畢業(yè)設計開題報告（14 屆）系 部： 機電工程系 專 業(yè)：學 生 姓 名：班 級：指導教師姓名：題目：數(shù)控銑床用機外光學對刀儀1．課題背景對刀儀是數(shù)控機床及加工中心的必要設備。對刀儀用于測量數(shù)控設備、加工中心數(shù)控刀具刀尖位置相對于設定原點的坐標尺寸。其作用是快速測量出數(shù)控機床或者加工中心的刀庫中刀具的尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)，從而進行刀具補償，這樣在加工過程中隨時控制調整刀具的運動軌跡，達到較高精度的加工。能否迅速準確地確定數(shù)控機床以及加工中心的刀具的尺寸參數(shù)，直接影響到機床生產工件的周期以及加工精度 。]1[刀具通過刀柄固定到機床主軸上，接著將機床定位到指定好的位置，控制刀具恰好觸碰到一已知的平面，于是操作者就可以算出刀具實際尺寸。通常情況下，采用這種方式獲得的數(shù)據(jù)可信度較高，但浪費大量時間，造成生產效率低下。對刀儀是為節(jié)省數(shù)控機床的對刀時間而設計的一種測量工具，是檢測刀具具體尺寸參數(shù)的精密測量設備，是現(xiàn)代加工制造所必備的檢測儀器，其作用就是準確的測量出刀具的參數(shù)以便在加工中精確控制刀具的運動軌跡，實現(xiàn)高精度加工。對刀儀的使用可避免機上測量的缺點，從而提高了刀具預調和測量的速度。目前國外的一些企業(yè)看準中國機床工業(yè)壯大的市場，許多外國對刀儀制造商迅速搶占國內的市場。國外對刀儀雖有速度快、精度高等諸多優(yōu)點，但其價格非常昂貴。國內對刀儀普遍存在技術含量較低，使用不方便，測量參數(shù)少等缺點，在與國外產品競爭中難有勝算。因此，面對市場上的競爭劣勢，為使我國從制造業(yè)大國發(fā)展為制造強國，我們有必要研制出國產的高品質對刀儀 。]2[2．對刀儀的國內外發(fā)展現(xiàn)狀對刀儀可大致分為機械式，光學投影式和圖像式三種類型 。]3[2.1 接觸式接觸式對刀儀是利用測量儀表的測頭接觸刀具，再通過光柵尺測量此時的位置所得的數(shù)據(jù)，其測量精度很低且操作過程較為繁雜，但是價格較低。圖 1.1所示是臺灣安威公司接觸式對刀儀。2.2 光學投影式光學投影式對刀儀是通過發(fā)光源將刀尖輪廓投影到固定的投影屏上，通過光學投影屏的刻線對刀具進行精確對準，從而完成刀具尺寸參數(shù)的測量。操作者要瞄準刀具刀尖會引起主觀誤差，影響測量精度。 光學投影式對刀儀目前依舊是國內市場上的主要產品，但隨著技術的進步其市場占有率將會越來越低。圖 1.2 為天津天門公司生產的光學投影式對刀儀 。圖 1.1 臺灣安威 AW-H300 型接觸式 圖 1.2 天門光學投影式 DTJ II 1540 型 2.3 電子攝像式對刀儀電子攝像式的對刀儀充分結合了圖像采集技術、計算機軟件處理技術，機械傳動裝置，電路電子技術和光學技術等先進技術。圖像式對刀儀利用圖像傳感器來得到的刀具刀尖的圖像，并在計算機系統(tǒng)中進行圖像處理，獲得刀具的輪廓外形尺寸?，F(xiàn)在隨著 CCD 傳感器技術的快速進步，圖像采集的準確性明顯提高，為對刀儀提供了十分準確的圖像分析數(shù)據(jù)，從而提高了測量精度?，F(xiàn)在國外的電子攝像式對刀儀精度可以達到 0.001mm 。圖 1.3 為美國 PARLEC 公]4[司電子攝像式對刀儀 。 圖 1.3 PARLEC 電子攝像式國內生產的對刀儀產品大部分是機械光學式的，對刀儀的光學系統(tǒng)將刀具刀尖輪廓的圖像照射到投影屏上，通過光柵尺測得數(shù)據(jù)傳送到數(shù)顯箱輸出結果。光學投影式對刀儀是目前國內市場上的主流產品，但由于面臨著國外先進產品的激烈競爭而市場占有率逐年下降。 綜上可知國外廠商對刀儀有對刀速度快、精度高等諸多優(yōu)點，但是價格十分昂貴。因此我們有必要加強對刀儀研究的投入，以促進機床生產制造業(yè)的快速發(fā)展，從而提升我國制造業(yè)的競爭力和影響力。3. 選題依據(jù)對刀儀是為節(jié)省數(shù)控機床的對刀時間而設計的一種測量工具，是檢測刀具具體尺寸參數(shù)的精密測量設備，是現(xiàn)代加工制造所必備的檢測儀器，其作用就是準確的測量出刀具的參數(shù)以便在加工中精確控制刀具的運動軌跡，實現(xiàn)高精度加工。對刀儀的使用可避免機上測量的缺點，從而提高了刀具預調和測量的速度。4. 主要研究內容4.1 機械位移傳動系統(tǒng)的設計（1）滾珠絲桿的計算與選型（2）導軌的計算與選型（3）蝸輪蝸桿的計算與設計（4）底座、立柱等基礎件的設計4.2 主軸系統(tǒng)的設計（1）主軸的計算與設計（2）主軸箱體的設計（3）蝸輪蝸桿傳動的計算與設計5. 具體方案5.1 傳動方式的選擇滾珠絲桿螺母副，預加載荷雙齒輪齒條傳動是常見的數(shù)控機床傳動系統(tǒng)的元件。方案一：滾珠絲桿螺母副絲杠是現(xiàn)代機床及其他精密傳動裝置上最常使用的傳動系統(tǒng)，以滾珠作為滾動體在絲桿和螺母之中反復循環(huán)運轉的裝置。滾珠絲桿的基本功能就是將旋轉運動轉換成線性運動。主要特點有： 移動速度輕快平穩(wěn)，安裝結構尺寸大，定位精度高 ，結構比較復雜，成本較高等 。]5[方案二：齒輪齒條傳動齒輪齒條傳動一般用在傳動距離較長的大型機械上。齒輪齒條運動傳動剛性很高，但精度較低。如果使用齒輪齒條傳動，一定要消除齒側間隙以減少誤差。主要特點有：承載能力大，移動速度中等，安裝要求較高，需要預留間隙，需補償磨損，成本較低，容易制造等。5.2 導軌系統(tǒng)選擇導軌系統(tǒng)是刀具預調測量儀系統(tǒng)結構的主體，由兩方向的導軌和光柵尺組成。導軌上下左右運動帶動滑座運動，通過滑座上的光柵尺測量出視覺系統(tǒng)的位移量，其測量所得的數(shù)據(jù)通過光柵數(shù)據(jù)采集卡輸入到計算機中。對刀儀屬于精密測量儀器，測量精度要求很高。所以安裝在對刀儀上的導軌必須有足夠高的精度，粗糙度要控制在 0.8，要有良好的導向性，剛度也要達到要求，滑臺的滑動要十分平穩(wěn) 。]6[導軌主要有滾動導軌和滑動導軌兩種。方案一：滾動導軌滾動直線滑軌副是直線運動滾動支承中的一類，通過滾珠在滑塊與軌道之間不斷循環(huán)往復的運動，使得滑塊在軌道上平穩(wěn)地做直線運動。其特點主要有：摩擦因素小，運動十分靈敏，動靜摩擦因素相差很小，起動阻力小不易產生爬行，可通過預緊來提升剛度。維修、潤滑比較方便，提高機械效率，節(jié)省了能源，降低造價 。]7[方案二：滑動導軌多數(shù)使用金屬對塑料型，稱為貼塑導軌。其特點有：化學穩(wěn)定性高，摩擦系數(shù)低，吸振性好，加工成型簡單，耐熱性差，剛性差等。5.3 手輪與絲桿的連接根據(jù)設計需要，手輪的轉向與滾珠絲桿的螺旋方向成 90 度夾角，因此手輪與絲桿的連接可采用錐齒輪，蝸輪蝸桿等結構 。]8[方案一：錐齒輪錐齒輪傳動具有效率高，傳動比穩(wěn)定，精度高等優(yōu)點。方案二：蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿傳動具有傳動平穩(wěn)，結構緊湊，能自鎖等特點。5.4 工作臺位移測量裝置選用光柵尺作為對刀儀的位移檢測裝置，光柵尺經常作為高精度數(shù)控機床的位置檢測裝置，可以用來檢測線位移，精度高 。]9[5.5 主軸定位系統(tǒng)數(shù)控加工中心的刀具是通過錐柄來定位的，加工中心通過錐孔來對刀具進行定位，所以對刀儀同樣以相同錐度的錐孔來進行刀具的定位。主軸系統(tǒng)除了要對刀具進行定位外，還具有主軸旋轉裝置。 5.6 主軸旋轉系統(tǒng)主軸旋轉系統(tǒng)利用手輪驅動，手輪裝在蝸桿上，蝸輪裝在主軸上，手輪轉動帶動蝸輪蝸桿運動，從而使主軸旋轉。將刀套裝在主軸上，通過緊定螺釘將主軸與刀套固定好 。]10[5.7 主軸測量裝置本設計以光電式編碼器作為主軸系統(tǒng)的測量裝置，編碼器是一種旋轉式的測量裝置，一般裝在被測軸上，隨軸一起轉動，將軸的角位移轉換為增量脈沖。本設計用編碼器來測量主軸旋轉的角位移。6. 研究過程中會遇到的問題（1）光柵尺如何安裝（2）主軸如何準確定位（3）絲桿如何實現(xiàn)自鎖6. 研究路線和步驟設 計 流 程7.工作進度及具體安排2013 年 12 月底前熟悉設計課題，收集、整理資料，完成開題報告第 6 周 進行方案分析與方案論證第 7-8 周 機械位移傳動系統(tǒng)的分析與設計第 9-10 周 主軸系統(tǒng)的分析與設計第 11-14 周 數(shù)據(jù)整理，出圖、修改，編寫說明書第 15 周 畢業(yè)設計資料的整理、完善，準備答辯第 16 周 答辯，修改、上交畢業(yè)設計資料8.參考文獻機械位移傳動系統(tǒng)導軌的計算與選型滾珠絲桿的計算與選型蝸輪蝸桿的設計主軸系統(tǒng)的設計蝸桿傳動的設計主軸的設計主軸箱體的設計繪制圖紙寫說明書[1]劉力雙．電子攝像式刀具預調儀的研究：［博士學位論文］ ．天津：天津大學，2006[2]劉大勇,刀具預調儀關鍵技術的研究:：［碩士學位論文］ ．河北：河北工業(yè)大學，2007[3]陳斌，數(shù)控機床常用對刀方法及誤差分析．電子技術，2012[4]常家東，加工中心對刀儀器研制．機床與液壓，2005[5]伍利群，滾動導軌及其設計．機械研究與應用，2005[6]谷巖軍、王峰，關于加工中心對刀的研究．機械工人，2006[7]李東光、景芳盛，計算機視覺二維刀具預調儀的研究．制造技術與機床，2001[8]張曉勇，數(shù)控機床對刀裝置．機床電器，2001[ 9]郁道銀，工程光學，北京:機械工業(yè)出版社，1998[10]段發(fā)階，計算機視覺檢測基礎理論及應用技術研究，博士學位論文，天津大學，19944.指導教師意見（對課題方案的可行性、深度、廣度及工作量的意見） 。該生針對本課題進行了相關文獻資料的查詢，關于對刀儀設計的方案基本可行，研究方法大體正確，工作量充足。指導教師： 年 月 日5.教研室意見教研室主任： 年 月 日說明：開題報告作為畢業(yè)設計（論文、創(chuàng)作）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一，此報告應在指導教師的指導下，由學生填寫，將作為畢業(yè)設計（論文、創(chuàng)作）成績考查的重要依據(jù)，經指導教師審查后簽署意見生效。