机电一体化实验系统机械结构设计开题报告

 2021-08-08 01:08

1. 研究目的与意义

机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合,并综合应用到实际中去的综合技术。随着现代科学技术的高速发展,中国正从制造大国向创新型国家的转变,机电一体化技术在我国制造业中大量使用。在机电一体化中,机械技术是其根本机械技术应该发展的方向是使原有的机械设备适应机电一体话技术,这就要求其在机械结构,材料,性能上发生相应改变,使其能够拥有更高的精度,可靠性,更具有系统性和广泛性。

数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床,相对于普通机床,数控机床具有更高的加工过精度,更高的生产效率,具有高度柔性,可以加工形状复杂的零件,并且质量更有保证,节省劳动力。根据国家标准GB/T8129-1997,对机床数字控制的定义:用数字控制的装置(简称数控装置),在运行过程中,不断地引入数字数据,从而对某一生产过程实现自动控制,叫数字控制,简称数控。

从第一台数控机床的问世到现在,数控机床的相应性能也在随着时代在进步,然而,随着新材料和新的加工工艺的出现,现代产品对于数控机床有了更高的要求,例如铝合金材料的应用,高速加工机床成为焦点。

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2. 国内外研究现状分析

根据中国机床工业协会所提供的数据显示,我国的数控机床行业已经建立起国家高效磨削工程技术研究中心和国家高档数控工程研究中心等,我们用了五十年的时间完成了国外一百五十年的技术成就,这是我们取得的可喜的成绩,但是由于初期国外的技术封锁和我国的经济,科技等领域的薄弱,我们国家的数控机床与世界先进水平还是有一定的差距。主要表现在机床方面的基础理论和应用技术的研究比较滞后,数控系统的开发和研究比较滞后,产品的质量和可靠性不够稳定,精度保持性比较差,高精度、重型产品的产量所占比例较小。

在工业发达国家,CNC数控机床已经进入普及和成熟阶段,得到了广泛的应用,柔性加工单元被大量采用,柔性加工系统技术已经成熟,正走向应用推广阶段,计算机集成制造系统正成为积极研究实验的课题。目前,我国在中高档的数控机床的设计研发、高性能数控机床技术创新方面取得了较大突破与成就。由于我国的基础产业和技术相对与工业发达国家处于较为落后,我国生产的机床以中低档为主,精度 、表面粗糙度和生产效率与工业发达国家还存在较大差距。对于数控机床的核心,例如,数控系统、数控刀架、刀库、滚珠丝杠副、滚动直导轨副等核心元部件,我国还在主要依赖进口。本项目旨在通过独立完成对X轴/Y轴/Z轴的设计计算和刀具换刀系统设计计算,完成副导轨和滑块选择、滚珠丝杠选择和设计、连轴器选择和设计、伺服电机的选择,提高机床的精度和稳定性。

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3. 研究的基本内容与计划

本课题应用catia软件,完成对机床的结构分析,要求独立完成机电一体实验系统机械系统设计,包括X轴/Y轴/Z轴的设计计算和刀具换刀系统设计计算,并绘制全部的机械系统图和主要零件图。涉及总体结构设计、导轨和滑块选择、滚珠丝杠选择和设计、连轴器选择和设计、伺服电机的选择等。X轴采用交流伺服电机驱动,Y轴和Z轴采用步进电机驱动;

X、Y、Z轴行程分别为200mm、200mm、20mm,刀架可以360度旋转;XYZ轴的重复定位精度在0.05mm内,工作台快进速度为2.0m/min,加速时间为:0.1秒,不考虑切削力,只考虑零件本身重力和惯性力,设计中要考虑传感器的安装位置;

课题计划安排:

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4. 研究创新点

通过对国内外研究现状的分析,本论文将在前人研究的基础上,参与导师和研究生学长学姐的课题研究,掌握课题研究方法及经验,熟悉并掌握有关CATIA的运用。

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