磨損和測量等各種功能集為一體的自動化機床。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展, 數(shù)控機床已是衡量一個國家機械制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志。各種數(shù)控機床已經(jīng)進入實用化階段, 成為生產(chǎn)現(xiàn)場的主力軍。在各種數(shù)控機床中,對數(shù)控車床來說,無論是它的開發(fā)到利用, 無論是它的使用上的優(yōu)良性能和價格均很可觀。在進入實用階段后,實現(xiàn)了高可靠性、高速度和高效率。目前數(shù)控車床向數(shù)控車削中心發(fā)展,而其中數(shù)控車床與數(shù)控車削中心的一個重要組成部分是數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架。數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)按換刀形式的不同可分為帶刀庫的自動換刀裝置和轉(zhuǎn)塔式刀架。前者主要用于加工中心(主要由刀庫、機械手和驅(qū)動機構(gòu)等組成),后者可以稱為是一種簡單的自動換刀裝置,根據(jù)不同的加工對象它可以設(shè)計成四工位、六工位、八工位等多種形式刀架,經(jīng)濟型數(shù)控車床配置的基本上是四工位臥式自動轉(zhuǎn)位刀架,在全功能數(shù)控車床上,大都裝有多工位轉(zhuǎn)塔刀架。這種轉(zhuǎn)塔式刀架定位精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便,是數(shù)控車床和數(shù)控車削中心的必備附件。
鄭申,張瑞乾在《多工位數(shù)控轉(zhuǎn)塔動力刀架設(shè)計》[2]中指出多工位數(shù)控轉(zhuǎn)塔動力刀架是精密數(shù)控車削中心的核心功能部件。根據(jù)精密數(shù)控車削中心的研發(fā)要求,設(shè)計了一種電液結(jié)合控制的多工位轉(zhuǎn)塔動力刀架。該刀架依靠伺服電機和液壓系統(tǒng)完成離合和轉(zhuǎn)位控制,利用高精度鼠牙盤進行精確定位。它能有效搭載 12 把動力刀具,搭載的刀具由伺服電機提供動力,根據(jù)刀具類型的不同,可以實現(xiàn)車、銑等多種加工。其特點是刀具轉(zhuǎn)位速度快,分位精度高,重復(fù)精度高,可靠性強。目前,在世界機床制造和機械加工領(lǐng)域,復(fù)合加工技術(shù)是處于領(lǐng)先地位的技術(shù)。所謂的復(fù)合加工技術(shù),即是在一臺設(shè)備上完成車、銑、鉆、攻絲、擴孔等多種加工要求,其主要的優(yōu)點就是減少加工時間,減少輔助時間,以提高生產(chǎn)率。實現(xiàn)車銑復(fù)合加工,有許多可行方案, 機床搭載轉(zhuǎn)塔動力刀架是其許多方案中應(yīng)用最廣泛的一個。其中,數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是實現(xiàn)復(fù)合加工的核心功能部件,不僅可以像普通刀架一樣裝配多把普通刀具,并且能夠同時提供動力驅(qū)動動力刀具,完成銑、鉆、攻絲、絞孔等加工。
柳玉民在其《數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》[3]中介紹數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架基本組成結(jié)構(gòu),換刀動作及控制原理,數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架技術(shù)的發(fā)展、演變以及目前國外最新技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢,結(jié)合本公司從數(shù)控刀架技術(shù)引進到自主開發(fā)生產(chǎn)的歷程, 特別是近兩年開發(fā)的伺服電機驅(qū)動刀架和采用模塊化設(shè)計帶銑削功能的動力刀架,標(biāo)志著國內(nèi)數(shù)控刀架向高速化、復(fù)合化方向發(fā)展,邁出堅實的一步,填補了國內(nèi)空白。
重點介紹臥式數(shù)控車床、立式數(shù)控車床所用刀架的結(jié)構(gòu)、性能、特點、控制原理;刀盤及刀夾的選擇。根據(jù)多年銷售服務(wù)積累的經(jīng)驗,主機電氣控制應(yīng)注意的事項,為提高刀架的可靠性提供保障;以及為提高刀架精度和可靠性而采取的技術(shù)措施。
許峰和陳春滿在《有關(guān)數(shù)控車床中六轉(zhuǎn)位的轉(zhuǎn)塔動力刀架的優(yōu)化分析》[4]一文中寫到數(shù)控機床由于加工精度高、成品率高及投入的加工綜合成本低等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于機械加工和生產(chǎn)過程中。目前,數(shù)控車床和數(shù)控車削中心主要采用的加工工具是轉(zhuǎn)塔動力刀架系統(tǒng)。普通車床一般采用的普通刀架系統(tǒng),由操作人員人工換刀,操作效率低下,過程復(fù)雜。數(shù)控機床采用自動換刀系統(tǒng),可以實現(xiàn)四工位、六工位、八工位和多工位加工。由于采用自動轉(zhuǎn)塔動力刀架系統(tǒng),因此,可大幅度提高加工效率和精度。如何在設(shè)計和應(yīng)用中進一步提高加工精度,更大發(fā)揮轉(zhuǎn)塔動力刀架的優(yōu)勢,本文將從多個角度,詳細(xì)分析數(shù)控機床六工位動力刀架系統(tǒng)的優(yōu)化方法。
陳水生在《數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架電動刀架控制系統(tǒng)的設(shè)計》[6]中給出轉(zhuǎn)塔刀架換刀工作原理:電動機正轉(zhuǎn)→驅(qū)動蝸桿正轉(zhuǎn)→蝸輪正轉(zhuǎn)→蝸輪帶動連體的螺桿旋轉(zhuǎn)→螺桿上的螺母即上刀體向上移動→上刀體與下刀體的定位齒分離→上刀體正轉(zhuǎn)→所選擇的刀到達工作位置→開關(guān)接通→電動機反轉(zhuǎn)→蝸輪反轉(zhuǎn)→蝸輪帶動連體的螺桿旋轉(zhuǎn)
→上刀體慣性作用沖過工作位置→上刀體和蝸輪帶動連體的螺桿相對旋轉(zhuǎn)→上刀體向下并反轉(zhuǎn)→上刀體和下刀體的定位齒接觸→上刀體停止轉(zhuǎn)動并向下壓緊下刀體→ 電動機電流增大→電動機停電→上刀體完成換刀。
吉濤和劉乘在《多工位轉(zhuǎn)塔刀架的數(shù)控實現(xiàn)》[11]中介紹了采用獨立式 PLC 方式實現(xiàn)多工位轉(zhuǎn)塔刀架進行控制的方法,針對就近選刀等控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié),介紹了控制算法及與 NC 協(xié)同工作的方案,并給出了主要的 PLC 程序,為開發(fā)、升級數(shù)控車床系統(tǒng)提供了有益的參考。就數(shù)控系統(tǒng)而言,例如轉(zhuǎn)塔刀架的順序動作控制是由 PLC 完成的。數(shù)控系統(tǒng)中的 PLC 控制分為內(nèi)嵌式和獨立式兩種類型,內(nèi)嵌 PLC 是指 PLC 內(nèi)置在 CNC 中,與CN 共用CPU,這是當(dāng)今數(shù)控機床的主流控制形式;獨立式 PLC 是指PLC 軟硬件完全獨立于 CNC,是數(shù)控改造和系統(tǒng)升級常選用的方式。該文主要介紹了筆者在數(shù)控改造過程中,采用獨立式PLC 實現(xiàn)對市場使用較廣泛的AK31 系列 8~12 工位臥式轉(zhuǎn)塔刀架的控制的方法。