数控铣床主轴组件监控系统的设计开题报告

毕 业 论 文 设 计 开 题 报 告题 目 数控铣床主轴组件监控系统的设计 学生姓名 曹 佳 学号 051541018 所在院(系) 机 械 工 程 学 院 专业班级 机 自 051 指导教师 黄 崇 莉 200 9 年 4 月 3 日题 目 数控铣床主轴组件监控系统的设计一、选题的目的及研究意义随着机械产品的高精密化、高质量化、高稳定化、低危险化的发展，在机床的设计和制造中我们都应该对机床的主要部分进行监控，这样我们可以有效地避免危险的发生，也可以提高机床的加工精度，提高产品的质量，比且能随时对监测信息进行处理。检测系统的一个重要目的就是保证加工零件的质量，降低加工过程中的次品和废品率;促进刀具加工时的预先维护，避免造成不必要的故障，同时也可以防止过剩维护造成的浪费;为了避免一切故障的发生，保证加工过程的顺利进行。一旦发生故障而停产，将造成巨大的经济损失。因此检测系统的应用蕴涵着巨大的经济效益。研究表明:机床配备线检测系统后可减少故障停机时75%，提高生产率10%一60%，提高机床利用率50%以上。因此，为有效防止设备的损坏、工件的报废并保证机床无故障运行，就必须发展加工过程的监测系统。数控机床的监控系统主要是监控主轴一些运动参数、刀具的磨损状态、外界因素对经幢的影响程度、被加工零件的精度以及质量等等，因为有了监控系统的存在，我们可以随时对检测的信息进行处理，对有问题的组件进行修改，进一步提高系统的稳定性、快速性、随着机械工业的发展，机床的数控化控制已经在工业领域中起着很大的作用，加快了制造业的快速发展，加快了社会进步的步伐，为了提高加工的质量和加工效率，我们必须大力发展数控技术，数控铣床作为一种技工精度很高的机床，在现代机械加工以及精密加工中起着很大的作用，比如，飞机的涡轮的叶片，机床的床身，等很多机械的主要部分都要用到铣床，铣床的精度又取决与主轴的精度以及主轴组件的精度， 因此对主轴组件的监控系统设计有很大的意义。有了监测系统既可以提高加工精度以及加工质量也可以缩短加工时间提高教工效率。各个国家都在大力发展数控机床的监测系统，数控监测系统不仅对工业还有国防工业有很大的影响，在航天航空上也起着很大的作用，提高加工精度已经是现代机床的一个设计标准，数控监控系统的设计是未来的发展必不可少的一部分，无论是从经济、科技、军事等多方面来看，监控系统的设计对人们能直接检测机床的精度和通过计算机对机床进行运动控制控制 都是有很大好处的，因此监控系统的设计是以后机械工业发展的趋势，也是许多技术结合运用得一个综合体系。 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随中国经济的法展，中国制造业在强国垄断之中站起来了，中国从原来的原料出口国变成今天的制造大国，数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。我国于1958年开始研制数控机床，成功试制出配有子管数控系统的数控机床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。如：刀具的磨损的现象。刀具磨损是逐步发生的，过程比较缓慢。伴随着切削过程中刀具磨损的出现，会引起一系列连锁反应:切削力增大，切削功耗增加，发生强烈振动或不正常的声响;切削温度升高，切屑颜色和形状发生变化;工件尺寸超差，表面粗糙度上升等等，严重的甚至造成事故。其后果必然会影响加工质量，使加工成本提高。数控技术的本质是实施数据驱动和软件控制, 从而使制造业发生了质的变化1。二十世纪八十年代初, 现代控制技术的发展促进了数控技术的发展, 国际上出现了柔性制造单元(FMC ) 和柔性制造系统(FMS ) , 它们被认为是实现计算机集成制造系统(CIMS ) 的必经阶段和基础。FMS 系统从结构上看, 包括加工系统、工件流系统、刀具流系统、装配系统、监控系统等结构子系统 , 其中监控系统是质量保证功能实现的关键环节。加工尺寸在线监控系统主要以加工过程中的各种尺寸参数为对象, 实时检测, 实时处理, 并做出相应的质量控制反馈, 以保证产品质量; 同时加工过程中断的恢复也需要通过监控系统采集和存储加工过程中产品的历史数据, 以便分析加工过程的质量信息。本系统是在开发实现系统的基础上, 构造了基于微机的抗干扰能力强、实时性好和多任务并行处理的在线监控系统。在这种情况下，人们开始研究监控系统。在过去几十年，国内外在研究自动监测系统方面做了大量工作。经过多年的发展，人们对自动监测技术和理论得到极大的丰富和发展。通过对国内外研究现状进行分析可以发现，。经过几十年的发展，目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。由于机床是制造业的命脉，发展数控技术是一种发展趋势，提高加工质量和精度是机床的要求，随着计算机的普及应用，电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的发展使新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床产业的蓬勃发展，也促进了现代制造技术的快速发展。数控机床性能在高速度、高精度、高可靠性和复合化、网络化、智能化、柔性化、绿色化方面取得了长足的进步。现代制造业正在迎来一场新的技术革命。在这种情况下，监控系统得到了大力展，国内外在用计算机模拟机床监控系统，利用一些简单的传感技术、接口技术、电气系统来完成检测系统的设计，并且在利用机电一体化、机械结构设计将检测系统与机械系统合理的组合起来，达到机械的一种优化设计，国内外对机床的检测系统大概有一下几种：主轴测速系统、刀具磨损系统检测、机床发热检测、加工在线监测、切削过载检测等等。经过人们的不过努力，这些系统已经得到了大力发展。机械的发展趋势已经很明确了，那就是机械的高度自动化、自动检测、高精密化、低消耗、智能化、高集成化等等。针对数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制系统的指令驱动机床，使刀具和零件执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件(工作台、转台、滑板等)的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件的机械进给传动装置。数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比,其优越性是显而易见的,不仅零件加工精度高,产品质量稳定,且自动化程度极高,可减轻工人的体力劳动强度,大大提高了生产效率,特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工,因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。但我们要清醒地认识到,能否达到数控机床以上所述的优点,还要看操作者在生产中能不能恰当、正确地使用。下面从操作者的角度来谈一下数控机床使用中应注意的事项,以保证数控机床的优越性得以充分发挥。数控技术是多种技术的综合应用，在很多领域都有很多的应用，工程机械，汽车制造业，大型设备制造，航空航天，海底勘测，总之在各个行业要用的设备绝大部分都要经过铣床的加工，看来铣床在工业中的位置是举足轻重的。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本课题主要解决的问题：1. 对于主轴组件的监控系统设计，对于主轴的一些参数进行测量并分析这些参数对加工的影响程度。2. 对一些传感器的选用，了解传感器的作用及其检测对象，设计输入与输出与计算机的连接接口。3. 选择经济的芯片，以及合理的机械结构，以及机械零件，并进行必要的力学分析。研究方法：实验方法:通过计算机、接口电路、传感器、继电器等元器件，模拟机床监测系统，对机床的某个主要部分进行检测，并根据监测信息对其进行必要的处理，分析这种监测系统的优越性和弊端，在进行必要的改进，以求最佳的检测效果。参考一些很成熟的技术以及数控机床的实例，在此基础上对监控系统进行改造和新颖的设计。写作提纲：1 数控铣床主轴监控系统的实用价值和对国民经济促进作用是研究该课题的目的和意义；2 研究的技术方案，空间放置和机构的设计以及整个系统的结构；3 每个传感器的作用及其测量的对象，测量的精度，测量的范围；4 设计监控系统的结构和空间位置以及组件的选用；5 对信号输入和输出的处理，以及接口芯片的选用；6 总结在研究这个课题过程中的经验和收获； 四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明 【1】X H Yang.Experimental Research on Surface Roughness of RZ and S by Using Light-Section MethodJ.Laboratory Research and Exploration (S1006-7167) , 2000, (5): 50-57.【2】Kasahara M,Matsuba T,Kuzuu Y,Yamazaki T,Hashimoto Y,Kamimura K,Kurosu S.Design and tuning of robust PID controller for HVAC systemsJ.ASHRAE Transactions(S0001-2505),1999,105(PA):154-166.【3】孙桓主编机械原理高教出版社 1996，【4】王昆等机械设计课程设计高等教育出版社 1995 【5】邱宣怀机械设计第四版高等教育出版社 1997，124-160【6】成大先机械设计手册北京：化学工业出版社，2004，【7】李正吾 机电一体化系统设计北京：机械工业出版社，1990. 75-98【8】罗飞主运动控制系统北京：化学工业出版社，2001. 121-165【9】刘瑞己 现代数控机床设计 西安电子科技大学出版【10】贾伯年, 俞朴主编传感器技术及其应用南京：东南大学出版社，1992. 43-82【12】许秋年 控制工程澳门：实用出版社，1979. 65-107【13】刘植桢计算机控制系统设计北京：清华大学出版社，1981. 【14】懂博明单片机技术 上海：复旦大学出版社，1994【15】陶龙芳，微机原理以及接口技术北京：中国广播电视出版社，1993。 53-129【16】卢