全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 年級(jí)專業(yè)及班級(jí) 指導(dǎo)教師及職稱 學(xué) 院 20 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 移動(dòng)龍門式小型數(shù)控雕刻機(jī)Z軸和X軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述選題研究意義：我國(guó)的機(jī)械工業(yè)雖然已經(jīng)有了較大的發(fā)展，具備了一定的基礎(chǔ)和規(guī)模，初步滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的需要。但隨著世界科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)機(jī)械工業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在相當(dāng)大的差距。因此，在我國(guó)以新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和開發(fā)高技術(shù)含量的新產(chǎn)品，已成為當(dāng)前機(jī)械工業(yè)以至各傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)密切關(guān)注和改革的焦點(diǎn)。機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，它包括機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)。它從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，使產(chǎn)品或系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化。近年來，世界上各發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)，以提高制造技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)向柔性化、智能化發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)給傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)帶來了革命性的變革和驚人的效益，使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和管理體制發(fā)生深刻的變化。機(jī)電一體化是當(dāng)今世界機(jī)械工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的主要趨勢(shì)，也是我國(guó)機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必由之路。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：數(shù)控雕刻技術(shù)是傳統(tǒng)雕刻技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它稟承了傳統(tǒng)雕刻精細(xì)輕巧、靈活自如的操作特點(diǎn)，同時(shí)利用了傳統(tǒng)數(shù)控加工中的自動(dòng)化技術(shù)，并將二者有機(jī)的結(jié)合在一起，成為一種先進(jìn)的雕刻技術(shù)。所有這些技術(shù)都將通過數(shù)控雕刻機(jī)轉(zhuǎn)化為真正的生產(chǎn)能力。數(shù)控雕刻機(jī)集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD技術(shù)）、計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（CAM技術(shù)）、數(shù)控技術(shù)（NC技術(shù)）、精密制造技術(shù)于一體，是目前最先進(jìn)的雕刻設(shè)備，代表了最先進(jìn)的雕刻技術(shù)。使用數(shù)控雕刻技術(shù)和數(shù)控雕刻機(jī)已經(jīng)成為雕刻行業(yè)的一種潮流。1938年世界第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)在法國(guó)“嘉寶”問世，1950年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺(tái)真正意義的電動(dòng)、可縮放比例的手動(dòng)雕刻機(jī)。隨后美國(guó)、日本和法國(guó)等國(guó)也開始研制。 20世紀(jì)90年代，隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，直接推動(dòng)微型計(jì)算機(jī)的急劇發(fā)展。微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)帶動(dòng)整個(gè)高技術(shù)群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機(jī)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機(jī)完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價(jià)格合理成為雕刻機(jī)研制的基本要求。數(shù)控雕刻的特點(diǎn)：與傳統(tǒng)的數(shù)控加工比較，數(shù)控雕刻是高速銑削加工。高速銑削加工是種高轉(zhuǎn)速、小進(jìn)給和快走刀的加工方式，形象地稱為“少吃快跑”的加工方式。有如下特點(diǎn)：1.專業(yè)的數(shù)控雕刻加工工藝以“等量切削”技術(shù)為核心的數(shù)控雕刻工藝，避免了加工吃刀量不均的問題，保證了產(chǎn)品精細(xì)度指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，并降低了精細(xì)加工的斷刀概率，提高了加工效率。數(shù)控雕刻對(duì)象的特點(diǎn)是圖案復(fù)雜、細(xì)節(jié)豐富、造型奇特、成品精細(xì)。要實(shí)現(xiàn)這樣的加工要求，則必須使用小尺寸的刀具科為基本加工刀具，在很多情況下，數(shù)控雕刻機(jī)使用的雕刻刀具刀尖直徑不足0.5毫米甚至到0.1毫米以下。使用小刀具進(jìn)行精細(xì)雕刻是數(shù)控雕刻的最基本的特征，數(shù)控雕刻系統(tǒng)的所有其他特點(diǎn)都圍繞這個(gè)基本的特點(diǎn)和要求而產(chǎn)生。2.高精度、高轉(zhuǎn)速的主軸電機(jī)由于數(shù)控雕刻使用小尺寸的刀具進(jìn)行銑削加工，所用刀具的直徑小，加工中為保證刀具的切削線速度和切削能力，勢(shì)必要提高刀具的旋轉(zhuǎn)速度，使用具有高轉(zhuǎn)速能力的主軸電機(jī)。主軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度高，可為小刀具提供高的切削速度，并確保小刀具在雕刻中能有較好的切削能力。制造精度高，旋轉(zhuǎn)噪聲低，刀具裝卡跳動(dòng)量小，使小刀具平穩(wěn)的進(jìn)行銑削加工提供了良好的工作環(huán)境。3.輕型機(jī)密的機(jī)床結(jié)構(gòu)數(shù)控雕刻適合小工件、小加工量并能滿足定加工精度要求的輕型加工，所以雕刻機(jī)的整體結(jié)構(gòu)較為精巧，具有較強(qiáng)的剛性和齊全的配置。整體鑄件結(jié)構(gòu)，為高精度的運(yùn)動(dòng)提供了穩(wěn)定的工科平臺(tái)，確保了雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、噪音低、雕刻成品光潔度好。4.尺寸精度高、耐磨性能好、專業(yè)性強(qiáng)的雕刻刀具具體保證數(shù)控雕刻成品精細(xì)和加工效率高是最為關(guān)鍵因素之一，在使用高速主軸電機(jī)和計(jì)算機(jī)輔助加工技術(shù)（CAM）的前提下，數(shù)控雕刻機(jī)所使用的刀具的尺寸精度高、耐磨性好。不同的工藝使用不同的刀具，使用專業(yè)刀具加工相應(yīng)的業(yè)務(wù)和材料。5.高效平穩(wěn)的控制系統(tǒng)數(shù)控雕刻控制系統(tǒng)采用了行進(jìn)的微步細(xì)分控制算法，機(jī)床運(yùn)動(dòng)高速平穩(wěn)，分辨率高，可達(dá)0.003m m/步。另外，也有部分機(jī)型使用伺服驅(qū)動(dòng)單元，機(jī)床各項(xiàng)性能指標(biāo)又有較大幅度的提高。6.功能強(qiáng)大的控制軟件控制軟件工作界面靈活便捷，功能豐富，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)獨(dú)具特色的雕刻功能，如選擇雕刻功能、雕刻時(shí)間計(jì)算功能等，適合中件或批量產(chǎn)品雕刻。7.以完整的精雕雕刻系統(tǒng)作為依托根據(jù)小刀具雕刻的基本特點(diǎn)，并結(jié)合當(dāng)前制造業(yè)先進(jìn)的高速銑削（HSM ）理念，精雕科技提出了小刀具高速雕刻思想，主要目標(biāo)是提高雕刻效率和雕刻精度，減少小刀具的磨損率，在實(shí)際加工中的表現(xiàn)為“高轉(zhuǎn)速、快進(jìn)給、小進(jìn)給、勻切削、高效率”。此項(xiàng)技術(shù)是項(xiàng)整體的系統(tǒng)技術(shù)。精雕雕刻CAD/CAM軟件獨(dú)創(chuàng)的“等量切削”功能能夠生成具有均勻切削用量的刀具路徑，為高速雕刻的實(shí)現(xiàn)提供了最基本的技術(shù)保證。數(shù)控雕刻的特有的專業(yè)優(yōu)勢(shì)為“小刀其的快速銑削”，擅長(zhǎng)做“常規(guī)大刀具無法加工的業(yè)務(wù)”。[宋天麟．?dāng)?shù)控機(jī)床及其使用與維修]國(guó)外的雕刻機(jī)，如美國(guó)“雕霸”、法國(guó)“嘉寶”和日本“御牧”是此行業(yè)的佼佼者，但價(jià)格非常昂貴，不管大小都在10萬圓人民幣以上。還有較為成熟的雕刻軟件如法國(guó)的GRAVOGRAPH-NEW HERMES 公司的GravoStyle’98三維雕刻軟件，此軟件為最先進(jìn)的雕刻軟件之一，具有自動(dòng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、三維刀具補(bǔ)償?shù)裙δ?。?guó)外雕刻機(jī)主體采用框架結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程，并采用機(jī)電一體化關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能化。近幾年國(guó)內(nèi)的雕刻機(jī)，北京“精雕”、上海“啄木鳥”在國(guó)內(nèi)也有一定的市場(chǎng)，但價(jià)格也不菲。較為成熟的有天津歐凱數(shù)控機(jī)床有限公司生產(chǎn)雕刻機(jī)，其具有較好的人機(jī)界面，還有北京文泰公司的文泰三維雕刻軟件，此軟件可以輸出HPGL指令機(jī)，也可以輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控G代碼，用于雕刻機(jī)或數(shù)控系統(tǒng)。隨著近年來我國(guó)制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)展機(jī)遇，有效地促進(jìn)了我國(guó)數(shù)控雕刻機(jī)的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。我國(guó)的數(shù)控雕刻機(jī)起步于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)過多年的發(fā)展，己形成了多個(gè)國(guó)產(chǎn)品牌的雕刻機(jī)，如上海洛克公司生產(chǎn)的啄木鳥數(shù)控雕刻機(jī)、北京精雕公司生產(chǎn)的精雕數(shù)控雕刻機(jī)和南京利能公司生產(chǎn)的威克數(shù)控雕刻機(jī)等。上述各類型雕刻機(jī)的機(jī)床本體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，控制器大多借鑒國(guó)外新技術(shù)，采用基于高檔的微控制器或PC的數(shù)控系統(tǒng)，伺服部分以步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)為主，可獲得中等控制精度，但價(jià)格比較便宜，因此整機(jī)的性價(jià)比較高，適用于精度要求不太高的普及應(yīng)用場(chǎng)合。對(duì)高精度的雕刻加上，口前我國(guó)尚以進(jìn)口數(shù)控雕刻機(jī)為主，如意大利的左拉、日本的全量等品牌的數(shù)控雕刻機(jī)。這類數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床本體設(shè)計(jì)剛度好、精度高，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，加上精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性高，但價(jià)格昂貴，往往數(shù)信于國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，因此主要應(yīng)用于模具等高精度加上場(chǎng)合。隨著微電子技術(shù)和機(jī)電結(jié)合深度的發(fā)展，可不斷提高產(chǎn)品附加值。雕刻機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化設(shè)備，其總體發(fā)展是提高該產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力。因此今后的發(fā)展將具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)主要方面: 1.自動(dòng)化降低使用的復(fù)雜程度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少操作人員數(shù)量，減少輔助工作時(shí)間，減少人為干預(yù)，穩(wěn)定生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率。2.高速度提高數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)運(yùn)算和控制速度，高速度直接與高效率相聯(lián)系。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高速化，不僅要求計(jì)算機(jī)及軟件有很高的信息處理速度，而且要求系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)部件和驅(qū)動(dòng)控制具有高速響應(yīng)的特征和響應(yīng)速度的匹配性。3.監(jiān)測(cè)監(jiān)控通過實(shí)時(shí)測(cè)量反饋，提高系統(tǒng)的控制精度，保證工作質(zhì)量。4.計(jì)算機(jī)信息化軟件程序化系統(tǒng)是發(fā)展必然趨勢(shì)。簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，依靠和發(fā)揮軟件技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)性能，降低成本，加快產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)周期。5.柔性化提高產(chǎn)品應(yīng)用功能的靈活性，適應(yīng)用戶多樣化的使用要求。6.模塊化將產(chǎn)品總體從軟硬件結(jié)構(gòu)上按功能劃分為模塊，各功能模塊相對(duì)獨(dú)立研究、發(fā)展和完善，通過標(biāo)準(zhǔn)接口聯(lián)成系統(tǒng)。7.通用化零部件設(shè)計(jì)、軟件規(guī)范、接口、通信協(xié)議等產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和選用芯片的通用化有利于系統(tǒng)擴(kuò)展、技術(shù)兼容和滲透，有利于產(chǎn)品和技術(shù)的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，并提高產(chǎn)品的通用性和可維修性。8.專用化有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳匹配和最優(yōu)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)集成度，從而提高系統(tǒng)的可靠性，對(duì)大批量生產(chǎn)產(chǎn)品達(dá)到降低成本的目的。9.智能化配備各種傳感器和信息獲取通道，直接感受環(huán)境信息，建立和利用知識(shí)庫與推理機(jī)構(gòu)成專家系統(tǒng)，進(jìn)行邏輯推理和經(jīng)驗(yàn)推理，使系統(tǒng)能自動(dòng)根據(jù)周圍環(huán)境作出自適應(yīng)處理并具有自學(xué)習(xí)功能，在復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行高質(zhì)量高效率地工作。10.優(yōu)化根據(jù)強(qiáng)化功能、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減少成本等目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化參數(shù)選擇，達(dá)到整體優(yōu)化或最佳產(chǎn)品目標(biāo)。11.節(jié)能化采用電力電子驅(qū)動(dòng)和電子控制系統(tǒng)的最佳調(diào)節(jié)控制，提高產(chǎn)品的能源利用率，可大幅度降低能源消耗。12.集成化包括結(jié)構(gòu)集成和功能系統(tǒng)集成。采用集成化的方法強(qiáng)化系統(tǒng)功能，減少物理體積，提高效率，提高系統(tǒng)抗干擾能力，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。數(shù)控雕刻機(jī)由生產(chǎn)發(fā)展至今，已經(jīng)形成了比較成熟的機(jī)械結(jié)構(gòu)及其雕刻軟件。[趙松年，戴志義．機(jī)電一體化數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)]主要參考文獻(xiàn)與外文資料[1]《現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)》編輯委員會(huì)．現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1995.4；[2]趙松年，張奇鵬．機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.6；[3] 趙松年，戴志義．機(jī)電一體化數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.5；[4] 宋天麟．?dāng)?shù)控機(jī)床及其使用與維修．東南大學(xué)出版社，2003.10；[5] 劉雄偉. 數(shù)控加工理論與編程技術(shù)-2. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.3；[6] 唐榮錫.CAD/CAM技術(shù). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994；[7] 孫家廣. 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1998.9 ；[8] 譚建成．電機(jī)控制專用集成電路.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002.3；[8] H odd D. Morton．Embedded Microcontrollers．Pearson Education North Asia Limited,2001； [9] Geg Paul．New Processors Transform control．Mechanical Engineering，1997.4； [10]徐學(xué)林.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ).湖南大學(xué)出版社.2006.12注：此表如不夠填寫，可另加頁。研究方案研究目的：(1)總體設(shè)計(jì)采用了龍門架布局結(jié)構(gòu)，加工精度、生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，具有較好的綜合特性；(2)機(jī)床主軸采用了水冷交流異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可靠、旋轉(zhuǎn)速度高和維護(hù)方便的特點(diǎn)；(3)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)采用了步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制,可以滿足定位精度的要求 ,系統(tǒng)穩(wěn)定性較好,制造成本較低,調(diào)試維修方便。研究?jī)?nèi)容和方案：雕刻機(jī)的主運(yùn)動(dòng)方案討論、雕刻機(jī)的主軸結(jié)構(gòu)、雕刻機(jī)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇、聯(lián)軸器選擇、機(jī)械結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模與簡(jiǎn)化。預(yù)期結(jié)果:在完成了各項(xiàng)設(shè)計(jì)后,能實(shí)現(xiàn)高速作業(yè),降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效益。條件保障:1、本設(shè)計(jì)的大部分工作將在本學(xué)校完成. 2、有扎實(shí)的理論知識(shí)和學(xué)校專家的指導(dǎo). 3、學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和相關(guān)圖書資料.進(jìn)程計(jì)劃2012.12.20～2012.12.25 選題、下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書2012.12.25～2013.02.24 調(diào)研、查找資料、畢業(yè)設(shè)計(jì)開題2013.02.24～2013.04.15 設(shè)計(jì)和計(jì)算2013.04.16～2013.04.20 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿，中期考核2013.04.21～2013.05.14 修改2013.05.14～2013.05.18 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)正稿2013.05.21～2013.05.25 預(yù)審2013.05.28～2013.06.01 答辯2013.06.02～2013.06.04 修改、交齊所有資料論證小組意見組長(zhǎng)簽名：20 年 月 日專業(yè)委員會(huì)意見專業(yè)委員會(huì)主任簽名：20 年 月 日注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應(yīng)責(zé)任人親筆填寫。2.此表可從教務(wù)處網(wǎng)站下載中心下載。