自動旋轉裝置的參考文獻

❶ 需要一篇自動控制方面的英文文獻

本畢業設計課題是屬於教師擬定性課題，主要是研究基於單片機的對步進電機的有效控制。步進電機是一種能將數字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執行元件，每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個步距角增量。電機總的回轉角與輸入脈沖數成正比例，相應的轉速取決於輸入脈沖頻率。

步進電機是機電一體化產品中關鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應用於機電一體化產品中，如：數控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等。

Abstract
This article mainly elaborated has been hanging the movement control system merit, introced was hanging the movement control system function, the principle and the design process. Is hanging the movement control system is one of in control engineering domain important applications, its main target is to is controlled the object the movement condition, including path, speed and position implementation check. The movement control system compares with other control systems, has the system model simply, the check algorithm is unitary, also not complex characteristic and so on non-linearity and coupling situation. Also is precisely because the movement control system can implement to the path, the running rate, the pointing accuracy as well as the repetition precision accuracy control requirement, has the broad application foreground in each category of control engineering, therefore the movement control system has at present become in the check study application domain very much significant the research direction. Through the monolithic integrated circuit to stepping monitor check, implemented the motor-driven to cause the object at on the board which inclined the movement, The control section is the SST89E52 monolithic microcomputer which SST Corporation proces primarily, with when the 1602LCD liquid crystal screen and according to turned has implemented with the user interactive, through the keyboard entry different control command, the liquid-crystal display was allowed to display the setting value and the run the coordinates. The electrical machinery control section used LM324N four to transport puts and is connected the electronic primary device voluntarily to develop the 42BYG205 stepping monitor actuation electric circuit to implement the electrical machinery accuracy control. The algorithm partially for will suit the monolithic integrated circuit system to operate carries on optimizes many times, will rece the microprocessor the operand. Has completed the object voluntarily the movement and according to the different setup path movement.
Key words Magneto; 1602LCD; LM324N; Drive circuit

選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大於負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械繫統的負載轉矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載並有一定的餘量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大[1 ]。

選擇步進電機時，應使步距角和機械繫統匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。但細分只能改變其解析度，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。

選擇功率步進電機時，應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的餘量，使之最高速連續工作頻率能滿足機床快速移動的需要。
基於單片機的懸掛運動控制系統，具有硬體電路結構簡單，精確度高，抗干擾性強等優點。

1.2 課題目的
培養綜合運用四年大學所學知識去分析問題和解決實際問題的能力。在實踐中檢驗所學知識,從而加強理論與實踐的相結合。 體驗一個科研項目開發的全過程，學會單片機開發應用方法,鍛煉應用能力,動手能力。本課題設計是具有一定難度的基於單片機的應用系統開發項目，培養學生創新精神和創新能力。通過這次畢業論文及設計，檢驗的綜合素質和專業教育的培養效果，並且使學會閱讀、利用英文文獻資料，閱讀並翻譯外文資料的能力，學會設計報告和論文。

1.3 課題意義
隨著社會的發展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便於生活的自動控制系統開始進入了人們的生活，以單片機為核心的自動門系統就是其中之一。同時也標志了自動控制領域成為了數字化時代的一員[ 3]。它實用性強，功能齊全，技術先進，使人們相信這是科技進步的成果。它更讓人類懂得，數字時代的發展將改變人類的生活，將加快科學技術的發展。
通過對「微機控制自動門系統」的研究和設計，精心撰寫了微機控制自動門系統論文。本論文著重闡述了以單片機為主體，LED點陣顯示晶元及步進電機為核心的系統。
本設計主要應用SST89E58作為控制核心，LED點陣顯示晶元、步進電機、壓力感測器、電位器相結合的系統。充分發揮了單片機的性能。其優點硬體電路簡單，軟體功能完善，控制系統可靠，性價比較高等特點，具有一定的使用和參考價值。

1.4 應解決的主要問題
在基於單片機的懸掛運動控制系統中，主要分三個部分設計，一個是輸入和鍵盤顯示模塊；另一個是步進電機驅動模塊；第三個是最小系統和輸出模塊設計。主要解決的問題是：
1. 單片機最小系統硬體設計；
2. 步進電機驅動模塊設計；
3. 輸出部分的軟硬體設計；
4. 主程序設計；
5. 繪圖板的設計。

1.5 技術要求
設計一電機控制系統，控制物體在傾斜（仰角≤100度）的板上運動。
在一白色底板上固定兩個滑輪，兩只電機（固定在板上）通過穿過滑輪的吊繩控制一物體在板上運動，運動范圍為80cm×100cm。物體的形狀不限，質量大於100克。物體上固定有淺色畫筆，以便運動時能在板上畫出運動軌跡。板上標有間距為1cm的淺色坐標線（不同於畫筆顏色），左下角為直角坐標原點。

[看不到}

❷ 誰有關於數控機床方面的論文啊

數控機床發展史

摘要：機械繫以機械為主，所以必須掌握好各種機械的專業知識，從這學期開始，開始接觸機械專業基礎課。我會本著認真的態度對待專業課的學習，提高自己的專業素養.接下來我將介紹一下我對數控機床發展史的認識。

20世紀中期，隨著電子技術的發展，自動信息處理、數據處理以及電子計算機的出現，給自動化技術帶來了新的概念，用數字化信號對機床運動及其加工過程進行控制，推動了機床自動化的發展。
採用數字技術進行機械加工，最早是在40年代初，由美國北密支安的一個小型飛機工業承包商派爾遜斯公司（ParsonsCorporation）實現的。他們在製造飛機的框架及直升飛機的轉動機翼時，利用全數字電子計算機對機翼加工路徑進行數據處理，並考慮到刀具直徑對加工路線的影響，使得加工精度達到±0.0381mm（±0.0015in），達到了當時的最高水平。
1952年，麻省理工學院在一台立式銑床上，裝上了一套試驗性的數控系統，成功地實現了同時控制三軸的運動。這台數控機床被大家稱為世界上第一台數控機床。
這台機床是一台試驗性機床，到了1954年11月，在派爾遜斯專利的基礎上，第一台工業用的數控機床由美國本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生產出來。
在此以後，從1960年開始，其他一些工業國家，如德國、日本都陸續開發、生產及使用了數控機床。
數控機床中最初出現並獲得使用的是數控銑床，因為數控機床能夠解決普通機床難於勝任的、需要進行輪廓加工的曲線或曲面零件。
然而，由於當時的數控系統採用的是電子管，體積龐大，功耗高，因此除了在軍事部門使用外，在其他行業沒有得到推廣使用。
到了1960年以後，點位控制的數控機床得到了迅速的發展。因為點位控制的數控系統比起輪廓控制的數控系統要簡單得多。因此，數控銑床、沖床、坐標鏜床大量發展，據統計資料表明，到1966年實際使用的約6000台數控機床中，85%是點位控制的機床。
數控機床的發展中，值得一提的是加工中心。這是一種具有自動換刀裝置的數控機床，它能實現工件一次裝卡而進行多工序的加工。這種產品最初是在1959年3月，由美國卡耐·;特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）開發出來的。這種機床在刀庫中裝有絲錐、鑽頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據穿孔帶的指令自動選擇刀具，並通過機械手將刀具裝在主軸上，對工件進行加工。它可縮短機床上零件的裝卸時間和更換刀具的時間。加工中心現在已經成為數控機床中一種非常重要的品種，不僅有立式、卧式等用於箱體零件加工的鏜銑類加工中心，還有用於回轉整體零件加工的車削中心、磨削中心等。
1967年，英國首先把幾台數控機床連接成具有柔性的加工系統，這就是所謂的柔性製造系統（FlexibleManufacturingSystem——FMS）之後，美、歐、日等也相繼進行開發及應用。 1974年以後，隨著微電子技術的迅速發展，微處理器直接用於數控機床，使數控的軟體功能加強，發展成計算機數字控制機床（簡稱為CNC機床），進一步推動了數控機床的普及應用和大力發展。

80年代，國際上出現了1～4台加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動裝卸和監控檢驗裝置的柔性製造單元（FlexibleManufacturingCell——FMC）。這種單元投資少，見效快，既可單獨長時間少人看管運行，也可集成到FMS或更高級的集成製造系統中使用。
目前，FMS也從切削加工向板材冷作、焊接、裝配等領域擴展，從中小批量加工向大批量加工發展。
所以機床數控技術，被認為是現代機械自動化的基礎技術。

那什麼是車床呢？據資料所載，所謂車床，是主要用車刀對旋轉的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鑽頭、擴孔鑽、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。車床主要用於加工軸、盤、套和其他具有回轉表面的工件，是機械製造和修配工廠中使用最廣的一類機床。

古代的車床是靠手拉或腳踏，通過繩索使工件旋轉，並手持刀具而進行切削的。1797年，英國機械發明家莫茲利創制了用絲杠傳動刀架的現代車床，並於1800年採用交換齒輪，可改變進給速度和被加工螺紋的螺距。1817年，另一位英國人羅伯茨採用了四級帶輪和背輪機構來改變主軸轉速。
為了提高機械化自動化程度，1845年，美國的菲奇發明轉塔車床；1848年，美國又出現回輪車床；1873年，美國的斯潘塞製成一台單軸自動車床，不久他又製成三軸自動車床；20世紀初出現了由單獨電機驅動的帶有齒輪變速箱的車床。
第一次世界大戰後，由於軍火、汽車和其他機械工業的需要，各種高效自動車床和專門化車床迅速發展。為了提高小批量工件的生產率，40年代末，帶液壓仿形裝置的車床得到推廣，與此同時，多刀車床也得到發展。50年代中，發展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數控技術於60年代開始用於車床，70年代後得到迅速發展。
車床依用途和功能區分為多種類型。
普通車床的加工對象廣，主軸轉速和進給量的調整范圍大，能加工工件的內外表面、端面和內外螺紋。這種車床主要由工人手工操作，生產效率低，適用於單件、小批生產和修配車間。
轉塔車床和回轉車床具有能裝多把刀具的轉塔刀架或回輪刀架，能在工件的一次裝夾中由工人依次使用不同刀具完成多種工序，適用於成批生產。
自動車床能按一定程序自動完成中小型工件的多工序加工，能自動上下料，重復加工一批同樣的工件，適用於大批、大量生產。
多刀半自動車床有單軸、多軸、卧式和立式之分。單軸卧式的布局形式與普通車床相似，但兩組刀架分別裝在主軸的前後或上下，用於加工盤、環和軸類工件，其生產率比普通車床提高3～5倍。
仿形車床能仿照樣板或樣件的形狀尺寸，自動完成工件的加工循環，適用於形狀較復雜的工件的小批和成批生產，生產率比普通車床高10～15倍。有多刀架、多軸、卡盤式、立式等類型
立式車床的主軸垂直於水平面，工件裝夾在水平的回轉工作台上，刀架在橫粱或立柱上移動。適用於加工較大、較重、難於在普通車床上安裝的工件，一般分為單柱和雙柱兩大類。
鏟齒車床在車削的同時，刀架周期地作徑嚮往復運動，用於鏟車銑刀、滾刀等的成形齒面。通常帶有鏟磨附件，由單獨電動機驅動的小砂輪鏟磨齒面。
專門車床是用於加工某類工件的特定表面的車床，如曲軸車床、凸輪軸車床、車輪車床、車軸車床、軋輥車床和鋼錠車床等。聯合車床主要用於車削加工，但附加一些特殊部件和附件後，還可進行鏜、銑、鑽、插、磨等加工，具有「一機多能」的特點，適用於工程車、船舶或移動修理站

看機床的水平主要看金屬切削機床，其他機床技術和復雜性不高，就是近幾年很流行的電加工機床，也只是方法的改變，沒什麼復雜性和科技含量。

我國的數控磨床水平不錯，每年都有大量出口，因為它簡單，基本屬於勞動密集型。

金屬加工主要是去除材料，得到想得到的金屬形狀。去除材料，主要靠車和銑，車床發展為數控車床，銑床發展為加工中心。高精度多軸機床，可以讓復雜零件在精度和形狀上一次到位，例如，飛機上的一個復雜零件，以前由很多種工人：車工、銑工、磨床工、畫線工、熱處理工用好幾個月干，其中還有報廢的，最新的復合數控機床幾天甚至幾個小時就全乾好了，而且精度比你設計的還高。零件精度高就意味著壽命長，可靠性好。

由普通發展到數控，一個人頂原來的十個，在精度上，更是沒法說，適應性上，零件變了，換個程序就行。把人的因素也降為最低，以前在工廠，誰要時會車渦輪、蝸桿，沒個10年8年的不行，要是誰掌握了，那牛得很。現在用數控設備，只要你會編程，把參數輸進去就可以了，很簡單，剛畢業的技校學生都會，而且批量的產品質量也有保證。

自美國在50年代末搞出世界一台數控車床後，機床製造業就進入了數控時代，中國在六十年代也搞出了第一代數控機床，但後來中國進入了什麼年代，大家都知道。等80年代我們再去看世界的數控機床水平，差距就是20年了，其實奮起直追還有希望，但國營工廠不思進取，到了90年代，我們再去看世界水平，已有30年的差距了。中國改革開放前走的是蘇聯的路子，什麼叫蘇聯的路子，舉個例子來講：比如，生產一根軸，蘇聯的方式是建一個專用生產線，用多台專用機床，好處是批量很容易上去，但一旦這根軸的參數發生了變化，這條線就報廢了，生產人員也就沒事做了。在1960－1980年代，國營工廠一個產品生產幾十年不變樣。到了1980年代後，當時搞商品經濟，這些廠不能迅速適應市場，經營就困難了，到了90年代就大量破產，大量職工下崗。現代的生產也有大批量生產，但主要是單件小批量，不管是那種，只要你的設備是數控的，適應起來就快。專業機床的路子已經到頭了， ;西方走的路和前蘇聯不一樣，當年的「東芝」事件，就是日本東芝賣給蘇聯了幾台五軸聯動的數控銑床，讓蘇聯在潛艇的推進螺旋槳上的製造，上了一個檔次，讓美國的聲納聽不到潛艇聲音了，所以美國要懲處東芝公司。由此也可見，前蘇聯的機床製造業也落後了，他們落後，我們就更不用說了。雖然，美國搞出了世界第一台數控機床，但數控機床的發展，還是要數德國。德國本來在機械方面就是世界第一，數控機床無非就是搞機電一體化，機械方面德國已沒問題，剩下的就是電子系統方面，德國的電子系統工業本來就強大，所以在上世紀六、七十年代，德國就執機床界的牛耳了。

但日本人的強項就是仿造，從上世紀70年代起，日本大量從德國引進技術，消化後大量仿造，經過努力，日本在90年代起，就超越了德國，成為世界第一大數控機床生產國，直到現在還是。他們在機床製造水平上，有一些也走在了世界前面，如在機床復合（一機多種功能）化方面，是世界第一。數控機床的核心就在數控系統方面，日本目前在系統方面也排世界第一，主要是它的發拿科公司。第一代的系統用步進電機，我們現在也能造，第二代用交流伺服電機。現在的數控系統的核心就是交流伺服電機和系統內的邏輯控制軟體，交流伺服電機我們國家目前還沒有誰能製造，這是一個光學、機械、電子的綜合體。邏輯控制軟體就是控制機床的各軸運動，而這些軸是用伺服電機驅動的，一般的系統能同時控制3軸，高級系統能控制五軸，能控5軸的，五軸以上也沒問題。我們國家也由有5軸系統，但「做秀」的成份多，還沒實用化。我們的工廠用的五軸和五軸以上機床，100％進口。

機床是一個國家製造業水平高低的象徵，其核心就是數控系統。我們目前不要說系統，就是國內造的質量稍微好一點的數控機床，所用的高精度滾珠絲杠，軸承都是進口的，主要是買日本的，我們自產的滾珠絲杠、軸承在精度、壽命方面都有問題。目前國內的各大機床廠，數控系統100％外購，各廠家一般都買日本發那科、三菱的系統，佔80％以上，也有德國西門子的系統，但比較少。德國西門子系統為什麼用的少呢？早期，德國系統不太能適合我們的電網，我們的電網穩定性不夠，西門子系統的電子伺服模塊容易燒壞。日本就不同了，他們的系統就燒不壞。近來西門子系統改進了不少，價格方面還是略高。德國人很不重視中國，所以他們的系統漢語化最近才有，不像日本，老早就有漢語化版的。

就國產高級數控機床而言，其利潤的主體是被外國人拿走了，中國只是掙了一個辛苦錢。
美國為什麼沒有能成為數控機床製造大國呢？這個和他們當時制定產業政策的人有關，再加上當時美國的勞動力貴，買比製造劃算。機床屬於投資大，見效慢，回報率底的產業，而且需要技術積累。不太附和美國情況。但後來美國發現，機床屬於戰略物資，沒有它，飛機、大炮、坦克、軍艦的製造都有問題，所以他們重新制定政策，扶植了一些機床廠，規定了一些單位只能買國產設備，就是貴也得買，這就為美國保留了一些數控機床行業。美國機床在世界上沒有什麼競爭力。

歐洲的機床，除德國外，瑞士的也很好，要說超高精密機床，瑞士的相當好，但價格也是天價。一般用戶用不起。義大利、英國、法國屬於二流，中國很少買他們的機床。西班牙為了讓中國進口他們的機床，不惜貸款給中國，但買的人也很少??借錢總是要還的。

韓國、台灣的數控機床製造能力比大陸地區略強，不過水平差不多。他們也是在上世紀90年代引進日本技術發展的。韓國應該好一點，它有自己製造的、已經商業化了的數控系統，但進口到中國的機床，應我們的要求，也換成了日本系統。我們對他們的系統信不過。韓國數控機床主要有兩家：大宇和現代。大宇目前在我國設有合資企業。台灣機床和我們大體一樣，自己造機械部分，系統采購日本的。但他們的機床質量差，壽命短，目前在大陸影響很壞。其實他們比我們國產的要好一點。但我們自己的差，我們還能容忍，台灣的機床是用美金買來的，用的不好，那火就大了。台灣最主要的幾家機床廠已打算把工廠遷往大陸，大部分都在上海。這些廠目前在國內的競爭中，也打著“國產」的旗號。

近來隨著中國的經濟發展，也引起了世界一些主要機床廠商的注意，2000年，日本最大的機床製造商「馬扎克」在中國銀川設立了一家數控機床合資廠，據說製造水平相當高，號稱「智能化、網路化」工廠，和世界同步。今年日本另外一家大機床廠大隈公司在北京設立了一家能年產1000台數控機床的控股公司，德國的一家很有名的企業也在上海設立了工廠。

目前，國家制定了一些政策，鼓勵國民使用國產數控機床，各廠家也在努力追趕。國內買機床最多的是軍工企業，一個購買計劃里，80％是進口，國產機床滿足不了需要。今後五年內，這個趨勢不會改變。不過就目前國內的需要來講，我國的數控機床目前能滿足中低檔產品的訂貨。

美、德、日三國是當今世上在數控機床科研、設計、製造和使用上，技術最先進、經驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。
1.美國的數控發展史

美國政府重視機床工業，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發展方向、科研任務,並且提供充足的經費，且網羅世界人才，特別講究「效率」和「創新」，注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創新，如1952年研製出世界第一台數控機床、1958年創制出加工中心、70年代初研製成FMS、1987年首創開放式數控系統等。由於美國首先結合汽車、軸承生產需求，充分發展了大量大批生產自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數控機床的主機設計、製造及數控系統基礎扎實，且一貫重視科研和創新，故其高性能數控機床技術在世界也一直領先。當今美國生產宇航等使用的高性能數控機床，其存在的教訓是，偏重於基礎科研，忽視應用技術，且在上世紀80代政府一度放鬆了引導，致使數控機床產量增加緩慢，於1982年被後進的日本超過，並大量進口。從90年代起，糾正過去偏向，數控機床技術上轉向實用，產量又逐漸上升。

2.德國的數控發展史

德國政府一貫重視機床工業的重要戰略地位，在多方面大力扶植。，於1956年研製出第一台數控機床後，德國特別注重科學試驗，理論與實際相結合，基礎科研與應用技術科研並重。企業與大學科研部門緊密合作，對數控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質量上精益求精。德國的數控機床質量及性能良好、先進實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數控機床。德國特別重視數控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數控系統、各種功能部件，在質量、性能上居世界前列。如西門子公司之數控系統，均為世界聞名，競相採用。

3.日本的數控發展史

日本政府對機床工業之發展異常重視，通過規劃、法規(如「機振法」、「機電法」、「機信法」等)引導發展。在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質量管理及數控機床技術上學習美國，甚至青出於藍而勝於藍。自1958年研製出第一台數控機床後，1978年產量(7,342台)超過美國(5,688台)，至今產量、出口量一直居世界首位(2001年產量46,604台，出口27,409台，佔59%)。戰略上先仿後創，先生產量大而廣的中檔數控機床，大量出口，佔去世界廣大市場。在上世紀80年代開始進一步加強科研，向高性能數控機床發展。日本FANUC公司戰略正確，仿創結合，針對性地發展市場所需各種低中高檔數控系統，在技術上領先，在產量上居世界第一。該公司現有職工3,674人，科研人員超過600人，月產能力7,000套，銷售額在世界市場上佔50%，在國內約佔70%，對加速日本和世界數控機床的發展起了重大促進作用。
4.我國的現狀

我國數控技術的發展起步於二十世紀五十年代， 中國於1958年研製出第一台數控機床，發展過程大致可分為兩大階段。在1958~1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對數控機床特點、發展條件缺乏認識，在人員素質差、基礎薄弱、配套件不過關的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現欠佳，無法用於生產而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏實事求是的科學精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先後引進數控系統技術，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國、台灣省共11國(地區)引進數控機床先進技術和合作、合資生產，解決了可靠性、穩定性問題，數控機床開始正式生產和使用，並逐步向前發展。通過“六五」期間引進數控技術，「七五”期間組織消化吸收「科技攻關」，我國數控技術和數控產業取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數控產業發展迅速，1998～2004年國產數控機床產量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國內數控機床製造企業在中高檔與大型數控機床的研究開發方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數控機床特別是中高檔數控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在於國產數控機床的研究開發深度不夠、製造水平依然落後、服務意識與能力欠缺、數控,系統生產應用推廣不力及數控人才缺乏等。我們應看清形勢，充分認識國產數控機床的不足，努力發展先進技術，加大技術創新與培訓服務力度，以縮短與發達國家之問的差距。
在20餘年間，數控機床的設計和製造技術有較大提高，主要表現在三大方面：培訓一批設計、製造、使用和維護的人才；通過合作生產先進數控機床，使設計、製造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距；通過利用國外先進元部件、數控系統配套，開始能自行設計及製造高速、高性能、五面或五軸聯動加工的數控機床，供應國內市場的需求，但對關鍵技術的試驗、消化、掌握及創新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數控系統依靠國外技術支撐，不能獨立發展，基本上處於從仿製走向自行開發階段，與日本數控機床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本「機電法」、「機信法”那樣的指引；嚴重缺乏各方面專家人才和熟練技術工人；缺少深入系統的科研工作；元部件和數控系統不配套；企業和專業間缺乏合作，基本上孤軍作戰，雖然廠多人眾，但形成不了合力。 我國數控技術的發展起步於二十世紀五十年代，通過「六五」期間引進數控技術，「七五」期間組織消化吸收“科技攻關」，我國數控技術和數控產業取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數控產業發展迅速，1998～2004年國產數控機床產量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國內數控機床製造企業在中高檔與大型數控機床的研究開發方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數控機床特別是中高檔數控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在於國產數控機床的研究開發深度不夠、製造水平依然落後、服務意識與能力欠缺、數控,系統生產應用推廣不力及數控人才缺乏等。我們應看清形勢，充分認識國產數控機床的不足，努力發展先進技術，加大技術創新與培訓服務力度，以縮短與發達國家之問的差距。

2003年開始，中國就成了全球最大的機床消費國，也是世界上最大的數控機床進口國。目前正在提高機械加工設備的數控化率，1999年，我們國家機械加工設備數控華率是5－8％，目前預計是15－20％之間。 一、 什麼是數控機床 車、銑、刨、磨、鏜、鑽、電火花、剪板、折彎、激光切割等等都是機械加工方法，所謂機械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設備都稱為機床，數控機床就是在普通機床上發展過來的，數控的意思就是數字控制。給機床裝上數控系統後，機床就成了數控機床。當然，普通機床發展到數控機床不只是加裝系統這么簡單，例如：從銑床發展到加工中心，機床結構發生變化，最主要的是加了刀庫，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是銑、鏜、鑽的功能。 我們一般所說的數控設備，主要是指數控車床和加工中心。 我國目前各種門類的數控機床都能生產，水平參差不齊，有的是世界水平，有的比國外落後10－15年，但如果國家支持，追趕起來也不是什麼問題，例如：去年，沈陽機床集團收購了德國西思機床公司，意義很大，如果大力消化技術，可以縮短不少差距。大連機床公司也從德國引進了不少先進技術。上海一家企業購買日本著名的機床製造商池貝。， 近幾年隨著中國製造的崛起，歐洲不少企業倒閉或者被兼並，如馬毫、斯濱納等。日本經濟不景氣，有不少在80年代很出名的機床製造商倒閉，例如：新瀉鐵工所。 二、 數控設備的發展方向 六個方面：智能化、網路化、高速、高精度、符合、環保。目前德國和瑞士的機床精度最高，綜合起來，德國的水平最高，日本的產值最大。美國的機床業一般。中國大陸、韓國。台灣屬於同一水平。但就門類、種類多少而言，我們應該能進世界前4名。 三、 數控系統由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關、感測器構成。目前世界最大的三家廠商是：日本發那客、德國西門子、日本三菱；其餘還有法國扭姆、西班牙梵谷等。國內由華中數控、航天數控等。國內的數控系統剛剛開始產業化、水平質量一般。高檔次的系統全都是進口。 華中數控這幾年發展迅速，軟體水平相當不錯，但差就差在電器硬體上，故障率比較高。華中數控也有意向數控機床業進軍，但機床的硬體方面不行，質量精度一般。目前國內一些大廠還沒有採用華中數控的。廣州機床廠的簡易數控系統也不錯。 我們國家機床業最薄弱的環節在數控系統。
參考文獻：

1.《機床與液壓》20041No17 1995-2005 Tsinghua TongfangOptical Disc Co¸, Ltd¸ All rights reserved

4.《機床數控系統的發展趨勢 》 黃勇 陳子辰 浙江大學

❸ CM6132普通車床電氣控制電路設計

1.序言

本次課程設計任務是CM6132車床主傳動設計。由於CM6132車床是精密，高精密加工車床，要求車床加工精度高，主軸運轉可靠，並且受外界，振動，溫度干擾要小，因此，本次設計是將車床的主軸箱傳動和變速箱傳動分開設計，以盡量減小變速箱，原電機振動源對主軸箱傳動的影響。

本次課程設計包括CM6132車床傳動設計，動力計算，結構設計以及主軸校核等內容，其中還有A0大圖紙的CM6132車床主傳動的結構圖、

本次課程設計師畢業課程設計前一次對我們大學四年期間機械專業基礎知識的考核和檢驗。它囊括了理論力學，材料力學，機械原理，機械設計，機械製造裝備設計等許多機械學科的專業基礎知識，因此稱之為專業課程設計。它不僅僅是對我們專業知識掌握情況的考核和檢驗，也是一次對我們所學的知識去分析，去解決生產實踐問題的運用。由於本次課程設計實踐恰與2010年考研沖刺期沖突，因此在編寫課程設計說明書，設計CM6132主傳動結構圖的過程中難免有不少紕漏和錯誤，懇請老師指正。

2.傳動設計

本次設計在分析研究所掌握的資料的基礎上，用計演算法或類比法確定所設計主軸變速箱的極限轉速公比，求出轉速極速，選擇電動機的轉速和功率，擬定合適的結構式，結構網和轉速圖，然後擬定傳動方案並繪制傳動系統圖，確定轉速比和齒輪齒數及帶輪直徑等。

2.1確定轉速極速

根據任務要求，Nmax=2000rpm，Nmin=45rpm，轉速公比φ=1.41.則轉速范圍Rn：

Rn=Nmax/Nmin=44.4 （1）

依據φ，Rn，可求得主軸轉速級數Z:

Z=lgRn/lgφ+1=11.98=12 （2）

2.2確定結構式及結構網

由於結構上的限制，變速組中的傳動副數目通常選用2或3為宜，故其結構式為：Z=2^（n）*3^（m）.對於12級傳動，其結構式可為以下三種形式：

12=3*2*2；12=2*3*2；12=2*2*3；

在電動機功率一定的情況下，所需傳遞的轉矩越小，傳動件和傳動軸的集合尺寸就越小。因此，從傳動順序來講，盡量使前面的傳動件多以些，即前多後少原則。故本設計採用結構式為：

12=3*2*2

圖1中，從軸I到軸II有三隊齒輪分別嚙合，可得到三種不同的傳動速度；從軸II到軸III有兩對齒輪分別嚙合，可得到兩種不同的傳動速度，故從軸II到軸III可得到3*2=6種不同的傳動速度；同理，軸III到軸IV有兩對齒輪分別嚙合，可得到兩種不同的傳動速度，故從軸I到軸IV共可得到3*2*2=12種不同的傳動轉速。

圖1 3*2*2傳動方案

在制定機床傳動方案時，常將傳動鏈特性的相關關系畫成圖，以供比較選擇。該圖即為結構網圖。結構網只表示各傳動副傳動比的相關關系，而不表示數值， 因而繪製成對稱形式(圖2)。由於主軸的轉速應滿足級比規律（從低到高間成等比數列，公比為φ），故結構網上相鄰兩橫線間代表一個公比φ。

為了使一根軸上變速范圍不超過允許值，傳動副輸越多，級比指數應小一些。考慮到傳動順序中有前多後少原則，擴大順序應採用前小後大的原則，即所謂的前密後疏原則。故本設計採用的結構式為：

12=3（1）*2（3）*2（6）

12:級數。

3，2，2：按傳動順序的各傳動組的傳動副數。

1，3，6：各傳動組中級比間的空格數，也反映傳動比及擴大順序。

該傳動形式反映了傳動順序和擴大順序，且表示傳動方向和擴大順序一致。圖2為該傳動的結構式。

圖2 12=3(1)*2(3)*2(6)結構網

2.3繪制轉速圖

繪制CM6132車床轉速圖前，有必要說明兩點：

（1）為了結構緊湊，減小振動和雜訊，通常限制：

a：Imin>=1/4;

b：Imax<=2(斜齒輪<=2.5);

所以，在一個變速組中，變速范圍要小於等於8，對應本次設計，轉速圖中，一個軸上的傳動副間最大不能相差6格。

c：前緩後急原則；

即傳動在前的傳動組，其降速比小，而在後的傳動組，其降速比大。

（2）CM6132車床轉速圖與它的主傳動系統圖密切相關。故在繪制它的轉速圖錢，先要確定其主傳動系統圖。

圖3 CM6132普通車床主傳動系統圖

如圖3所示，CM6132型普通車床採用分離式傳動，即變速箱和主軸箱分離。III，IV軸為皮帶傳動。在主軸箱的傳動中採用了背輪機構（IV，V同軸線），解決了傳動比不能過大（受極限傳動比限制）的問題。

CM6132型普通車床（12級轉速，公比φ=1.41）採用了背輪機構後的轉速圖，如圖4所示。圖中軸號的順序對應傳動系統圖圖3.

圖4 CM6132型普通車床轉速圖

由於最高轉速Nmax=2000rpm，且CM6132機床功率一般為3.0KW左右。為滿足轉速和功率要求，選擇Y系列三相非同步電動機型號為：Y100L2-4,其技術參數見下表.

表1 Y100L2-4型電動機技術數據

2.4 齒輪齒數的估算

為了便於設計和製造，同一傳動組內各齒輪的模數常取為相同。此時，各傳動副的齒輪齒數和相同。

顯然，齒數和太小，則小齒輪的齒數少，將會發生根切，或造成其加工齒輪中心孔的尺寸不夠（與傳動軸直徑有關），或造成加工鍵槽（傳遞運動需要）時切穿齒根；若齒數和太大，則齒輪結構尺寸大，造成主傳動系統結構龐大。因此，應根據傳動軸直徑等適當選取。

本次設計共包含I-II軸傳動組，II-III軸傳動組，IV-V傳動組和V-VI(主軸)傳動組四個齒輪副傳動組。現根據各傳動組內傳動副的傳動比草擬出多種齒數和，見下表2，至於具體

每對傳動副齒數和和各齒輪齒數的確定留待各軸直徑估算確定後再確定。

表2 各種傳動比齒輪齒數和及齒數

2.5帶輪直徑的確定

本次設計中，存在著電動機到I軸，III軸到VI的兩組皮帶輪傳動，其傳動比分別為1.43：1和1:1.一般機床上採用V帶，根據電動機轉速和功率即可確定帶型號，傳動帶數2~5個最佳。

根據帶輪傳遞功率和轉速，對於電動機到I軸選擇A型帶，I軸上帶輪直徑D2=180mm，電動機軸上帶輪直徑D1=176mm，採用5根帶。

III軸到IV軸選擇A型帶（A帶直徑小，承載能力強），III軸上帶輪直徑D3=140mm，IV軸上帶輪直徑D4=140mm，採用2根帶。

3.動力計算

3.1電機功率的確定

如前所述，對於國產CM6132普通車床，機床功率一般為3.0KW.選擇Y100L2-4型號非同步電動機。其額定功率為3KW.

3.2主軸的估算

在設計之初，由於確定的僅僅是一個方案，具體構造尚未確定，因此只能根據統計資料，初步確定主軸的直徑。

3.2.1主軸前端軸頸的直徑D1

表3 各類機床主軸前端軸頸的直徑D1

圖5 機床主軸結構圖

如表3所示，本次設計，選擇D1=80mm。

3.2.2主軸後軸頸D2

一般機床主軸後軸頸D2=（0.7~0.85）D1,取D2=60mm。

需要說明的是，主軸的前後軸頸一般指主軸上與滾動軸承配合的那段軸頸，故D1,D2應為5的整數倍。

3.3中間傳動軸的初算

根據生產經驗，一般機床每根軸的當量直徑d與其傳遞的功率P,計算轉速Nj，以及允許的扭轉角[Ф]有如下經驗公式：

d>=11sqrt(sqrt(P/Nj[Ф])) （3）

式中，P：該傳動軸傳遞的額定功率，P=η*Pe，單位KW。

η：電機到該軸傳動件傳動效率總值。

d：當量直徑，單位cm。

Nj：計算轉速，單位rpm。

對於花鍵軸，軸內徑一般要比d小7%。

3.3.1允許扭轉角[Ф]的確定

一般，機床各軸的允許扭轉角參考值見表4.

表4 機床各軸允許扭轉角[Ф]

本次設計，中間傳動軸允許扭轉角[Ф]均取1.2°。

3.3.2計算轉速Nj的確定

計算轉速Nj是指主軸或其他傳動軸傳遞全部功率的最低轉速，對於等比傳動的中型通用機床，主軸計算轉速一般為：

Nj=Nmin*φ^(Z/3 -1)

故本次設計，Nj=125rpm。根據轉速圖圖4，即可確定各軸的計算轉速見下表。

表5 各軸的計算轉速

3.3.3 各軸傳遞功率的確定

各軸的傳遞功率N=η*Pe。在確定各軸效率時，不考慮軸承的影響，但在選取各軸齒輪傳遞效率時，取小值以彌補軸承帶來的誤差。一般機床上格傳動元件的效率見下表。

表6 機械傳動效率

變速箱圓柱齒輪傳動選取8級精度，主軸箱精度要求高，選取7級精度。由表4，表5，表6以及公式（3）即可確定各軸傳遞效率以及當量直徑。見下表：

表7 機床各中間傳動軸傳遞功率及計算直徑

3.4齒輪模數的估算

按接觸疲勞強度或彎曲強度計算齒輪模數比較復雜，而且有些系統各參數都已知道的情況後方可確定，所以，只在草圖完成後校核用。在畫草堂前，先估算，再選用標准齒輪模數，一般同一變速組中的齒輪取同一模數，一個主軸，變速箱中的齒輪採用1~2種模數。傳動功率的齒輪模數一般取大於2mm。在中型機床中，主軸變速箱中的齒輪模數常取2.5，3，4mm。

由中心距A及齒數Z1,Z2，可求齒輪模數為：

m=2A/(Z1+Z2) (4)

根據生產實踐經驗，按齒面點蝕估算的齒輪中心距有如下公式：

A>=370(P/Nj)^(1/3) （5）

式中，Nj：大齒輪的計算轉速，單位為rpm。

P：該齒輪傳遞功率，單位為KW。

從I軸到II軸，P=2.85KW,Nj=1400rpm，則AI II>=46.9mm。

從II軸到III軸，P=2.76KW,Nj=1000rpm，則AII III>=52.0mm。

從III軸到IV 軸，P=2.55KW,Nj=355rpm，則AIII IV>=71.4mm。

由（4）以及表2各軸齒輪傳動齒數和，對於最小齒數和，則有各軸應滿足的最低模數。

故對於I軸，II軸，（Z1+Z2）min=48，AI II>=46.9mm，則m>=1.95mm。

對於II軸，III軸，（Z1+Z2）min=46，AI II>=52.0mm，則m>=2.26mm。

對於III軸，IV軸，（Z1+Z2）min=76，AI II>=71.4mm，則m>=1.87mm。

因而，對於變速箱內圓柱齒輪傳動，統一取m=2.5mm。由於主軸傳遞扭矩大，故對於主軸箱內齒輪模數取3mm。

3.5各軸直徑及各齒輪齒數的確定。

在生產實際中，軸上齒輪的傳動主要靠周向鍵連接來實現的，花鍵連接以其對中性好，導向性能好，應力集中小等優點獲得廣泛應用。因而本次設計中，所有的傳動軸均採用花鍵軸，通過各軸的當量直徑來選取適當標準的花鍵軸徑，再通過花鍵軸徑來選取軸上各齒輪傳動副的齒數。具體各花鍵軸尺寸，齒輪齒數和的選取見下表。

表8 各花鍵軸參數以及相應傳動副齒輪齒數和

這里需要說明三點：

（1）花鍵軸參數尺寸代表Z-D*d*b。Z表示花鍵軸齒數，D表示花鍵軸大徑，d表示小徑，b表示齒寬，具體圖樣見下圖：

圖6 矩形花鍵軸

（2）齒輪齒數的選取，應保證齒輪齒根與花鍵軸大徑配合的輪轂面不得小於3~5mm。

（2）如A0圖紙繪制的CM6132車床主傳動系統圖所示，軸IV做成帶有齒輪的中空軸套，起卸荷左右，這樣可將帶輪的張緊力引起的徑向力通過軸套，滾動軸承傳至機身上，保證主軸的運轉不受帶輪張緊力的影響。

（4）III軸和IV軸間為皮帶輪1：1傳功。

4 結構設計

結構設計包括主軸箱，變速箱的結構，以及傳動件（傳動軸，軸承，齒輪，帶輪，離合器，卸荷裝置等），主軸組件，箱體以及連接件的結構設計和布置等等。

4.1齒輪的軸向布置

本次設計中有多處使用了滑移齒輪，而滑移齒輪必須保證當一對齒輪完全脫離後，令一對齒輪才能進入嚙合，否則會產生干涉或變速困難。所以與之配合的固定齒輪間的距離應保證留有足夠的空間，至少不少於齒寬的兩倍，並留有Δ=1~2mm的間隙。

齒輪齒寬一般取b1=（6~12）m，對變速箱內齒輪傳動副模數m=2.5mm，我設計的齒輪寬度b=6m=15mm 。而對於主軸箱內m=3mm，b2=20mm，故變速箱內相鄰固定齒輪間距離B應不小於32mm。

圖7 齒輪的軸向布置

4.2傳動軸及其上傳動元件的布置

4.2.1 I軸的設計

圖8 I軸及其上傳動元件布置圖

I軸上為三聯滑移齒輪，相應的花鍵軸段尺寸為6-32*28*7。左右端均選取深溝球軸承，其型號分別為6205，6206。右端為5齒皮帶輪，與I軸平鍵連接，電機工頭右端V帶輪將動力傳至I軸，又通過滑移齒輪傳動力至II軸。

4.2.2 II軸的設計

圖9 II軸及其上傳動元件布置圖

II軸上為5個固連齒輪，左邊3個為與I軸配合的齒輪，右邊2各與III軸配合。相應花鍵軸段尺寸為6-32*28*7，左，右端均為型號為6205的深溝球軸承。動力從I軸傳至II軸，並通過右邊兩齒輪傳動力至III軸。

4.2.3 III軸的設計

圖10 III軸及其上傳動元件布置圖

III軸上有2聯滑移齒輪，與II軸的2個固定齒輪嚙合。與之配合的相應花鍵軸段尺寸為6-35*30*10。左，右均為型號為6206的深溝球軸承。左端為2齒皮帶輪，動力從II軸傳至III軸，再通過左邊的V帶輪傳動力至IV軸。

4.2.4 IV軸的設計

圖11 IV軸及其上傳動元件布置圖

IV 軸實際上是帶有齒輪，並套在主軸左端的套筒。兩個型號為6214的深溝球軸承支撐套筒增加其剛度。左端為2齒皮帶輪，左邊螺母可調整其軸向位置。動力從III軸徑皮帶輪傳至IV軸，再通過右邊齒輪將動力傳出。

4.2.5 V軸的設計

圖12 V軸及其上傳動元件布置圖

V軸實際上是背輪機構，其上2個滑移齒輪，與控制主軸內齒離合器滑動的撥叉盤用螺栓固連在一起，進而達到變速目的。與之配合的花鍵軸尺寸參數為6-40*35*10。左右均為型號為6206的深溝球軸承。當撥動滑移齒輪，使左端齒輪與IV軸齒輪嚙合時，主軸將得到低6級轉速。若撥動滑移齒輪，使與之故連得撥叉主軸上齒輪直接與IV軸齒輪嚙合時，主軸將得到高8級轉速。

4.2.6主軸的設計

圖13 主軸及其上傳動元件布置圖

主軸上裝有受V軸（背輪機構）上撥叉盤控制的內齒離合器，以及固連在主軸上的與V軸右端小齒輪的齒輪。當IV軸齒輪直接與內齒離合器嚙合時，主軸將得到高6級轉速。當脫開時，故連齒輪與背輪機構恰好接通，通過兩個1：2.8的減速，主軸將得到低6級轉速。

由於主軸比較長，為提高其剛度，本設計採用三支撐方式，其結構要求箱上的3個支撐孔應有高的同軸度，否則溫升和空載功率增大。但3孔同軸加工難度大，一般選中或後支撐為輔助支撐，只有載荷較大，軸產生彎曲變形時，輔助支撐才起作用。

本設計，前支撐作為主要支撐點，選擇雙列短圓柱滾子軸承，型號為NU316型，它承載能力大，摩擦系數小，溫升低，極限轉速高，能很好的滿足設計要求，但不能承受軸向力。本設計在中支撐處選擇兩列51214型推力球軸承，在作輔助支撐的同時，配合前支撐承受軸向力。後支撐採用內圓外錐式滑動軸承，一方面，它能滿足高速，高精度，重載，以及同時承受較大軸，徑向力的要求；另一方面，它能將主軸由前向後的軸向力，充分的傳至機身上，保證主軸良好的運轉精度和動力性能。各滾動軸承均有螺母調整其軸向間隙，內圓外錐式滑動軸承可通過雙向背帽調整其徑向間隙。

4.3主軸的強度校核

主軸作為車床的輸出軸，一方面，通過卡盤帶動被夾工件回轉，另一方面，由於主軸精度，性能要求較高，導致其結構及其上傳動元件布置較復雜，因而主軸一般都較粗，且均做成中空軸，以保證在同等材料用量下，有較高的強度，剛度以及疲勞強度。

本次設計，只針對主軸進行強度校核，其它軸，以及剛度，疲勞強度校核限於篇幅不作討論。

本次設計，主軸的動力來源有兩種，一是通過背輪機構獲得低6級轉速，一是通過內齒離合器獲得高6級轉速。這兩種情況下，主軸的受力狀況顯然不同，因而應分別進行受力分析並校核。

另外，車床主軸前端一般布置卸荷裝置，可將切削過程中的切削力傳至機身上，故在強度校核時不考慮切削力的影響。

由於主軸同時承受彎矩和轉矩，在進行校核時，按彎矩和轉矩的合成強度條件進行校核，根據第三強度理論，可推得：

σc=Mc/W=sqrt（M^2+（ε*T）^2）/W <=[σ-1b] （6）

本設計主軸的材料為經調質處理的45鋼，它的許用疲勞強度[σ-1b]=60Mpa。

在驗算前，先進行一些簡略處理一簡化計算。主軸的結構簡圖如圖13所示，其上傳動元件具體的軸向位置如A0圖紙所示。這里，由於中間支撐僅做輔助支撐，在進行受力分析時，並不將其看做是支撐反力點。左右軸承集中反力作用點，均看做作用在軸承支撐的中點處。現將主軸上各傳動元件的作用點位置和距離表示如下：

圖14 主軸及其上元件軸向位置簡圖

4.3.1 高6級傳動時強度驗算

這種情況下，主軸上右邊的固定齒輪受力，其受力簡圖如圖15所示。

轉矩 T1=9.55*10^3*P1/N1 =9.55*10^3*3*0.84/45 =531N*m

圓周力 Ft1=T1*10^3/（d1/2） =531*10^3/（76*3/2）=4658N

徑向力 Fr1=Ft1*tan（20°）=1695N

水平面上的支反力：FA1=db/（da+db）*Ft1=132/（280+132）*4658N=1492N

FB1= Ft1-FA1=3166N

垂直面上的支反力：FA1』= db/（da+db）*Fr1=543N

FB1』=Fr1-FA1』=1152N

截面C處的水平彎矩：Mc=280*FA1*10^（-3）=418N*m

截面C處的垂直彎矩：Mc』=280*FA1』*10^（-3）=152N*m

截面C處的合成彎矩：Mc1=sqrt（Mc^2+Mc』^2）=445N*m

因主軸單向回轉，視轉矩為脈動循環，ε=[σ-1b]/ [σ0b]=0.6，則截面C處的當量彎矩為：

Mvc1= sqrt（Mc1^2+（ε*T1）^2）=547N*m

軸的受力圖，轉矩圖，彎矩圖如圖15所示。

按彎扭合力來校核軸的強度：

截面C處當量彎矩最大，故可能為危險截面。已知Mc=Mvc1=547N*m。[σ-1b]=60Mpa，

σc=Mc/W=Mc/0.1dc^3 =547*10^3/（0.1*75^3）=13.0Mpa< [σ-1b]=60Mpa

所以其強度足夠。

圖15 低6級軸的強度計算

4.3.2 高6級傳動時強度計算

這種情況下，主軸左邊的內齒離合器直接與IV軸外齒嚙合。其受力簡圖如圖16所示。同理有：

轉矩 T2=9.55*10^3*P2/N2 =9.55*10^3*3*0.84/355 =67.8N*m

圓周力 Ft2=T2*10^3/（d2/2） =67.8*10^3/（27*3/2）=1674N

徑向力 Fr2=Ft2*tan（20°）=609N

水平面上的支反力：FA2=db/（db-da）*Ft2=552/（552-140）*1674N=2242N

FB2= Ft2-FA2=-568N

垂直面上的支反力：FA2』= db/（db-da）*Fr2=816N

FB2』=Fr2-FA2』=-207N

截面A處的水平彎矩：Ma=140*Ft2*10^（-3）=234N*m

截面A處的垂直彎矩：Ma』=280*Fr2』*10^（-3）=85.2N*m

截面A處的合成彎矩：Ma1=sqrt（Ma^2+Ma』^2）=249N*m

同理，截面A處的當量彎矩為：

Mva1= sqrt（Ma1^2+（ε*T2）^2）=252N*m

軸的受力圖，轉矩圖，彎矩圖如圖16所示。

同樣，截面A處當量彎矩最大，故可能為危險截面。已知Ma=Mva1=252N*m。[σ-1b]=60Mpa，

σa=Ma/W=Ma/0.1dc^3 =252*10^3/（0.1*65^3）Mpa =9.2Mpa< [σ-1b]=60Mpa

所以其強度也足夠。

圖16 高6級軸的強度計算

綜上所述，兩種情況下主軸的強度均足夠，故本次設計的主軸尺寸滿足要求。

5.小節

這次專業課程設計師大四上學期進行一次非常關鍵，非常重要的課程設計，它也是畢業設計前最後一次關於機械專業基礎知識的課程設計。我個人對這次設計非常重視。

由於這次課程設計時間與考研沖突，因此很多內容特別是A0圖紙的CM6132機床傳動系統的結構圖完成得比較倉促，其中不乏一些小錯誤和不合理之處。比如I軸上的三聯滑移齒輪布置安排不合理，直接導致滑移齒輪間間距比較大（為了留出空間，保證齒輪之間不幹涉），進而影響了I軸的軸向尺寸乃至整個變速箱的尺寸大小。再比如，變速箱內的多對齒輪嚙合時，沒有考慮採用公用齒輪，以減少II軸上固定齒輪的個數，從而減小II軸的軸向尺寸。還有，連接變速箱與主軸箱的V帶輪尺寸較小，與龐大的主軸箱不是很協調，主軸兩邊端蓋設計得也不盡合理……

當然，通過這次課程設計，也讓我學習了很多，使我本人對機械專業的認識更深，對機床內部傳動系統的結構更加清晰，而這些都是大學里課堂上的書本知識所不可能獲得的，普通的考試所不可能考核檢驗的。從這個方面來說，課程設計不僅僅是考試以外一種考核和檢驗學生知識掌握情況以及運用能力方面的重要補充方式，同時學生通過課程設計，對專業基礎知識和專業領域方面的信息掌握得更加牢固，更加扎實，為以後從事機械工作，以及進行生產實踐活動，奠定了良好的基礎。

6.參考文獻

1.彭文生等主編. 機械設計. 第1版. 北京：高等教育出版社，2002

2.李余慶等主編. 機械製造裝備設計. 第2版. 北京：機械工業出版社，2008

3.唐增寶等主編. 機械設計課程設計. 第1版. 武漢：華中科技大學出版社，2006

4.吳宗澤 主編. 機械零件設計設計受冊[M]. 第1版. 北京：機械工業出版社，2004

❹ 數控車床工藝員畢業論文怎麼寫

河北師范大學職業技術學院畢業論文 數控車床加工程序的優化問題 (針對 Faunc-0i-MateTc 進行分析) 我們在數控車上加工的零件主要還是以回轉件為主,其加工精度一般都比較高,而往往加工精 度高出廢品率也比較高. 那麼我們如何才能保證高的精度而出廢品率低?當然要達到高精度低廢品 率的要求需要考慮的各方面的原因,而本論題主要是側重於從程序這一角度來分析.旨在使車床編 程人員在滿足工藝要求的前提下, 編制出即簡潔, 運算量小又能使機床損耗小, 刀具磨損小的程序. 一, 簡析數控車床的工藝方面問題編制數控機床加工零件程序需要處理一系列的工藝問題. 在普通機床上加工零件的工藝實際上 就是一個工藝卡片,機床加工的切削用量,走刀路線,工序內的工步安排等,往往都是操作工人自 行決定.而數控機床是按程序進行加工的.因此加工中的所有工序,工步,每道工序的切削用量, 走刀路線,加工餘量,以及所用刀具的尺寸,類型等都要預先確定好並編入程序中.為此要求一個 合格的編程人員首先應該是一個很好的工藝員,並對數控機床的性能,特點和應用,切削規范和標 注刀具系統非常熟悉.否則就無法做到全面,周到地考慮零件加工全過程,無法正確,合理地確定 零件加工程序.其加工工藝主要包括:機床加工的切削用量,工序劃分及安排,走刀路線,加工順 序等. 1.1 切削用量的選擇切削用量的選擇:數控加工零件時,其切削用量都預先編到加工程序裡面,在正常的情況下是 人工部允許變動的.只有在試切削或是出現異常情況時,才允許通過速度調節或是電手輪調節其切 削用量.因此程序中所選的切削用量一般是最合理,最優化的.這樣才可以提高其數控加工機床的 加工精度,刀具壽命和生產率,降低加工成本. 影響數控加工切削用量的因素有: (1)機床 切削用量的選擇必須在機床主傳動功率,進給傳動功率,主軸轉速范圍之內.機床刀具工 件系統的剛性是限制切削用量的重要因素. 切削用量的選擇使機床—刀具—工件系統部發 生較大的顫動.對於熱穩定性好,熱變形小,剛性好的數控機床,可以適當加大切削用量. (2)刀具 刀具材料是影響切削用量的有一重要因素.常用的刀具材料有高速鋼,硬質合金,陶瓷和 金剛石.金剛石刀片性能最好,允許很高的切削速度,耐磨性好,硬度高,硬度隨溫度變 化小.數控機床所採用的刀具多是部刃磨可換刀片(機夾刀片)機夾刀片的材料,形狀和 尺寸,必須與程序中切削速度和進給量相適應並存入刀具參數裡面.對於標准刀片的參數 可參考有關的手冊或是產品樣本. (3)工件 加工工件的材料不同,所選用的刀具材料,刀片的類型也不同.要注意其可切削性.優良 的切削性能的標志:在高的切削速度下,有效的形成切屑,較小的餓道具磨損,良好的表 面加工質量採用較高的切削速度, 較小的背吃刀量和進給量, 可以獲得較好的表面粗糙度. 採用合理的恆切削速度,較小的背吃刀量和進給量,可獲得較高的加工精度.工件的測量 除首件全面檢驗外,應隔一段時間對工件的重要尺寸進行檢驗,控制刀具的磨損量及時進 行刀具的補償或更換刀片. (4)冷卻液 冷卻液具有冷卻和潤滑的作用. 冷卻液能帶走切削過程中產生的熱量, 降低工件, 刀具, 夾具和機床的升溫, 減少刀具與工件的摩擦與磨損, 提高刀具壽命和工件的表面加工質量. 使用冷卻液還能提高切削用量.冷卻液必須定期更換,以防老化,腐蝕機床導軌或其他零 件. 1.2 工序劃分的安排 (1)刀具的集中分序法 該法是按所用刀具來劃分工序的方法.用同一把刀完成零件上所所有可第 1 頁 共 8 頁 河北師范大學職業技術學院畢業論文 以完成的部位.再用第二把刀,第三把刀完成他們可以完成的部位.這樣可以減少換刀 的次數,壓縮空行程時間,減少不必要的定位誤差. (2)粗精加工分序法 對於單個零件要先粗加工,半精加工,而後在精加工.對於一批零件要, 應先全部進行粗加工,半精加工,最後在進行精加工,且粗,精加工之間最好先隔一段時 間以使粗加工後的零件的變形得到充分地恢復,然後再進行精加工以提高零件的加工精 度. (注:尤其是對於易變形的零件或是對精度要求較高的零件必須將粗,精加工放在不 同的工序下進行. ) (3)按加工部位分序法 一般是先加工平面,定位面,後加工孔;先加工簡單的幾何形狀,再加 工復雜的幾何形狀;先加工精度低的部位,再加工精度高的部位. 1.3 加工路線的選擇原則及加工順序的安排加工路線的安排及確定 加工路線是指數控機床加工過程中刀具的運動軌跡和方向. 每一道工 序的加工路線的確定都是非常重要的,因為它影響著零件的加工精度及表面粗糙度.其加工路線的 總體劃分原則為:保證加工精度及粗糙度,使得空行程最少及加工路線最短,計算也要方便.但是 在加工路線的確定中還需考慮以下幾點: (1)應盡量減少進,退刀時間和其他輔助時間. (2)選擇合理的進,退刀位置,盡量避免沿零件輪廓法向切入和進給中途停頓,且進,退刀的 位置應選在不重要的位置上. (3)加工路線一般是先加工外輪廓,然後再加工內輪廓. . 加工順序的安排 重點是為了保證定位夾緊時工件的剛性和保證加工精度.一般可按以下原 則來進行: (1)上道工序加工部影響下道工序的裝夾(特別是定位) (2)以相同的裝夾方式或同一把刀加工的工序盡可能採用集中的連續加工,減少重復裝夾,更 換刀具等輔助時間. (3)同一次安裝中的加工內容,以對零件剛性小的內容先行. 指令及其插補方式概 及其插補方式概述 二, 車床數控系統的 G 指令及其插補方式概述 2.1 車床數控系統常用 G 指令 1,快速定位 G00 格式:G00 X(U)_ Z(W)_ 說明:X,Z:為絕對編程時,快速定位終點在工件坐標系中的坐標;U,W:為增量編程時, 快速定位終點相對於起點的位移量;G00 指令刀具相對於工件以各軸預先設定的速度, G00 指令中的快移速度由機床參數 "快 從當前位置快速移動到程序段指令的定位目標點. 移進給速度"對各軸分別設定,不能用 F 規定. 注意: 在執行 G00 指令時,由於各軸以各自速度移動,不能保證各軸同時到達終點,因而聯動直線軸 的合成軌跡不一定是直線.操作者必須格外小心,以免刀具與工件發生碰撞.常見的做法是,將 X 軸移動到安全位置,再放心地執行 G00 指令. G00 一般用於加工前快速定位或加工後快速退刀.快移速度可由面板上的快速修調按鈕修正. G00 為模態功能,可由 G01,G02,G03 或 G32 功能注銷. 2,直線插補 G01 格式: G01 X(U)_ Z(W) _ F_ ; 說明: X,Z:為絕對編程時終點在工件坐標系中的坐標;U,W:為增量編程時終點相對於起 點的位移量;F_:合成進給速度.G01 指令刀具以聯動的方式,按 F 規定的合成進給 速度,從當前位置按線性路線(聯動直線軸的合成軌跡為直線)移動到程序段指令的終點. 第 2 頁 共 8 頁 河北師范大學職業技術學院畢業論文 G01 是模態代碼,可由 G00,G02,G03 或 G32 功能注銷. 3,圓弧進給 G02/G03 格式: G02X(U)_Z(W)_I_K_F 說明:G02/G03 指令刀具,按順時針/逆時針進行圓弧加工.圓弧插補 G02/G03 的判斷,是在 加工平面內,根據其插補時的旋轉方向為順時針/逆時針來區分的.加工平面為觀察者迎 著 Y 軸的指向,所面對的平面. 注意: ①G02: 順時針圓弧插補; G03: 逆時針圓弧插補; ②X, Z: 為絕對編程時,圓弧終點在工件坐標系中的坐標; ③U,W: 為增量編程時,圓弧終點相對於圓弧起點的位移量; ④I, K:圓心相對於圓弧起點的增加量(等於圓心的坐標減去圓弧起點的坐標,在絕對,增量編程 時都是以增量方式指定,在直徑,半徑編程時 I 都是半徑值 R:圓弧半徑,F:被編程的兩個軸的 合成進給速度; 4,螺紋切削 G32 格式:G32 X(U)__Z(W)__ F__ 說明:X, Z: 為絕對編程時,有效螺紋終點在工件坐標系中的坐標; U,W: 為增量編程時,有效螺紋終點相對於螺紋切削起點的位移量; F: 螺紋導程,即主軸每轉一圈,刀具相對於工件的進給值; 注意: ①從螺紋粗加工到精加工,主軸的轉速必須保持一常數; ②在沒有停止主軸的情況下,停止螺紋的切削將非常危險;因此螺紋切削時進給保持功能無效,如 果按下進給保持按鍵,刀具在加工完螺紋後停止運動; ③在螺紋加工中不使用恆定線速度控制功能; ④在螺紋加工軌跡中應設置足夠的升速進刀段δ 和降速退刀段δ′,以消除伺服滯後造成的螺距 誤差. 5,內(外)徑切削循環 G90 圓柱面內(外)徑切削循環 格式: G90 X__Z__F__; 說明:X,Z:絕對值編程時,為切削終點在工件坐標系下的坐標;增量值編程時,為切削終點 相對於循環起點的有向距離. 6,端平面切削循環 G94 格式: G94 X__Z__F 說明:X,Z:絕對值編程時,為切削終點在工件坐標系下的坐標;增量值編程時,為切削終點 相對於循環起點的有向距離 7,螺紋切削循環 G92 格式: G92 X(U)__Z(W)__ F__; 說明:X,Z:絕對值編程時,為螺紋終點在工件坐標系下的坐標;增量值編程時,為螺紋終點 相對於循環起點的有向距離. F:螺紋導程; 8,復合循環有四類復合循環,分別是: G71:內(外)徑粗車復合循環; G72:端面粗車復合循環; G73:封閉輪廓復合循環; G70:精車循環; 運用這組復合循環指令,只需指定精加工路線和粗加工的吃刀量,系統會自動計算粗加工路線 和走刀次數. 第 3 頁 共 8 頁 河北師范大學職業技術學院畢業論文 (1)內(外)徑粗車復合循環 G71 格式:G71 U(△d) R(r) G71 P(ns) Q(nf) X(△x) Z(△z) F(f) S(s) T(t); △d:切削深度(每次切削量); r:每次退刀量; ns:精加工路徑第一程序段的順序號; nf:精加工路徑最後程序段的順序號; △x:X 方向精加工餘量; △z:Z 方向精加工餘量; f,s,t:粗加工中 G71 程序段中編程的 F,S,T 有效,而精加工處於 ns 到 nf 程序段之 間的 F,S,T 有效. 注意: ①G71 指令必須帶有 P,Q 地址 ns,nf,且與精加工路徑起,止順序號對應,否則不能進行 該循環加工. ②ns 的程序段必須為 G00/G01 指令. ③在順序號為 ns 到順序號為 nf 的程序段中,不應包含子程序. (2)端面粗車復合循環 G72 格式:G72 W(△d) R(r) ; G72 P(ns) Q(nf) X(△x) Z(△z) F(f) S(s) T(t); 說明:該循環與 G71 的區別僅在於切削方向平行於 X 軸. (3)固定形狀復合循環 G73 格式:G73 U(△i) W(△k) R(d) ; G73 P(ns) Q(nf) X(△x) Z(△z) F(f) S(s) T(t); 說明:適用於鑄造,鍛造毛坯,與最終零件有相似外形. (4)精車循環 G70 格式:G70 P(ns) Q(nf) ; 2.2 數控機床中的插補原理在理解插補的基本概念之前,應先首先理解脈沖當量的含義.在數控機床中,刀具或是工件最 小的位移量是機床坐標軸運動的一個分辨單位,由檢測裝置辨識,稱為解析度(閉環系統) ,或稱 為脈沖當量(開環系統) .又稱之為最小設定單位.可見刀具的運動軌跡在微觀上是由許多的小線 段構成的折線,不可能使刀具嚴格按照所要求的零件輪廓進行運動,因此只能用折線逼近所要求的 廓形曲線.而"插補"的實質就是使數控系統根據零件輪廓線型的有限信息(包括直線的起點,終 點,圓弧的起點,終點等) ,計算出刀具的一系列的加工點,完成所謂的數據的"密化"工作.也 就是說插補有兩層意思:一是產生基本線型,二是用基本線型擬合其他輪廓曲線.如圖所示常見的 插補方式有: 圓弧插補方式第 4 頁 共 8 頁 直線插補方式 河北師范大學職業技術學院畢業論文 三,橢圓宏程序的編制由於數控車床加工對象為各種類型的回轉面,其中對於圓柱面,錐面,圓弧面,球面等的加工, 可以利用直線插補和圓弧插補指令完成,而對於橢圓等一些非圓曲線構成的回轉體,加工起來具有 一定的難度.這是因為大多數的數控系統只提供直線插補和圓弧插補兩種插補功能,更高檔的數控 系統提供雙曲線,正弦曲線和樣條曲線插補功能,但是一般都沒有橢圓插補功能.因此,在數控機 床上對橢圓的加工大多採用小段直線或者小段圓弧逼近的方法來編制橢圓加工程序. 在這里結合工作實踐對車削橢圓輪廓的宏程序的編制方法進行探討. 3.1 橢圓宏程序的編制原理數控系統的控制軟體,一般由初始化模塊,輸入數據處理模塊,插補運算處理模塊,速度控制 模塊,系統管理模塊和診斷模塊組成.其中插補運算處理模塊的作用是依據程序中給定的輪廓的起 點,終點等數值對起點終點之間的坐標點進行數據密化,然後由控制軟體,依據數據密化得到的坐 標點值驅動刀具依次逼近理想軌跡線的方式來移動,從而完成整個零件的加工. 依據數據密化的原理,我們可以根據曲線方程,利用數控系統具備的宏程序功能,密集的算出 曲線上的坐標點值,然後驅動刀具沿著這些坐標點一步步移動就能加工出具有橢圓,拋物線等非圓 曲線輪廓的工件. 3.2 橢圓宏程序的編制步驟宏編程一般步驟: 1.首先要有標准方程(或參數方程)一般圖中會給出. 2.對標准方程進行轉化,將數學坐標轉化成工件坐標標准方程中的坐標是數學坐標,要應用到 數控車床上,必須要轉化到工件坐標系中. 3.求值公式推導 利用轉化後的公式推導出坐標計算公式. 根據實際選擇計算公式. 4.求值公式選擇 5.編程 公式選擇好後就可以開始編程了. 下面分別就工件坐標原點與橢圓中心重合,偏離等 2 種情況進行編程說明. (1)工件坐標原點與橢圓中心重合 2 2 2 2 橢圓標准方程為 X / a + Y / b =1 ① 2 2 2 2 轉化到工件坐標系中為 Z / a + X / b =1 ② 根據以上公式我們可以推導出以下計算公式第 5 頁 共 8 頁 河北師范大學職業技術學院畢業論文 X = ±b 1 Z 2 / a 2 Z = ±a 1 Z 2 / a 2 ④ ③ 在這里我們取公式③.凸橢圓取+號,凹橢圓取-號.即 X 值根據 Z 值的變化而變化,公式④不 能加工過象限橢圓,所以舍棄. 下面就是 FANUC 系統 0i 橢圓精加工程序: O0001;……………………………… 程序名 #1=100; ……………………………用#1 指定 Z 向起點值 #2=100; ……………………………用#2 指定長半軸 #3=50; ………………………………用#3 指定短半軸 G99 T0101 S500 M03; ………… 機床准備相關指令 G00 X150. Z150. M08; ………… 程序起點定位,切削液開 X0Z101.;…………………………快速定位到靠近橢圓加工起點的位置 N1WHILE[#1GE-80]DO1; …………於-80 時執行 DO1 到 END1 之間的程序 2 2 #4=#3*SQRT[1-#1*#1/[#2*#2]]; …計算 X 值,就是把公式 X = ± b 1 Z / a 裡面的各值用變數代替 G01 X[#4*2] Z#1 F0.15; …………直線插補 #1=#1-0.1; ………………………步距 0.1,即 Z 值遞減量為 0.1,此值過大 影響形狀精度,過小加 重系統運算負擔, 應在滿足形狀精度的前提下盡可能取大值. END1; ………………………………語句結束,這里的 END1 與上面的 DO1 對應 G01 Z-110.; ………………………加工圓柱面 X102.; ………………………………退刀 G00 X150. Z150.;…………………回程序起點 M09; …………………………………切削液關 M05; …………………………………主軸停止 M30; …………………………………程序結束 (2) 工件坐標原點與橢圓中心偏離 數控車床編程原點與橢圓中心不重合,這時需要將橢圓 Z(X)軸負向移動長半軸的距離,使起 2 2 2 2 點為 0,原公式 Z / a + X / b =1 轉變為: 2 ( Z Z1 ) 2 / a 2 + X X 1) / b 2=1 ( ⑤ Z1----編程原點與橢圓中心的 Z 向偏距;此例中為-100 X1----編程原點與橢圓中心的 X 向偏距;此例中為 0 第 6 頁 共 8 頁 河北師范大學職業技術學院畢業論文 可推導出計算公式: 2 X = ± b 1 Z Z1) / a 2 + X 1 ( ⑥ (精加工程序) O0001; ……………………………程序名 #1=0; ……………………………用#1 指定 Z 向起點值 #2=100; …………………………用#2 指定長半軸 #3=50; …………………………用#3 指定短半軸 #5=-100; ……………………… Z 向偏距 G99 T0101 S500 M03; …………機床准備相關指令 G00 X150. Z150. M08; ……… 程序起點定位,切削液開 X0 Z1.;…………………………快速定位到靠近橢圓加工起點的位置 N1WHILE[[#1-#5]GE-80]DO1; ……於-80 時執行 DO1 到 END1 之間的程序 2 2 #4=#3*SQRT[1-[#1-#5]*[#1-#5]/[#2*#2]]; …計算 X 值, 就是把公式 X = ± b 1 Z / a 裡面的各 值用變數代替 G01 X[#4*2] Z[#1-#5] F0.15; ……直線插補 #1=#1-0.1; …………………………步距 0.1,即 Z 值遞減量為 0.1 END1; …………………………………循環語句結束 G01 Z-110 ; …………………………加工圓柱面 X102.; …………………………………平圓柱的階梯端面 G00 X150. Z150. M09; ………………快速退刀並切削液關 M05; ……………………………………主軸停止 M30; ……………………………………程序結束 3.3 完整粗,精加工程序以上兩個實例均只編寫了精加工程序,另外可以利用宏調用子程序進行粗加工,下面以第一個 圖(工件坐標原點與橢圓中心重合的零件)為例說明. O0001; ……………………………………程序名 #6=95;…………………………………定義總的加工餘量 G99 T0101 S500 M03; …………………機床的相關准備工作 G00 X150. Z150. M08; …………………程序起點位置切削液開 G00 X#6 Z101.;………………………程序循環起點 N10 #6=#6-5;……………………………每循環完一次 X 向進 5 M98 P0002; ……………………………子程序的調用 IF [#6GE0]GOTO10; ……………………執行 N10 到 IF 之間的語句 G00 X150.Z150.; ………………………快退到換刀點 M05; ……………………………………主軸停止 M30; ……………………………………主程序結束 O0002 子程序 #1=100; ………………………………用#1 指定橢圓加工 Z 向起點值 #2=100; ………………………………用#2 指定長半軸 #3=50; ………………………………用#3 指定短半軸 WHILE[#1GE-80]DO1; ………………於-80 時執行 DO1 到 END1 之間的程序 #4=#3*SQRT[1-#1*#1/[#2*#2]]; … 計算 X 值,把數學公式用變數替代第 7 頁 共 8 頁 河北師范大學職業技術學院畢業論文 G01 X[#4*2+#6] Z#1 F0.15; ………進行直線 #1=#1-0.1; ………………………步距 0.1,即 Z 值遞減量為 0.1 END1; ……………………………循環語句結束 G01Z-110 ; ……………………加工圓柱面 X102.; …………………………平圓柱的階梯端面 G00 Z101.; ……………………Z 向退刀 X#6;……………………………X 向退刀循環起點 M99; ……………………………子程序結束並返回主程序 除了用標准方程加工橢圓外,還可以用參數方程加工橢圓曲線.在這里就不一一闡述了. 3.4 加工橢圓的注意事項利用數控車床加工橢圓曲線,應注意以下幾點: (1)車削後工件的精度與編程時所選擇的步距有關.步距值越小,加工精度越高;但是減小步距 會造成數控系統工作量加大,運算繁忙,影響進給速度的提高,從而降低加工效率.因此, 必須根據加工要求合理選擇步距,一般在滿足加工要求前提下,盡可能選取較大的步距. (2)對於橢圓軸中心與 Z 軸不重合的零件,需要將工件坐標系進行偏置後,然後按文中所述的方 法進行加工. 結論不同的加工方案就會出現不同的加工路徑,每一條加工路徑都有其各自的特色,有的會是加工 效率高,但是機床和刀具的損耗大,不宜於大批量加工;而有的加工路徑則效率適中,機床和刀具 的損耗相對較小,從而在大批量生產時,零件的尺寸精度波動比較小. 在使用宏程序編程,大部分零件尺寸和工藝參數可以傳遞到宏程序中,程序的修改比較方便. 圖樣改變時,僅需修改幾個參數,因此,柔性好,極易實現系列化生產.另外,使用宏程序除了能 加工橢圓面外,還可以加工拋物線,雙曲線等非圓曲線,有效的擴展數控機床的加工范圍,提高加 工效率和品質,充分發揮機床的使用價值. 主要參考文獻 (1) 盧增懷.數控車床上橢圓的編程與零件的加工.機械加工. 2007/5/66 (2) 孫摘茂.數控機床加工編程技術〔M]北京:機械工業出版社 2004. (3) 北京發那克機電有限公司.BEIJING-FANUCOM 操作編程說明書 [Z]. 北 京 .北京發那 克機電有限公司 2000. 1998 (4) 嚴愛珍 機床數控原理與系統 北京 機械工業出版社 (5) 郭培全 數控機床編程與應用 北京 機械工業出版社 2000 (6) 於華 數控機床編程與實例 北京 機械工業出版社 1996 第 8 頁 共 8 頁

❺ 機械專業畢業論文開題報告

機械專業畢業論文開題報告範文（精選6篇）

在生活中，報告與我們愈發關系密切，要注意報告在寫作時具有一定的格式。那麼什麼樣的報告才是有效的呢？下面是我整理的機械專業畢業論文開題報告範文，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。

機械專業畢業論文開題報告 篇1

論文題目：

MC無機械手換刀刀庫畢業設計開題報告

本課題的研究內容

本論文是開發設計出一種體積小、結構緊湊、價格較低、生產周期短的小型立式加工中心無機械手換刀刀庫。主要完成以下工作：

1、調研一個加工中心，了解其無機械手換刀刀裝置和結構。

2、參照調研的加工中心，進行刀庫布局總體設計。畫出機床總體布置圖和刀庫總裝配圖，要有方案分析，不能照抄現有機床。

3、設計該刀庫的一個重要部分，如刀庫的轉位機構(包括定位裝置，刀具的夾緊裝置等)，畫出該部件的裝配圖和主要零件(如殼體、蝸輪、蝸桿等3張以上工作圖。

4、撰寫設計說明書。

本課題研究的實施方案、進度安排

本課題採取的研究方法為：

(1)理論分析，參照調研的加工中心，進行刀庫布局總體設計。

進度安排：

2009.3.16-3.20 收集相關的畢業課題資料。

2009.3.23-3.27 完成開題報告。

2009.3.30-4.17 完成畢業設計方案的制定、設計及計算。

2009.4.20-5.15 完成刀庫的設計

2009.5.18-5.29 完成畢業設計說明書。

2009.6.01-6.08 畢業設計答辯。

主要參考文獻

[1] 廉元國,張永洪. 加工中心設計與應用 [M]. 北京:機械工業出版社,1995.3

[2] 惠延波,沙傑.加工中心的數控編程與操作技術 [M]. 北京:機械工業出版社2000.12

[3] 勵德瑛.加工中心的發展趨勢 [J]. 機車車輛工藝,1994,6

[4] 徐正平.CIMT2001 加工中心評述[J]. 製造技術與機床,2001,6

[5] 劉利. FPC-20VT 型立式加工中心[J]. 機械製造,1994,7

[6] 李洪. 實用機床設計手冊 [M]. 沈陽:遼寧科學技術出版社,1999.1

[7] 劉躍南.機械繫統設計[M].北京:機械工業出版社,1998.8

[8] Panasonic 交流伺服電機驅動器 MINASA 系列使用說明書

[9] 成大先.機械設計手冊第四版第 2 卷[M]. 北京:化學工業出版社,2001.11

[10] 成大先.機械設計手冊第四版第 3 卷[M]. 北京:化學工業出版社,2001.11

機械專業畢業論文開題報告 篇2

1 課題提出的背景與研究意義

1.1 課題研究背景

在數控機床移動式加工中移動部件和靜止導軌之間存在著摩擦，這種摩擦的存在增加了驅動部件的功率損耗，降低了運動精度和使用壽命，增加了運動雜訊和發熱，甚至可能使精密部件變形，限制了機床控制精度的提高。由於摩擦與運動速度間存在非線性關系，特別是在低速微進給情況下，這種非線性關系難以把握，可能產生所謂的尺蠖運動方式或混沌不清的極限環現象，嚴重破壞了對微進給、高精度、高響應能力的進給性能要求。為此，把消除或減少摩擦的不良影響，作為提高機床技術水平的努力方向之一。該課題提出的將磁懸浮技術應用到數控機床加工中，即可以做到消除移動部件與靜止導軌之間存在的摩擦及其不良影響。對提高我國機床工業水平及趕上或超過國際先進水平具有重大意義，且社會應用前景廣闊。

1.2課題研究的意義

機床正向高速度、高精度及高度自動化方向發展。但在高速切削和高速磨削加工場合，受摩擦磨損的影響，傳統的滾動軸承的壽命一般比較短，而磁懸浮軸承可以克服這方面的不足，磁懸浮軸承具有的高速、高精度、長壽命等突出優點，將逐漸帶領機電行業走向一個沒有摩擦、沒有損耗、沒有限速的嶄新境界。超高速切削是一種用比普通切削速度高得多的速度對零件進行加工的先進製造技術，它以高加工速度、高加工精度為主要特徵，有非常高的生產效率，磁懸浮軸承由於具有轉速高、無磨損、無潤滑、可靠性好和動態特性可調等突出優點，而被應用於超高速主軸系統中。要實現高速切削，必須要解決許多關鍵技術，其中最主要的就是高速切削主軸系統，而選擇合理的軸承型式對實現其高轉速至關重要。其中，磁懸浮軸承是高速切削主軸最理想的支承型式之一。磁懸浮軸承可以滿足超高速切削技術對超高速主軸提出的性能要求。但它與普通滑動或滾動軸承的本質區別在於，系統開環不穩定，需要實施主動控制，而這恰恰使得磁懸浮軸承具有動特性可控的優點磁懸浮軸承是一個復雜的機電磁一體化產品，對其精確的分析研究是一項相當困難的工作，如果用實驗驗證則會碰到諸如經費大、周期長等困難，在目前國內情況下不能採取國外以試驗為主的研究方法，主要從理論上進行研究，利用計算機軟體對磁懸浮控制系統進行模擬是一種獲得磁懸浮系統有關特徵簡便而有效的方法。這就是本課題的研究目的和意義。

2 本課題國內外的研究現狀

磁懸浮軸承的應用與發展可以說是傳統支承技術的革命。由於具有無機械接觸和可實現主動控制兩個顯著的優點，主動磁懸浮軸承技術從一開始就引起了人們的重視。磁懸浮軸承的研究最早可追溯到1937年，Holmes和Beams利用交流諧振電路實現了對鋼球的懸浮。自1988年起，國際上每兩年舉行一屆磁懸浮軸承國際會議，交流和研討該領域的最新研究成果；1990年瑞士聯邦理工學院提出了柔性轉子的研究問題，同年G.Schweitzer教授提出了數字控制問題；1998年瑞士聯邦理工學院的R.Vuillemin和B.Aeschlimann等人提出了無感測器磁懸浮軸承。近十年，瑞士、美國、日本等國家研製的電磁懸浮軸承性能指標已經很高，並且已成功應用於透平機械、離心機、真空泵、機床主軸等旋轉機械中，電磁懸浮軸承技術在航空航天、計算機製造、醫療衛生及電子束平版印刷等領域中也得到了廣泛的應用。縱觀2006年在洛桑和托里諾召開的第10界國際磁軸承研討會，磁軸承主要應用研究為磁軸承在高速發動機、核高溫反應堆（HTR-10GT）、人造心臟和回轉儀等方面。國內在磁懸浮軸承技術方面的研究起步較晚，對磁懸浮軸承的研究起步於80年代初。

1983年上海微電機研究所採用徑向被動、軸向主動的混合型磁懸浮研製了我國第一台全懸浮磁力軸承樣機；1988年哈爾濱工業大學的陳易新等提出了磁力軸承結構優化設計的理論和方法，建立了主動磁力軸承機床主軸控制系統數學模型，這是首次對主動磁力軸承全懸浮機床主軸從結構到控制進行的系統研究；1998年，上海大學開發了磁力軸承控制器（600W）用於150m制氧透平膨脹機的控制；2000年清華大學與無錫開源機床集團有限公司合作，實現了內圓磨床磁力軸承電主軸的'工廠應用實驗。目前，國內清華大學、西安交通大學、國防科技大學、哈爾濱工業大學、南京航空航天大學等等都在開展磁懸浮軸承方面的研究。2002年清華大學朱潤生等對主動磁懸浮軸承主軸進行磨削試驗，當轉速60000r／min、法向磨削力100N左右時，精度達到小於8m的水平，精磨磨削效率基本達到工業應用水平。2003年6月，南京航空航天大學磁懸浮應用技術研究所研製的磁懸浮乾燥機的性能指標已通過江蘇省技術鑒定，向工業應用邁出了可喜的一步。2005年「濟南磁懸浮工程技術研究中心」研製的磁懸浮軸承主軸設備，在濟南第四機床廠做磨削試驗，成功磨製出一個內圓孔工件，這是我國第一個用磁懸浮軸承主軸加工的工件。此項技術填補了國內空白。近幾年來，由於微電子技術、信號處理技術和現代控制理論的發展，磁懸浮軸承的研究也取得了巨大進展。

從總體上看，磁懸浮軸承技術正向以下幾個方向發展：

(1)理論分析更注重系統的轉子動力學分析，更多地運用非線性理論對主動

磁懸浮轉子系統的平衡點和穩定性進行分析；更注重建立系統的非線性耦合模型以求得更好的性能。

(2)注重系統的整體優化設計，不斷提高其可靠性和經濟性，以期獲得磁懸浮軸承更加廣泛的應用前景。

(3)控制器的實現越來越多的採用數字控制。為達到更高的性能要求，控制器的數字化、智能化、集成化成為必然的發展趨勢。由於數字控制器的靈活性，各種現代控制理論的控制演算法均在磁懸浮軸承上得到嘗試。

(4)發展了多種新型磁懸浮軸承如：無感測器磁懸浮軸承、無軸承電機超導磁懸浮軸承、高溫磁懸浮軸承。此外，磁懸浮機床主軸在各方面也有較大的發展空間如：高潔凈鋼材Z鋼和EP鋼的引入；陶瓷滾動體，重量比鋼球輕40%；潤滑技術的開發，對於高速切削液的主軸，油液和油霧潤滑能有效防止切削液進入主軸；保持架的開發，聚合物保持架具有重量，自潤滑及低摩擦系數的特點從應用的角度看，磁懸浮軸承的潛力尚未得到的發掘，而它本身也未達到替代其它軸承的水平，設計理論，控制方法等都有待研究和解決。

3 課題的研究目標與研究內容

3.1 研究目標

控制器是主動控制磁懸浮軸承研究的核心，因此正確選擇控制方案和控制器參數，是磁懸浮軸承能夠正常工作和發揮其優良性能的前提。該課題主要研究單自由度磁懸浮系統，其結構簡單，性能評判相對容易、研究周期短，並且可以擴展到多自由度磁懸浮系統的研究。針對磁懸浮主軸系統的非線性以及在控制方面的特點，該課題探索出提高系統總體性能和動態穩定性的有效控制策略。

3.2 主要研究內容

（1）闡述課題的研究背景與意義，對國內外相關領域的研究狀況進行綜述。

（2）對磁懸浮機床主軸的動力學模型進行分析，並將其數值化、離散、解耦和降階等，為後續研究

機械專業畢業論文開題報告 篇3

1、 目的及意義(含國內外的研究現狀分析)

本人畢業設計的課題是」鋼坯噴號機行走部件及總體設計」,並和我的一個同學(他課題是「鋼坯噴號機噴號部件設計」)一起努力共同完成鋼坯噴號機的設計。我們的目的是設計一種價格相對便宜，工作性能可靠的鋼坯噴號機來取代用人工方法在鋼坯上寫編號。

對鋼坯噴號是鋼鐵製造業必然需要存在的一個環節，這是為了實現質量管理和質量追蹤。我們把生產鋼坯對應的連鑄機號、爐座號、爐號、流序號以及表示鋼坯生產時間的時間編號共同組成每塊鋼坯的唯一編號，適當的寫在鋼坯的表面。這樣就在鋼鐵廠的後續檢驗或在客戶使用過程中，如果發現鋼坯的質量有問題，就可以根據這個編號來追蹤到生產這個鋼坯的連鑄機、爐座、爐號、流序及時間等重要信息，及早的發現並解決生產設備中存在的問題。

目前，在國外像日本、美國等一些發達國家已經實現了對鋼坯的自動編號，雖然其輔助設備較多，價格較貴，但大大提高生產的自動化進程和效率。並且鋼坯噴號機具有設備利用率高、位置精度高、可控制性能好等優點。而在國內，除了少數的幾家大型鋼鐵企業(寶鋼、鞍鋼等)引進了自動鋼坯噴號機，大部分的鋼鐵企業仍然處在人工編號的階段。

實現鋼坯噴號的機械化和自動化是提高生產效率和降低生產成本的重要途徑之一，鋼坯噴號機無論在國內還是國外都會有很大的市場。一方面因為人工的工藝流程不但浪費了大量的能量，而且打斷了生產的自動化進程，從而致使生產效率降低，生產成本增加。另一方面由於生產鋼坯的車間溫度很高，有強烈的熱輻射，同時還有大量的水蒸氣和粉塵，因此對其中進行人工編號的工人的勞動強度非常大，並且對身體是一種摧殘，容易得職業病。所以無論從那個方面看都急需一種價格相對便宜，工作性能可靠的鋼坯噴號機來代替人工編號。

作為一個大學生，畢業設計對我來說是展示我大學四年學習成果的一個機會，也是對我的綜合能力的一個考驗。我本人對「鋼坯噴號機行走部件及總體設計」的課題也非常感興趣，我一定會努力完成這次畢業設計的。總的來說，鋼坯噴號機對於鋼鐵廠和這次畢業設計對於我都是具有現實意義的。

2、基本內容和技術方案

本課題是基於機械設計與電子控制結合的技術來設計鋼坯噴號機。經連連軋的鋼坯規格為160mmx200mm的方形鋼坯，用切割機割成定長，由300mm寬的輸出通道送出。

1.基本內容

先擬定鋼坯噴號機的總體方案，然後確定鋼坯噴號機行走部件的傳動方案及結構參數，最後畫出鋼坯噴號機行走部件的裝配圖以及零件圖。

2.系統技術方案

(1)工作過程：啟動機器PLC控制步進電機帶動鋼坯噴號機到相應的位置，按下啟動鍵發送控制信號傳到控制部件(PLC)，控制部件發出控制命令給執行部件(主要是行走部件及噴號部件，行走部件帶動噴頭靠近鋼坯表面，然後噴頭進行噴號)，噴號完成後噴頭上升並清洗號碼牌。再次移動噴號到下一個鋼坯處。

(2)要求實現的功能：行走部件功能(噴號機整體左右的移動，噴號部件的上下前後移動，噴頭的左右移動)、噴號部件功能(噴頭噴號，清洗號碼牌，號碼牌的更換)。其中號碼為(0—9)十個數字，號碼可以變化更換。每個號碼大小為35mmx15mm，號碼間距為5mm。

(3)實現方案：

行走功能的實現：由於在鋼坯上噴號並不需要很精確的定位，所以採用人工控制步進電機的方式移動整體噴號機來粗調。採用液壓缸提供動力來推動噴號部件，並採用行程開關控制電機來實現噴號部件上下移動，下行程開關可以控制噴號部件與鋼坯表面之間的間距和發出信號使噴頭開始噴塗料並向右移動。採用液壓缸推動，滾輪在導架上滾動的方式實現噴好機構的前後移動，並採用行程開關控制電機來實現噴頭的左右移動，右行程開關可以控制噴頭停止噴塗料並回到初始位置和噴號部件向上移動。

噴號功能的具體實現方案由和我一組的同學確定。

3、進度安排

3-4周 認真閱讀和學習有關資料和知識，並翻譯英文文獻

5-7周 鋼坯噴號機行走部件的傳動方案及總體設計

8-9周 確定鋼坯噴號機行走部件結果參數

10-13周 完成鋼坯噴號機行走部件裝配圖及零件工作圖

14-15周 准備並進行畢業答辯

機械專業畢業論文開題報告 篇4

1. 設計（或研究）的依據與意義

十字軸是汽車萬向節上的重要零件，規格品種多，需求量大。目前，國內大多採用開式模鍛和胎模鍛工藝生產，其工藝過程為：制坯→模鍛→切邊。生產的鍛件飛邊大，鍛件加工餘量和尺寸公差大，因而材料利用率低；而且工藝環節多，鍛件質量差，生產效率低。

相比之下，十字軸冷擠壓成形的具有以下優點：

1、提高勞動生產率。用冷擠壓成形工藝代替切削加工製造機械零件，能使生產率大大提高。

2、製件可獲得理想的表面粗糙度和尺寸精度。冷擠壓十字軸類零件的精度可達ITg---IT8級，表面粗糙度可達Ra O．2～1．6。因此，用冷擠壓成形的十字軸類零件一般很少再切削加工，只需在要求特別高之處進行精磨。

3、提高零件的力學性能。冷擠壓後金屬的冷加工硬化，以及在零件內部形成合理的纖維流線分布，使零件的強度高於原材料的強度。

4、降低零件成本。冷擠壓成形是利用金屬的塑性變形製成所需形狀的零件，因而能大量減少切削加工，提高材料的利用率，從而使零件成本大大降低。

2. 國內外同類設計（或同類研究）的概況綜述

利用切削加工方法加工十字軸類零件，生產工序多，效率低，材料浪費嚴重，並且切削加工會破壞零件的金屬流線結構。目前國內大多採用熱模鍛方式成形十字軸類零件，加熱時產生氧化、脫碳等缺陷，必然會造成能源的浪費，並且後續的機加工不但浪費大量材料，產品的內在和外觀質量並不理想。

採用閉式無飛邊擠壓工藝生產十字軸，鍛件無飛邊，可顯著降低生產成本，提高產品質量和生產效率：

（1）不僅能節省飛邊的金屬消耗，還能大大減小或消除敷料，可以節約材料30﹪；由於鍛件精化減少了切削加工量，電力消耗可降低30﹪；

（2）鍛件質量顯著提高，十字軸正交性好、組織緻密、流線分布合理、纖維不被切斷，扭轉疲勞壽命指標平均提高2~3倍；

（3）由於一次性擠壓成型，生產率提高25%.

數值模擬技術是CAE的關鍵技術。通過建立相應的數學模型，可以在昂貴費時的模具或附具製造之前，在計算機中對工藝的全過程進行分析，不僅可以通過圖形、數據等方法直觀地得到諸如溫度、應力、載荷等各種信息，而且可預測存在的缺陷；通過工藝參數對不同方案的對比中總結出規律，進而實現工藝的優化。數值模擬技術在保證工件質量、減少材料消耗、提高生產效率、縮短試制周期等方面顯示出無可比擬的優越性。

目前，用於體積成形工藝模擬的商業軟體已有「Deform」、「Autoforge」等軟體打入中國市場。其中，DEFORM軟體是一套基於有限元的工藝模擬系統，用於分析金屬成形及其相關工業的各種成形工藝和熱處理工藝。DEFORM無需試模就能預測工業實際生產中的金屬流動情況，是降低製造成本，縮短研發周期高效而實用的工具。二十多年來的工業實踐清楚地證明了基於有限元法DEFORM有著卓越的准確性和穩定性，模擬引擎在大金屬流動，行程載荷和產品缺陷預測等方面同實際生產相符保持著令人嘆為觀止的精度。

3. 課題設計（或研究）的內容

1）完成十字軸徑向擠壓工藝分析，完成模具總裝圖及零件圖設計。

2）建立十字軸徑向擠壓成形模具的三維模型。

3）十字軸徑向擠壓成形過程數值模擬。

4）相關英文資料翻譯。

4. 設計（或研究）方法

1）完成十字軸徑向擠壓成形工藝分析，繪制模具總裝圖及零件圖。

2）寫畢業論文建立十字軸徑向擠壓成形模具的三維模型。

3）完成十字軸徑向擠壓成形過程數值模擬。

4）查閱20篇以上與課題相關的文獻。

5）完成12000字的論文。

6）翻譯10000個以上英文印刷符號。

5. 實施計劃

04-06周：文獻檢索，開題報告。

07-10周：進行工藝分析、繪制模具二維圖及模具三維模型設計。

11-13周：進行數值模擬。

14-16周：撰寫畢業論文。

17周：進行答辯。

機械專業畢業論文開題報告 篇5

一、畢業設計題目的背景

三級圓錐—圓柱齒輪減速器，第一級為錐齒輪減速，第二、三級為圓柱齒輪減速。這種減速器具有結構緊湊、多輸出、傳動效率高、運行平穩、傳動比大、體積小、加工方便、壽命長等優點。因此，隨著我國社會主義建設的飛速發展，國內已有許多單位自行設計和製造了這種減速器，並且已日益廣泛地應用在國防、礦山、冶金、化工、紡織、起重運輸、建築工程、食品工業和儀表製造等工業部門的機械設備中，今後將會得到更加廣泛的應用。

二、主要研究內容及意義

本文首先介紹了帶式輸送機傳動裝置的研究背景，通過對參考文獻進行詳細的分析，闡述了齒輪、減速器等的相關內容；在技術路線中，論述齒輪和軸的選擇及其基本參數的選擇和幾何尺寸的計算，兩個主要強度的驗算等在這次設計中所需要考慮的一些技術問題做了介紹；為畢業設計寫作建立了進度表，為以後的設計工作提供了一個指導。最後，給出了一些參考文獻，可以用來查閱相關的資料，給自己的設計帶來方便。

本次課題研究設計是大學生涯最後的學習機會，也是最專業的一次鍛煉，它將使我們更加了解實際工作中的問題困難，也使我對專業知識又一次的全面總結，而且對實際的機械工程設計流程有一個大概的了解，我相信這將對我以後的工作有實質性的幫助。

三、實施計劃

收集相關資料：20XX年4月10日——4月16日

開題准備： 4月17日——4月20日

確定設計方案：4月21日——4月28日

進行相關設計計算：4月28日——5月8日

繪制圖紙：5月9日——5月15日

整理材料：5月15日——5月16日

編寫設計說明書：5月17日——5月20日

准備答辯：

四、參考文獻

[1] 王昆等 機械設計課程設計 高等教育出版社,1995.

[2] 邱宣懷 機械設計第四版 高等教育出版社,1997.

[3] 濮良貴 機械設計第七版 高等教育出版社,2000.

[4] 任金泉 機械設計課程設計 西安交通大學出版社,2002.

[5] 許鎮寧 機械零件 人民教育出版社,1959.

[6] 機械工業出版社編委會 機械設計實用手冊 機械工業出版社,2008

機械專業畢業論文開題報告 篇6

1. 設計（或研究）的依據與意義

十字軸是汽車萬向節上的重要零件，規格品種多，需求量大。目前，國內大多採用開式模鍛和胎模鍛工藝生產，其工藝過程為：制坯→模鍛→切邊。生產的鍛件飛邊大，鍛件加工餘量和尺寸公差大，因而材料利用率低；而且工藝環節多，鍛件質量差，生產效率低。

相比之下，十字軸冷擠壓成形的具有以下優點：

1、增強勞動生產率。用冷擠壓成形工藝代替切削加工製造機械零件，能使生產率大大增強。

2、製件可獲得理想的表面粗糙度和尺寸精度。冷擠壓十字軸類零件的精度可達ITg---IT8級，表面粗糙度可達Ra O．2～1．6。因此，用冷擠壓成形的十字軸類零件一般很少再切削加工，只需在要求特別高之處進行精磨。

3、增強零件的力學性能。冷擠壓後金屬的冷加工硬化，以及在零件內部形成合理的纖維流線分布，使零件的強度高於原材料的強度。

4、降低零件成本。冷擠壓成形是利用金屬的塑性變形製成所需形狀的零件，因而能大量減少切削加工，增強材料的利用率，從而使零件成本大大降低。

2. 國內外同類設計（或同類研究）的概況綜述

利用切削加工方法加工十字軸類零件，生產工序多，效率低，材料浪費嚴重，並且切削加工會破壞零件的金屬流線結構。目前國內大多採用熱模鍛方式成形十字軸類零件，加熱時產生氧化、脫碳等缺陷，必然會造成能源的浪費，並且後續的機加工不但浪費大量材料，產品的內在和外觀質量並不理想。

採用閉式無飛邊擠壓工藝生產十字軸，鍛件無飛邊，可顯著降低生產成本，增強產品質量和生產效率：

（1）不僅能節省飛邊的金屬消耗，還能大大減小或消除敷料，可以節約材料30％；由於鍛件精化減少了切削加工量，電力消耗可降低30％；

（2）鍛件質量顯著增強，十字軸正交性好、組織緻密、流線分布合理、纖維不被切斷，扭轉疲勞壽命指標平均增強2~3倍；

（3）由於一次性擠壓成型，生產率增強25%.

數值模擬技術是CAE的關鍵技術。通過建立相應的數學模型，可以在昂貴費時的模具或附具製造之前，在計算機中對工藝的全過程進行分析，不僅可以通過圖形、數據等方法直觀地得到諸如溫度、應力、載荷等各種信息，而且可預測存在的缺陷；通過工藝參數對不同方案的對比中總結出規律，進而實現工藝的優化。數值模擬技術在保證工件質量、減少材料消耗、增強生產效率、縮短試制周期等方面顯示出無可比擬的優越性。

目前，用於體積成形工藝模擬的商業軟體已有「Deform」、「Autoforge」等軟體打入中國市場。其中，DEFORM軟體是一套基於有限元的工藝模擬系統，用於分析金屬成形及其相關工業的各種成形工藝和熱處理工藝。DEFORM無需試模就能預測工業實際生產中的金屬流動情況，是降低製造成本，縮短研發周期高效而實用的工具。二十多年來的工業實踐清楚地證明了基於有限元法DEFORM有著卓越的准確性和穩定性，模擬引擎在大金屬流動，行程載荷和產品缺陷預測等方面同實際生產相符保持著令人嘆為觀止的精度。

3. 課題設計（或研究）的內容

1）完成十字軸徑向擠壓工藝分析，完成模具總裝圖及零件圖設計。

2）建立十字軸徑向擠壓成形模具的三維模型。

3）十字軸徑向擠壓成形過程數值模擬。

4）相關英文資料翻譯。

4. 設計（或研究）方法

1）完成十字軸徑向擠壓成形工藝分析，繪制模具總裝圖及零件圖。

2）畢業論文建立十字軸徑向擠壓成形模具的三維模型。

3）完成十字軸徑向擠壓成形過程數值模擬。

4）查閱20篇以上與課題相關的文獻。

5）完成12000字的論文。

6）翻譯10000個以上英文印刷符號。

5. 實施計劃

04-06周：文獻檢索，開題報告。

07-10周：進行工藝分析、繪制模具二維圖及模具三維模型設計。

11-13周：進行數值模擬。

14-16周：撰寫畢業論文。

17周：進行答辯。

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❻ plc畢業設計論文

PLC和變頻器在中央空調系統中的節能應用

摘要:介紹一種以PLC作為總控制部件，採用變頻器控制中央空調冷凍水循環泵，構成恆壓
循環供水；變頻調速循環供水，以及用PLC控制一台軟起動器分別起動4台井水泵的控制系統。
從而實現節能的目的，提高系統的可靠性，確保設備的安全運行。

關鍵詞：PLC；變頻器；軟起動器；節能

1引言
晶澳太陽能有限公司採用3台設備製冷機組用
於生產設備製冷，設備冷凍水循環泵2台，額定功
率30kW，一備一用。另採用2台空調製冷機組用
於環境製冷，空調冷凍水循環泵3台，額定功率
37kW，二用一備。兩種循環水泵均為工頻全速運轉，
由於設備冷凍水採用傳統的固定節流方式來滿足生
產設備恆壓供水要求和空調冷凍水採用固定節流的
方式實現調節室內溫度的目的，造成了大量電能的
浪費，減短了水泵和閥門的使用壽命。現改造為由
PLC作為核心控制部件，由變頻器和設備冷凍水泵
組成恆壓供水系統。空調冷凍水根據溫差△T控制
原理，由變頻器，PID溫差控制器，溫度變送器，
循環泵組成溫差△T控制變頻調速系統。
現公司有4口水井，井水泵額定功率為75kW，
採用工頻恆速運行。井水統一供給兩種製冷機組冷
卻水、其他車間用水、消防用水等。由於井水泵的
自耦降壓起動方式控制機構寵大，故障率高。現改
造為由PLC控制一台軟起動器分別起動4台井水泵
的起動方式。
2硬體配置
設計選用一台PLC作為核心控制部件，控制井
水泵的軟起動，設備冷凍水恆壓供水和空調冷凍水
的變頻調速。其中，PLC選用Siemens公司的s7-200，
CPU選用S7-222，電源模塊一塊，數字擴展模塊選
用EM223 24VDC 16輸入/16輸出。共24個輸入點，
22個輸出點。數字量輸入主要有循環泵手/自動運行
方式的切換，循環水泵和井水泵的手動啟/停操作和
井水流量反饋。數字輸出點用於19點繼電器輸出和
兩個冷凍水系統故障報警和井水流量報警。
變頻器選用MicroMaster430系列2台，一台額
定功率30kW，用於控制設備冷凍水循環泵，另一
台額定功率37kW，用於控制空調冷凍水循環泵。
MicroMaster430系列變頻器是風機類和水泵類的專用變頻器，它擁有內置PID調節器，可以提高供水
壓力的控制精度，改善系統的動態響應。軟起動器
選用SIRIUS 3RW40系列一台，額定功率75kW，
用於軟起動井水泵。PID溫差控制器一台，選用
Transmit（全仕）G-2508系列PID雙路溫差控制器，
用於設定溫差，並將PID處理後的4～20mA的模擬
信號送至變頻器。壓力變送器一個，用於檢測設備
冷凍水的管網壓力，並將壓力信號反饋給變頻器。
溫度變送器兩個，用於檢測蒸發器兩端的溫度，並
將溫度信號送至PID溫差控制器。
3控制方案設計

3.1設備冷凍水恆壓供水控制方案設計
控制原理如圖2所示，設備冷凍水循環系統是
一個密閉的系統，由1#，2#循環泵供水，供水壓力
要求在4.0±0.5Mbar。正常情況下，一台循環泵工
頻全速運轉時，出水壓力可達7.5 Mbar。具有很大
的裕量，為避免電能的浪費，將設備冷凍水循環系
統設計為恆壓供水系統。方案設計有手動/自動兩種
工作方式。

在手動方式下，工作人員可以根據實際情況現
場決定起/停水泵的變頻運行，並設最高優先控制
級，不受PLC的自動控制，以保證檢修或出現故障
時的安全使用。
自動方式控制過程：將控制面板上設備冷凍水
泵的手動/自動開關，打到「自動」檔，由井水泵的運
行給定PLC設備冷凍水泵的起動信號，PLC控制
KM11吸合，並與變頻器通信，由變頻器1F軟起動
1#循環泵。壓力變送器檢測設備冷凍水管網壓力，
轉化為4～20mA的模擬信號反饋至變頻器1F，變頻器1F通過內置的PID將檢測壓力與壓力給定值
進行比較優化計算，輸出運行頻率調節1#循環泵
的轉速。當壓力變送器檢測到的管網壓力低於給定
壓力時，變頻器輸出頻率上升，增加1#泵的轉速，
提高管網壓力；反之，則頻率下降，降低1#水泵的
轉速。為防止備用泵在備用期間發生銹蝕現象，在
自動控制方式下，將1#、2#循環泵設置起始/停止周
期，使其自動定時循環使用。
為避免在水泵切換時，管網壓力變化過大，應
採取必要的起/停時間協調措施，以盡量保證水壓的
穩定，並在切換過程中，對壓力檢測信號進行一定
延時的「屏蔽」，防止變頻器在較高的壓力信號下不
起動。切換過程為：當設定的循環周期已到時，屏
蔽壓力檢測信號。將正在運行的水泵的頻率升至
50Hz後切換為工頻運行，之後將備用泵變頻起動
（備用泵與運行泵不固定），在頻率升至30Hz時，
切除工頻泵，並取消對壓力信號的屏蔽，恢復正常
運行，如此循環。在水泵切換時為了防止KM11與
KM12、KM21與KM22、KM11與KM22誤動作同
時吸合發生故障，須將它們電氣互鎖和程序互鎖。
當工作泵發生故障時，則立即停止工作泵，將備用
泵投入變頻運行，並輸出聲光報警，提示工作人員
及時檢修，當變頻器發生故障時則停止水泵運行立
即輸出報警。
3.2空調冷凍水系統循環泵變頻調速控制方案設計
控制原理如圖3所示，空調冷凍水系統的供回
水溫度之差反映了冷凍水從室內攜帶熱量的情況。
溫差大，說明室內溫度高，應提高冷凍水泵的轉速，
加快冷凍水循環；反之，溫差小，說明室內溫度低，
可以適當降低冷凍水泵的轉速，減緩冷凍水循環。
一般中央空調冷凍水系統設計溫差為5oC~7oC。通
過溫差△T控制，控製冷凍水系統的循環狀態，可
以降低能源損耗，延長水泵的壽命。此外，空調冷
凍水系統是一個密閉的系統不必考慮恆壓問題。

差控制器和循環泵溫差閉環變頻調速系統，控製冷
凍水泵的轉速隨著室內熱負載的變化而變化。工作
過程為：溫度變送器1、2分別在空調機組蒸發器輸
入和輸出端測得溫度後，轉換為4～20mA的標准信
號送入PID溫差控制器，經PID與給定溫差值比較
處理後，輸出4～20mA的標准信號到變頻器2F的
模擬量輸入端，變頻器2F輸出相應頻率，調節循環
水泵的轉速，達到控制溫度的目的，形成一個完整
的閉環控制系統。系統設計為手動和自動兩種控制
方式手動方式工作過程與設備冷凍水泵手動工作方
式類似自動控制過程為：將控制面板上的空調冷凍
水循環泵手動/自動控制開關打到「自動」檔，系統將
在自動方式下運行，由井水泵的運行給定PLC空調
冷凍水泵起動指令後，首先控制KM31吸合投入3#
循環泵變頻運行，由溫度變送器1、2檢測蒸發器兩
端的溫度，並將溫度信號送到PID溫差控制器，PID
溫差控制器將檢測到的溫差與給定溫差比較處理後
的標准信號反饋給變頻器2F。若檢測到的溫差大於
溫差給定值時，變頻器2F提升輸出頻率，提高水泵
的轉速，加快冷凍水的循環；反之，則降低頻率，
降低水泵轉速。在自動運行方式下，將3台水泵設
定自動循環周期，定時自動循環使用。3台水泵的
開閉順序為「先開先關」的順序，當室內熱負荷加
大時，若變頻器2F的輸出頻率已升至50Hz，經一
定延時（如20min），當檢測溫差值仍大於溫差給定
值時，通過PLC程序控制，把3#水泵切換為工頻運
行，再投入4#水泵變頻運行，如此循環，直到變頻
運行5#水泵。當3台水泵被全部投入運行，且變頻
泵頻率已至50Hz，經延時若頻率仍沒下降，則由
PLC輸出報警，提醒工作人員及時修改空調機組設
定值；相反，當室內熱負荷減小時，變頻器2F降低
輸出頻率，降低5#泵的轉速，當頻率降到20Hz時，
若檢測溫差值仍低於溫差給定值時，經延時（如
20min），停止3#泵，依此類推。為保證變頻器2F
只控制一台水泵，將KM31、KM41和KM51電氣
互鎖和程序互鎖，同時須將KM31與KM32、KM41
與KM42、KM51與KM52電氣互鎖。當變頻器2F
或水泵發生故障時，由PLC輸出聲光報警，提示工
作人員及時檢修。
3.3井水泵軟起動控制方案設計
如圖1所示，利用PLC控制一台軟起動器，即
可分別起動4台井水泵.將井水泵的運行方式設計為
手動方式。具體控制過程為：按下控制面板上相應的起動按鈕，如按下6#泵起動按鈕，PLC控制KM61
吸合並運行軟起動器，軟起動6#井水泵。當軟起動
器起動完畢後利用其輔助觸點反饋信號給PLC，
PLC斷開KM61並立即閉合KM62，將6#井水泵切
入工頻運行，並停止運行軟起動器，依此類推。為
防止軟起動器同時起動兩台以上的井水泵，須將
KM61、KM71、KM81、KM91電氣互鎖和程序互
鎖，另須將KM61與KM62、KM71與KM72、KM81
與KM82、KM91與KM92電氣互鎖，
4 S7-200與MM430變頻器的通信設置
S7-200PLC作為核心控制部件，它有匯流排訪問
權，可以讀取或改寫變頻器的狀態，控制軟起動器
的運行狀態，從而達到控制和監視設備運行狀態的
目的。系統採用匯流排式拓撲結構，兩台變頻器採用
匯流排接插件連入匯流排。S7-200選用S7-222CPU，軟
件採用WIN3.2。採用西門子Profibus屏蔽電纜及9
針D形網路連接頭。利用S7-222的自由通信口功
能，即RS485通信口。由用戶程序實現USS協議與
兩台MM430變頻器通信。在硬體連接完畢後，需
要對兩台MM430變頻器的通信參數進行設置，如
表1所示。

5軟體設計
在應用設計中，PLC起到「總監總控」的角色，
可以對兩台變頻器的狀態進行查詢和控制。程序首
先將S7-222的通信口初始化為自由通信口方式，然
後程序進入一個順序控制邏輯功能塊。控制順序為：
手動起動井水泵，在井水流量滿足要求的情況下，
自動運行設備冷凍水循環泵和空調冷凍水循環泵。
在PLC的程序中設計了井水泵的手動軟起動井水泵
控制、設備冷凍水循環泵和空調冷凍水循環泵自動
定時循環程序；同時設計了設備冷凍水循環泵和空調冷凍水循環泵的手動控製程序。在本系統中採用
了變頻器自身控制的方法，這樣就省去了對PLC的
PID演算法的編程。
6結論
本系統設計實際應用運行一個夏季後，得出與
上個季度循環水泵電能消耗數據及故障次數如表2
所示。數據顯示，系統改造後節能達30%以上，並
且在春，秋、冬季節空調冷凍水循環泵的節能效果
會更加明顯，並且故障發生次數大幅下降。因此采
用調速調節流量的方式，可以大幅度降低截流能量
的損耗，具有顯著的節能效果，並能延長水泵的壽
命，提高系統運行的穩定性，降低生產成本，提高
生產效率。

參考文獻
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頻器選型,應用與維護.北京:人民郵電出版社,2002:
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430使用大全.2003.12.
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北京:北京航空航天出版社,2003:95-125.
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[5]羅宇航.流行PLC實用程序及設計(西門子S7-200系
列).西安:西安電子科技大學出版社,2004.
叮叮貓進士 回答採納率:42.2% 2010-03-24 20:38 隨著我國經濟的高速發展，交流變頻調速技術已經進入一個嶄新的時代，其應用越來越廣泛。而電梯作為現代高層建築的垂直交通工具，與人們的生活緊密相關。隨著人們對其要求的提高，電梯得到了快速的發展，其拖動技術已經發展到了變壓變頻調速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制。
通過對變頻器和PLC的合理選擇和設計，大大提高了電梯的控制水平，並改善了電梯運行的舒適感，使電梯得到了較為理想的控制和運行效果。並利用旋轉編碼器發出的脈沖信號構成位置反饋，實現電梯的精確位移控制。通過PLC程序設計實現樓層計數、換速信號、開門控制和平層信號的數字控制，取代井道位置檢測裝置，提高了系統的可靠性和平層精度。該系統具有先進、可靠、經濟的特色。該電梯控制系統具有司機運行和無司機運行的功能，並且具有指層、廳召喚、選層、選向等功能和具有集選控制的特點。

關鍵詞： 電梯； PLC； 變頻調速； 旋轉編碼器

ABSTRACT
As China's rapid economic development, exchange of VVVF technology has entered a new era, its application more widely. The elevator as a modern high-rise building the vertical transport, and is closely related to people's lives, as people raise their requirements, the lift has been the rapid development of its technology has developed to drag the PSA Frequency Control, the logic control Also by the PLC to replace the original control relays.
Through the PLC chip and a reasonable choice and design, Greatly improving the control of the elevator, the elevator and to improve the operation of comfort, so that the lift has been better control and operation results. And using a rotary encoder pulse a position feedback, and lift the precise control of displacement. PLC program designed to achieve through the floor count, for speed signal, to open the door of peace control of the digital control signals to replace Wells Road location detection devices, improving the reliability of the system accuracy of the peace. The system has advanced, reliable and economic characteristics.The elevator control system has run drivers and drivers operating without that manual and automatic features, and with that layer, called the Office for the election of the Commission to function, with election-control characteristics.

Keywords: lift ; PLC; VVVF; rotary encoder

目 錄
1 緒論 1
1.1 PLC控制交流變頻電梯的簡介 1
1.2 電梯控制的國內外發展現狀 2
1.3 題目選擇的來源與意義 3
1.4 本文所做的主要工作 3
2 電梯設備的介紹 4
2.1 電梯設備 4
2.1.1 電梯的分類 4
2.1.2 電梯的主要參數 4
2.1.3 電梯的安全保護裝置 5
3 變頻器的選擇及其參數計算 7
3.1 變頻器的分類 7
3.2 變頻器的選擇 7
3.2.1 變頻器品牌型號的選擇 7
3.2.2 變頻器規格的選擇 8
3.2.3 選擇變頻器應滿足的條件 8
3.3 VS-616G5型通用型變頻器 8
3.4 變頻器有關參數的計算 10
3.4.1 變頻器容量的計算 10
3.4.2 變頻器制動電阻的計算 11
4 PLC的選擇及硬體開發 12
4.1 PLC簡介 12
4.2 控制器件的選擇 14
4.2.1 PLC的選擇 14
4.2.2 轎廂位置的檢測元件 14
4.3 PLC硬體系統的設計 16
4.3.1 設計思路 19
4.3.2 I/O點數的分配及機型的選擇 21
5 系統軟體開發 25
5.1 電梯的三個工作狀態 25
5.1.1 電梯的自檢狀態 25
5.1.2 電梯的正常工作狀態 25
5.1.3 電梯的強制工作狀態 26
5.2 系統的軟體開發方法確定 26
5.2.1 軟體設計特點 26
5.2.2 軟體流程 27
5.2.3 模塊化編程 29
5.3 系統的軟體開發 30
5.3.1 電路的開關門運行迴路 30
5.3.2 電梯的外召喚信號的登記消除及顯示迴路 33
5.3.3 利用旋轉編碼器獲取樓層信息 35
5.3.4 呼梯鈴控制與故障報警 35
5.3.5 電梯的消防運行迴路 36
結 論 38
致 謝 39
參考文獻 40
附錄 Ⅰ VS-616G5型變頻器的常用參數 41
附錄 Ⅱ VS-616G5變頻器主要參數設置表 42
附錄 Ⅲ 梯形圖 43

❼ 單片機控制自動門系統論文

《基於單片機技術的自動門智能控制系統》下載地址：http://bbs.xiu.com/topic/6367/45093.htm?page=1

❽ 輪機工程技術論文(2)

輪機工程技術論文範文篇二
燃氣輪機在熱電聯產工程中的應用狀況分析

摘要：

燃氣輪機是21世紀乃至更長時間內能源高效轉換與潔凈利用系統的核心動力裝備.介紹了燃氣輪機的發展現狀及其在熱電聯產工程中的應用，簡述了聯合循環和簡單循環燃氣輪機電廠的基本拍激組合方式，並列舉了目前應用在熱電聯產工程中的幾種主要的燃氣輪機.闡述了燃氣輪機相對於常規火電機組的優點，分析了影響燃氣輪機在熱電聯產工程中推廣的因素，並對我國燃氣輪機的發展前景進行了展望.

關鍵詞：

燃氣輪機; 聯合循環電廠; 熱電聯產

中圖分類號： TK 479文獻標志碼： A

Analysis of the application of gas turbines in heat and

power cogeneration projects

SUN Peifeng， JIANG Zhiqiang

(1. China United Engineering Corporation， Hangzhou 310022， China;

2. China Huadian Corporation， Beijing 100031， China)

Abstract：

The gas turbine is the core equipment of highefficiency clean energy systems in the 21st century and even longer period of time. The current situation of gas turbine development and its application in heat and power cogeneration projects were showed in this paper. Two types of application of gas turbines in heat and power cogeneration projects were briefly introced， namely， the simple cycle gas turbine power plant and the combined cycle power plant， and gas turbines widely used at present in heat and power cogeneration plants were enumerated. The advantages of the gas turbine plant compared with conventional coalfired power units were described and factors which could influence the application of the gas turbine were analyzed. In addition， the prospects for the development of gas turbines in China were evaluated.

Key words：

gas turbine; combined cycle power plant; heat and power cogeneration

燃氣輪機由壓氣機、燃燒室、透平、控制系統和輔助設備組成.燃氣輪機的設計是基於布萊頓循環.壓氣機(即壓縮機)連續地從大氣中吸入空氣並將其壓縮;壓縮後的空氣送入燃燒室，與噴入的天然氣混合，並點火燃燒;燃燒後產生的高溫煙氣隨即流入燃氣透平中膨脹做功，推動透中賀核平帶動壓氣機葉輪一起旋轉.加熱後的高溫燃氣的做功能力顯著提高，因此，透平在帶動壓氣機的同時，還有餘功作為燃氣輪機的輸出功輸出.

由於燃氣賣掘輪機的工質是高溫煙氣而不是水蒸氣，故可省去鍋爐、冷凝器、給水處理等大型設備.因此，燃氣輪機電廠附屬設備較少，系統簡單，佔地面積較少.

燃氣輪機可分為重型燃氣輪機、工業型燃氣輪機和航改型燃氣輪機三類.重型燃氣輪機的零件較為厚重，大修周期長，壽命可在10萬h以上，主要用於滿足城市公用電網需求，例如日立的H25和H80系列燃氣輪機、通用電氣的F級燃氣輪機、西門子的SGT-8000系列燃氣輪機、三菱的M701系列燃氣輪機和阿爾斯通的GT系列重型燃氣輪機等.工業型燃氣輪機的結構緊湊，所用材料一般較好，燃氣輪機的效率較高，例如索拉的T130燃氣輪機和西門子SGT-800燃氣輪機，常用於熱電聯產工程.航改型燃氣輪機是由航空發動機改裝而成的燃氣輪機，在航空領域運用較多，但也有應用於發電及相關工業領域，例如通用電氣的 LM 系列航改型燃氣輪機等.航改型燃氣輪機的結構最緊湊，最輕巧，效率最高，但壽命較短[1-2].

燃氣輪機自上世紀30年代誕生以來發展迅速.當今國際上最新型的G型燃氣輪機和H型燃氣輪機，單機功率已達到292～334 MW，發電熱效率已達到39.5%.其中，由G型燃氣輪機組成的聯合循環單機功率可達489 MW，發電熱效率可達58.7%;由H型燃氣輪機組成的聯合循環機組的發電熱效率可達60%[3-5].H型燃氣輪機組成的聯合循環機組是目前已掌握的熱-功循環效率最高的大規模商業化發電方式.不僅如此，燃氣輪機與以煤為燃料的蒸汽輪機相比，它具有重量輕、體積小、效率高、污染少、啟停靈活等優點.燃氣輪機發電機組能在無外界電源的情況下迅速啟動，機動性好.在電網中用它帶動尖峰負荷和作為緊急備用電源，還能攜帶中間負荷，能較好地保障電網的安全運行，所以得到廣泛應用[6].

國內外科技界與產業界已經認識到燃氣輪機將是21世紀乃至更長時期內能源高效轉換與潔凈利用系統的核心動力裝備. 1燃氣輪機在熱電聯產工程中的應用方式

燃氣輪機在熱電聯產工程中的應用形式主要有兩種：一種是燃氣輪機聯合循環熱電廠;另一種是燃氣輪機簡單循環熱電廠.

燃氣輪機聯合循環熱電廠由燃氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽輪機(背壓式、抽背式或者抽凝式)和發電機共同組成.燃氣輪機排出的做功後的高溫煙氣通過余熱鍋爐回收煙氣中的熱量而得到高溫水蒸氣，水蒸氣注入蒸汽輪機發電.蒸汽輪機的排汽或者部分在蒸汽輪機中做功後的抽汽用於供熱，形式有：燃氣輪機、蒸汽輪機同軸推動一台發電機的單軸聯合循環;燃氣輪機、蒸汽輪機推動各自的發電機的多軸聯合循環.單軸的燃氣輪機聯合循環電廠規模較大，例如通用電氣的9F系列機組.而多軸的聯合循環機組常見於中小型的燃氣輪機聯合循環電廠.因此，對於電廠規模相對較小的熱電聯產工程來說，常選擇多軸的燃氣輪機聯合循環機組.

燃氣輪機簡單循環熱電廠由燃氣輪機和余熱鍋爐組成.該類型燃氣輪機熱電廠不配置蒸汽輪機，通過余熱鍋爐直接對外供熱.因此該類型燃氣輪機熱電廠發電熱效率相對聯合循環燃氣輪機熱電廠較低，約為30%～35%之間;熱電比和供熱成本的指標方面，簡單循環燃氣輪機熱電廠也低於聯合循環燃氣輪機熱電廠[7].

由此可見，燃氣輪機聯合循環可大大提高發電廠整體發電熱效率.即使只有燃氣輪機和余熱鍋爐組成的不配置蒸汽輪機的簡單循環燃氣輪機發電廠，其發電效率也高於常規的小型燃煤熱電廠.

2熱電聯產工程中燃氣輪機機型選擇

熱電聯產工程遵循“以熱定電”原則，首先滿足外界對蒸汽負荷的需求，一般對發電量的需求相對較少.因此，對於熱電聯產工程來說，大功率的重型燃氣輪機使用相對較少，常配置一些中小型的燃氣輪機.

世界主要的中小型燃氣輪機有：索拉的T130燃氣輪機;日立的H25和H80燃氣輪機;通用電氣的6F和LM系列的航改型燃氣輪機;西門子的SGT-800燃氣輪機.各機型的主要技術參數如表1(見下頁)所示(表中數據來自各個燃氣輪機廠家產品宣傳手冊，且會因計算的天然氣熱值等參數變化而發生微小的變化).

表1各中小型燃氣輪機相關性能參數

Tab.1

Performance parameters of some gas turbines

表1中，H25，H80 和6F為重型燃氣輪機;SGT-800和T130為工業型燃氣輪機;LM6000為航改型燃氣輪機.從表1可知，工業型和航改型燃氣輪機單機發電熱效率相對重型燃氣輪機的單機發電效率明顯更高，但燃氣輪機的排煙溫度相對較低.由於排到余熱鍋爐的高溫煙氣所包含的熱量相對較少，因此對於整個聯合循環熱電廠，工業型和航改型燃氣輪機聯合循環熱電廠的整體發電熱效率反而低些[8-9].簡單循環的燃氣輪機熱電廠若選擇工業型燃氣輪機及航改型燃氣輪機，其熱電廠發電熱效率會較高.

對於配置蒸汽輪機的燃氣輪機聯合循環，重型燃氣輪機因其排煙溫度較工業型燃氣輪機和航改型燃氣輪機高，排到余熱鍋爐的高溫煙氣所包含的熱量相對較多，余熱鍋爐產出的供蒸汽輪機發電用的高溫高壓的蒸汽也更多.因此，重型燃氣輪機聯合循環整體發電熱效率比工業型燃氣輪機和航改型燃氣輪機聯合循環的發電熱效率高.燃氣輪機聯合循環熱電廠中大多選擇重型燃氣輪機.

從能量的充分利用和逐級利用角度講，相比於燃氣輪機簡單循環熱電廠，燃氣輪機聯合循環熱電廠更具有優勢.目前我國燃氣輪機熱電聯產工程中，大多選擇重型燃氣輪機組成的聯合循環燃氣輪機熱電廠，如浙江省的某熱電廠，採用6F級燃氣輪機匹配余熱鍋爐和蒸汽輪機組成燃氣輪機聯合循環機組對外供熱供電，燃氣輪機聯合循環熱電廠整體發電熱效率約60%.

但是對於某些對佔地面積有嚴格要求的場合，如海上油氣平台井等，一般可選擇結構緊湊、效率高的工業型燃氣輪機或者航改型燃氣輪機機.

具體燃氣輪機機型的選擇可根據各工程的實際情況進行分析、計算、確定，如熱電廠的對外供熱參數和供熱量、裝機容量、機組數量、佔地面積、整體熱效率等.

3燃氣輪機聯合循環熱電聯產工程相對於常規火力發電熱電聯產的優勢[10]

相對於常規燃煤的小型火力發電的熱電聯產電廠，燃氣輪機聯合循環熱電廠的優勢主要有：

(1) 高效：燃氣輪機聯合循環的發電熱效率已經達到甚至突破60%，這是一般常規火電機組無法比擬的，甚至高於目前最先進的超超臨界機組而穩居各類火電機組之首.

(2) 單位造價低：燃氣輪機聯合循環機組單位容量造價約400美元·kW-1，而常規火電機組造價為600～1 000美元·kW-1;若我國國產燃氣輪機的製造加工水平進一步提升，燃氣輪機聯合循環機組單位容量造價還有非常大的下降空間.

(3) 低排放：燃氣輪機聯合循環不排放SO2以及飛灰和灰渣;NOx的排放量也非常低，一般都可以達到49.20 mg·m-3以下，甚至可以根據需要達到小於30.75 mg·m-3的水平，CO2的排放量可以做到11.25 mg·m-3;環保性能居於現有各種火電機組之上.

(4) 節水：燃氣輪機聯合循環機組以燃氣輪機發電為主，燃氣輪機發電機功率占總容量的70%，聯合循環機組所需用水量約為常規燃煤機組的1/3.這在某些缺水的地區顯得尤為重要.若選擇燃氣輪機和余熱鍋爐配置的簡單循環，整個電廠對機組冷卻水量的需求相對於常規火電廠的冷卻水量更是大幅度減少.

(5) 省地：燃氣輪機聯合循環機組因附屬設備較少，無需儲煤場、輸煤設施，佔地面積僅為加脫硫裝置的常規火電廠的1/3.這在城市邊緣及城區的供熱電廠顯得尤為重要. (6) 建設工期短：燃氣輪機聯合循環機組最適合模塊化設計，燃氣輪機各部件模塊可工廠化生產，運至現場吊裝，因而大大縮短了燃氣輪機電廠的建設工期.

(7) 調峰性能好：通過余熱鍋爐的旁路煙囪，不運行蒸汽輪機及發電機組的情況下，一般在20 min 內就能達到燃氣輪機及發電機組的100%負荷，而燃氣輪機及其發電機組負荷占整個燃氣輪機聯合循環電廠額定負荷的70%左右，這保證了燃氣輪機聯合循環的良好調控性能，實現機組的日啟夜停和調峰功能.

(8) 操作運行和維護人員少：因為燃氣輪機聯合循環電廠自動化程度高，採用先進的控制系統，電廠對員工數量的需求大幅下降.一般情況下占同容量常規燃煤電廠人員的20%～25%就足夠了.

4影響燃氣輪機在熱電聯產工程中推廣的主要因素

燃氣輪機聯合循環電廠在國外已經得到了普遍發展，近幾年已佔據美國電力市場的重要地位，歐洲的燃氣輪機聯合循環電廠也獲得了長足的發展.目前我國燃氣輪機聯合循環電廠能否獲得大力推廣和發展，主要受制於如下三個因素：

(1) 我國能提供多少天然氣資源供燃氣輪機發電工業使用;當前國內已有部分燃氣輪機聯合循環電廠因受制於燃料供應，每年運行的時間遠遠少於常規燃煤機組.

2012年，隨著“西氣東輸”二線最後幾條干線的建成投產，整個輸氣管道實現每年輸氣300億m3.未來中國甚至有可能規劃修建“四線”或者“五線”，進一步便於西部地區的天然氣輸送到東部地區開發利用.

另外，海上(東海、南海)天然氣的開發、沿海港口城市液化天然氣(LNG)的進口，也為聯合循環發電擴充了氣源供應條件.國內已經探明了華北、東北、西北三大煤層氣資源儲量，並將逐步開采.

隨著天然氣來源渠道的擴大，燃氣輪機聯合循環電廠的應用范圍將大大突破西氣東輸管網和海上天然氣所能影響的地區.

(2) 如何合理確定天然氣價格，使燃氣輪機聯合循環發電成本能夠與嚴重污染的以煤為燃料的常規火電相競爭.

必須指出，天然氣的價格對燃氣輪機及聯合循環的運行成本有著決定性的影響.在燃氣輪機三項發電成本的組成中(設備折舊成本、機組運行維護成本、燃料成本)，燃料成本的比例高達60%～65%，即使在天然氣的產地，運輸過程費用大為降低，天然氣價格相對東南沿海地區更加便宜，其成本占燃氣輪機發電成本的比例仍然是非常高的[4].在天然氣價格居高不下的今天，燃料成本高已經成為制約燃氣輪機發電大力推廣的一個關鍵性因素.

當前，作為工業企業及城市基礎設施的重要組成部分的許多中小型燃煤熱電廠，通常地處城市之中或者城市郊區，因此不可避免地會對當地大氣環境質量產生很大影響.中小型燃煤熱電廠改造為燃氣輪機聯合循環熱電廠，對當地環境質量的改善效果非常明顯，也最容易得到人民群眾的接受和支持.

熱電廠的燃料從煤炭改造為天然氣，雖然合理調整了能源結構，提高了能源利用效率，減少了煤炭運輸環節的損失和浪費，但是對燃氣輪機聯合循環熱電廠來說，燃料成本必然要增加，能源代價必然會提高，因此爭取群眾和企業的理解和參與，合理分擔部分天然氣成本因素，是解決天然氣市場和成本關系的一條合理途徑.

政府在制定燃氣輪機聯合循環熱電廠上網電價和外供蒸汽價格時，應考慮到燃氣輪機的環境效益，適當提高上網電價和外供蒸汽價格，這也是對天然氣成本過高的一種消化.

(3) 從長遠的角度看，我國燃氣輪機整體行業水平的提高是決定我國燃氣輪機及聯合循環電廠能否大力推廣的一個重要因素.

燃氣輪機的發展水平代表著一個國家的重大裝備製造業的總體水平.當前我國的燃氣輪機技術水平與世界先進水平之間的差距還很大，燃氣輪機的核心部件依賴於進口，燃氣輪機的每次大修花費很大.若某些燃氣輪機的大修只能運回美國等發達國家進行，則其費用更大.

近年來，為了推動燃氣輪機工業的發展，按照“市場換技術”的原則，我國對規劃批量建設的燃氣輪機發電站工程項目採取“打捆”式招標采購模式，由國外先進燃氣輪機製造企業與國內製造企業相互結合組成聯合體，進行燃氣輪機聯合循環電站工程項目的競爭投標，以吸收和引進國外先進技術.在這一過程中，我國同時引進了世界三大動力集團(通用電氣、西門子、三菱)的F級重型燃氣輪機.在實現燃氣輪機設備製造本土化和國產燃氣輪機技術開發方面都取得了良好的成果.在吸收和引進國外先進燃氣輪機技術的基礎上，逐步實現了燃氣輪機聯合循環電站設備研發和製造的國產化、本地化和知識產權自主化[11-12].

2008年，我國具有完全自主知識產權的110 MW級R0110燃氣輪機進行了點火及實驗驗證，其性能已經接近於目前國際上先進的F級燃氣輪機，對我國的燃氣輪機設計、製造和加工的整體水平是一個巨大的提升[13-14].

目前，我國燃氣輪機技術水平與國際先進水平之間的差距正在不斷縮小，我國的燃氣輪機自主研發、生產製造等方面取得了重大進展.2012年9月12日，上海市科委重大專項課題“高溫合金葉片製造技術研究”通過專家驗收，這標志著我國在燃氣輪機核心部件國產化、自主化生產的道路上邁出了堅實的一步.

從制約燃氣輪機聯合循環電廠發展的三個因素及我國目前的相應情況可知，我國大力發展燃氣輪機聯合循環的條件已經具備，燃氣輪機聯合循環電廠的快速發展在近期將成為可能.

5總結

實現節能減排，提高能源利用率是我國能源結構調整的目標.隨著我國天然氣資源的開發、利用及液化天然氣資源的引進，我國燃氣輪機聯合循環機組將不斷增加.燃氣輪機聯合循環以其高效、清潔和靈活的特點，必將成為我國未來大力發展的電廠類型.

目前可用於熱電聯產的中小型燃氣輪機容量和整個熱電廠供熱能力與我國廣泛使用的蒸汽輪機熱電機組的規格十分接近，因而可在不改變外部系統，不增加發電容量和不間斷供熱、發電的前提下，以較短的時間、較低的投資和較合理的電、熱成本實現對熱電廠以氣代煤的改造.這也是燃氣輪機聯合循環熱電廠可獲得大力推廣的現實條件.

總之，燃氣輪機聯合循環機組在我國電力工業中的作用將逐漸增強，發展燃氣輪機聯合循環熱電廠任重而道遠，但是前景是非常光明的.

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