畢業(yè)設計過程管理資料題 目： 數(shù)控銑床用機外對刀儀設計 系 部：專 業(yè)：學 生 姓 名：班 級：指導教師姓名：最終評定成績 目 錄一、 設計課題任務書二、 設計開題報告三、 設計中期報告四、 設計指導教師評閱表五、 設計評閱教師評閱表六、 設計答辯評審表課題任務書 1院(系)： 機電工程系 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 指導教師 學生姓名 課題名稱 數(shù)控銑床用機外對刀儀設計內(nèi)容及任務一、課題研究內(nèi)容設計一臺機外對刀儀，用于數(shù)控銑床、加工中心用刀具的長度、旋轉直徑等參數(shù)的測量。設計要求：（1）測量精度高，測量誤差小于 0.01mm；（2）適用于 4#刀柄和 5#刀柄；（3）工作過程快速，讀數(shù)方便準確；（4）機器外形尺寸小于 2000mm*1000mm*2000mm，整體重量不大于 1000KG；（4）機器操作簡單、可靠，維修維護方便。二、課題設計任務1、說明書：完成 15000——20000 字的設計說明書 1 份，包含以下內(nèi)容：（1） 、中英文摘要；（2） 、設計技術路線與設計方案分析； （3） 、機外對刀儀（含外殼）的三維數(shù)學模型；（4） 、機外對刀儀的設計過程和主要零部件的校核計算；（ 5） 、 機外對刀儀的基本控制電路（或液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)）的設計和動作定義；（ 6） 、 機外對刀儀的安裝、使用和維修說明書。2、圖紙：合計 3 張 0#圖紙：（1） 、全部工件零件圖；（2） 、總裝圖 1 張；（3） 、三維立體效果圖 1 張；（4） 、電路工作圖（液壓工作圖、氣動原理圖）1 張。3、開題報告： 1 份。開題報告為設計者在設計前對設計課題的理解，含文獻資料、市場調(diào)研、課題意義、研究思路、技術方案路線、預期效果、預期困難、研究進度安排等幾項內(nèi)容，務求詳實。擬達到的要求或技術指標1．查閱 10 篇以上中文期刊雜志的相關文獻，了解國內(nèi)、外數(shù)控銑削用刀具及對刀儀的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。2．進行市場調(diào)研，掌握國內(nèi)機外對刀儀制造業(yè)的分布情況和相關供求關系。3．掌握一般機外對刀儀機身及外殼的結構和整體布局設計思路。4．能正確設計研究技術路線，進行多種設計方案的對比分析，并綜合運用所學知識解決設計過程中發(fā)現(xiàn)的問題，熟練進行基本控制電路的設計計算。5．能熟練應用 Pro/E 等現(xiàn)代設計軟件對機構進行數(shù)學建模和修改，并獲得機構的工程分析數(shù)據(jù)，對零件工作性能進行校核計算。6．得到專業(yè)知識、機構設計和機構運動分析能力、現(xiàn)代設計軟件運用能力、英語運用能力等方面的綜合訓練。起止日期 工作內(nèi)容 備注1、2012 年 11 月底 查閱文獻資料，完成開題報告；2、2012 年 11 月-12月進行市場調(diào)研，掌握國內(nèi)機外對刀儀制造業(yè)的分布情況和相關供求關系，機械制造材料性能及熱處理3、2012 年 12 月 了解機外對刀儀的基礎件結構和整體布局設計思路4、2013 年 1 月-2 月 設計方案論證及研究技術路線設計5、2013 年 2 月-4 月 動作定義、具體機械結構、控制電路（液壓系統(tǒng)）的設計和校核計算6、2013 年 4 月-5 月 機構三維數(shù)學模型建模和仿真7、2013 年 5 月-6 月 撰寫說明書、翻譯稿8、2013 年 6 月 準備答辯進度安排主要參考資料1 .機械設計手冊. 北京:機械工業(yè)出版社, 20042. 機械制造材料及熱處理. 3. 數(shù)控加工工藝與編程4．液壓系統(tǒng)設計手冊.5．數(shù)控銑削用刀具產(chǎn)品樣本6．電子電工技術.7．Pro/E 實用教程.教研室意見年 月 日院(系)主管領導意見年 月 日畢業(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(diào)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(chǎn)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(chǎn)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(diào)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(nèi)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(nèi)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(chǎn)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(chǎn)的高品質對刀儀 。]2[2．對刀儀的國內(nèi)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(nèi)市場上的主要產(chǎn)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(chǎn)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。現(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(nèi)生產(chǎn)的對刀儀產(chǎn)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(nèi)市場上的主流產(chǎn)品，但由于面臨著國外先進產(chǎn)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(chǎn)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(diào)和測量的速度。4. 主要研究內(nèi)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(diào)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(chǎn)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(jīng)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(diào)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(diào)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(diào)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(jīng)指導教師審查后簽署意見生效。2010 屆畢業(yè)設計中期報告系 (部) 機電工程系 班級 學生姓名 指導教師課題名稱：數(shù)控銑床用機外對刀儀設計課題主要任務：設計一臺機外對刀儀，用于數(shù)控銑床、加工中心用刀具的長度、旋轉直徑等參數(shù)的測量。1、簡述開題以來所做的具體工作和取得的進展或成果（1）在查閱大量文獻資料的基礎上，對本課題有了進一步的認識。（2）進行了方案論證。（3）基本完成了裝配圖的設計。（3）零件圖繪制了 13 張 A3,5 張 A4 的工作量。（4）說明書開始了初步的撰寫。2、下一步的主要研究任務，具體設想與安排（1）進一步完善裝配圖，修改一些錯誤和不足之處。（2）完成零件圖的繪制，對畫好的圖紙做進一步的修改。（3）完成設計說明書的撰寫。（4）準備好答辯的相關材料。3、存在的具體問題（1）裝配圖的設計存在一些設計問題，畫法上有一些小問題。（2）零件圖尺寸公差的標注有欠缺。（3）說明書進度比較慢。4、指導教師對該生前期研究工作的評價該生在設計前期工作中認真、踏實，進度合理，大致符合基本要求，希望在后期工作中繼續(xù)努力。指導教師簽名：日 期：2010 屆畢業(yè)設計指導教師評閱表系（部）：機電工程系 學生姓名 學 號 班 級專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 指導教師姓名課題名稱 數(shù)控銑床用機外對刀儀設計評語：（包括以下方面，①學習態(tài)度、工作量完成情況、材料的完整性和規(guī)范性；②檢索和利用文獻能力、計算機應用能力；③學術水平或設計水平、綜合運用知識能力和創(chuàng)新能力。 ）該生在畢業(yè)設計過程中態(tài)度端正，能積極主動思考，積極與老師交流。針對課題查詢了大量資料并進行了市場調(diào)研。所用文獻資料真實可靠，結合所學知識獨立完成了課題的設計。該設計在參考了 THMC 數(shù)顯刀具預調(diào)測量儀的基礎上，綜合運用所學知識重點針對機械位移傳動系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)進行了設計。該設計結構較為合理，零件的選型符合要求，工作量充足，圖紙符合國家標準，設計說明書內(nèi)容及格式均符合要求，基本實現(xiàn)了設計的預定目標。綜上，同意該生參加答辯。選題與文獻綜述（20 分） 分值：創(chuàng)新性(15 分) 分值：基礎理論和專門知識(35 分) 分值：作者寫作、表達能力(30 分) 分值：合 計 分值：是否同意參加答辯： 是□ 否□指導教師簽字： 年 月 日說明：各項成績的百分比由各系（部）自己確定，但應控制在給定標準的 20％左右。2010 屆畢業(yè)設計評閱教師評閱表系（部）： 機電工程系 學生姓名 學 號 班 級專 業(yè) 機械設制造及其自動化 評閱教師姓名課 題 數(shù)控銑床用機外對刀儀設計評語：（對畢業(yè)設計（論文、創(chuàng)作）學術評語。包括選題意義；文獻利用能力；所用資料可靠性；創(chuàng)新成果及寫作規(guī)范化和邏輯性）該生設計課題為數(shù)控銑床用機外對刀儀，該課題選題具有一定的現(xiàn)實意義。該生通過查閱大量文獻資料并進行市場調(diào)研，資料詳實可靠，結合所學專業(yè)知識完成了課題的基本設計過程。該生設計的對刀儀結構合理，方案可行。圖紙工作量充足，符合國家標準。設計說明書內(nèi)容充實，格式正確，書寫規(guī)范，文字流暢，邏輯清晰。綜上，同意該生參加答辯。選題與文獻綜述（20 分） 分值：創(chuàng)新性(15 分) 分值：基礎理論和專門知識(35 分) 分值：作者寫作、表達能力(30 分) 分值：合 計 分值：是否同意參加答辯 是□ 否□評閱人（簽名）： 年 月 日說明：各項成績的百分比由各系（部）自己確定，但應控制在給定標準的 20％左右。2010 屆畢業(yè)設計答辯評審表系（部）：機電工程系學生姓名 學號 班級答辯日期 2014.5.29課題名稱 數(shù)控銑床用機外對刀儀設計指導教師地點 理工樓 C410姓 名 職務（職稱） 姓 名 職務（職稱） 姓 名 職務（職稱）陳蕾 教授賀敬 副教授史春雪 講師唐蒲華 講師楊興發(fā) 講師答辯小組成員答辯中提出的主要問題及回答的簡要情況記錄：問題 1：對刀儀的工作原理答：對刀儀實際上就是測量刀具參數(shù)的工具，即刀具徑向參數(shù) R 和軸向參數(shù) H。即用對刀儀主軸系統(tǒng)來仿照數(shù)控機床或者加工中心的主軸，使對刀儀的坐標系與加工設備的坐標系等效，所以在對刀儀主軸上測得刀具的尺寸參數(shù)也就相應的得到了數(shù)控機床上刀具的坐標值，只要將測得的數(shù)據(jù)直接輸入機床即可。問題 2：對刀儀是怎樣工作的？答：測量開始前，將刀柄放在相應的刀套中再固定到底座工作臺的主軸系統(tǒng)上。系統(tǒng)開始工作后，儀器的軟件系統(tǒng)中選擇要測量刀具的類型以及輸入要所需要獲取的參數(shù)，通過手柄的轉動帶動 X 軸左右移動以及 Z 軸上下運動。使光學支架上的成像系統(tǒng)在光源投射下能夠獲取刀具圖像，然后通過圖像采集卡把圖形信息傳輸?shù)接嬎銠C，然后把測量所得的數(shù)據(jù)進行存儲。問題 3：光柵尺的工作原理答：在光源照射下，由于光的衍射作用，形成明暗相間的條紋，即“莫爾條紋” 。這樣，檢測莫爾條紋移動的變化就可測量出光柵水平方向移動的微小距離。會議主持人：記 錄 人：年 月 日評 定評定內(nèi)容 分值 教師1教師2教師3教師4教師5教師6教師 7報告內(nèi)容思路清新：語言表達準確，概念清楚，論點正確；實驗方法科學，分析歸納合理；結論嚴謹，論文（設計）有應用價值。40 32 28 28 26 27答辯成績評定報告過程準備工作充分，具備必要的報告影象資料；報告在規(guī)定的時間內(nèi)作完報告。10577 7 5 7答 辯回答問題有理論依據(jù)，基本概念清楚。主要問題回答簡明準確50 33 35 33 33 34合 計 10077076066866468答辯平均得分：68 答辯小組長簽名：答辯評分 分值：68答辯成績：A＝答辯評分×30 ％＝20.4指導教師評分 分值：76指導教師評定成績：B＝指導教師評分×40％＝30.4評閱教師評分分值：75評閱教師評定成績：C＝評閱教師評分×30％＝22.5最終評定成績分數(shù)：73 等級：中等教學系主任簽名：年 月 日說明：1、最終評定成績＝A+B+C，三個成績的百分比由各系（部）自己確定，但應控制在給定標準的 20%左右。2、秘書將答辯小組教師成績填寫于該表答辯成績評定欄中，并將每位答辯小組教師的答辯評語整理歸檔。