武汉科技大学毕业设计范本(1

范文一：武汉科技大学毕业设计范本(1)

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毕业设计(论文)题目

专题题目

开题日期:年月日设计(论文)期限:自年月日至年月日

专业年级班

学生姓名 ——————————————————

指导教师 ——————————————————

答疑教师 ——————————————————

指导组长 ——————————————————

年月日 ——————————————————

第一章简介 ........................................................................................................................................... 1

1.1摘要 . ............................................................................................................................................... 1 1.2关键词 ........................................................................................................................................... 1 1.3 前言 ............................................................................................................................................... 1 1.4 本章小结 ..................................................................................................................................... 3

第 2章仪器及软件 ........................................................................................................................... 3

2.1 GPS(RTK)简介、系统组成及其基本原理 [2].................................................................... 3 2.1.1 GPS(RTK) 简介 ................................................................................................................... 3 2.1.2 GPS(RTK) 系统的组成 ....................................................................................................... 3 2.1.3 GPS(RTK) 的基本原理 ....................................................................................................... 3 2.2 全站仪简介、系统组成及其基本原理 . .............................................................................. 5 2.2.1 全站仪的分类 ..................................................................................................................... 5 2.2.2 全站仪简介、系统组成 .......................................................... 6 2.2.3 全站仪的基本原理与功能 ................................................................................................. 6 2.3 CASS软件的介绍 [4]. ............................................................................................................... 6 2.3.1 测绘软件的选择 ................................................................................................................. 6 2.3.2 CASS软件开发的背景 ........................................................................................................ 7 2.3.3 CASS软件安装要求 ............................................................................................................ 7

第 3章 GPS(RTK)与全站仪联合数字测图的实施 . ........................................................... 8

3.1数字测图的外业工作的实施 .................................................................................................. 8 3.1.1作业技术依据 ...................................................................................................................... 8 3.1.2 GPS(RTK) 配合全站仪的施测过程介绍 ..................................................................... 8 3.1.3测区的基本情况:................................................................................................................ 8 3.1.4 控制测量 . .............................................................................................................................. 8 3.1.5 碎部测量 . ............................................................................................................................ 11 3.1.6外业操作的一些注意事项 .................................................................................................. 11 3.2数字测图的内业工作的实施 ................................................................................................. 13 3.2.1数据传输、区分及数据格式 .............................................................................................. 13 3.2.2数字测图内业工作的实施 .................................................................................................. 17 3.2.3内业操作应注意的问题: .................................................................................................. 19 3.3对数字地图进行质量检查和质量评定 ............................................................................... 19 3.3.1数字化测图质量评价的内容与特点 .................................................................................. 19 3.3.2数字化测图质量评价指标体系 .......................................................................................... 20 结论 ............................................................................................................................................................. 24致谢 ............................................................................................................................................................. 25参考文献 .................................................................................................................................................... 26

GPS 技术和全站仪在工程中的应用

— GPS 和全站仪相关软件的应用

第一章简介

1.1摘要

GPS 技术跟全站仪技术结合一起,在工程中应用很广泛。探讨 GPS 技术的一些软件及功能。

1.2关键词

GPS 技术、全站仪、 CASS 软件、 RTK(Real Time Kinematic)。

1.3 前言

目前在我国,获取数字地图的主要方法有三种:原图数字化,航测数字成图, 地面数字测图 [1]。但不管那种方法,其主要作业过程均为三个步骤:数据采集, 数据处理及地形图的数据输出 (打印图纸、提供软盘等) 。这里我们主要讲述一下地面数字化。

在没有合乎要求的大比例尺地图的地区或该地区测绘经费比充足,可直接采用地面数字测图的方法,该方法也称为内外业一体化数字测图,是我国目前个测绘单位用得最多的数字测图方法。采用该方法所得到的数字地图的特点是精度高, 只要采取一定的措施,重要地物相对于邻近的控制点的精度控制在 5cm 内是可以做到的。但它所耗费的人力、物力与财力也是比较大的。

随着测绘科学技术的发展 , 传统的测图方法正逐步被不断涌现的新仪器、新设备、新技术、新方法所取代。 GPS - RTK(以下简称 RTK) 与全站仪联合进行数字化测绘地形图就是一种行之有效的新方法。

RTK 与全站仪联合测绘地形图 , 可以优劣互补。如果仅用全站仪进行数字化测图 , 就必须建立图根控制网 , 这样须投入大量的时间、人力、财力 ; 如仅用 RTK 测图 , 可以省去建立图根控制这个中间环节 , 节省大量的时间、人力和财力 , 同时还可以全天侯地观测。由于卫星的截止高度角必须大于 13°- 15°, 它在遇到高大建筑物或在树下时 , 就很难接收到卫星和无线电信号 , 也就无法进行测量。如果用 RTK 与全站仪联合测图 , 上述弊端就可以克服。即在进行地形测量时 , 空旷地区的地形、地物用 RTK 测之 ; 村庄、城市内的建筑物、构筑物用 RTK 实时给出图根点的三维坐标 , 然后用全站仪测之。这样可以大大加快测量速度 , 提高工作效率。

随着 GPS 定位精度的提高、硬件性能的改善 , GPS 得到越来越广泛的应用。同时 , 全站仪也因其数据采集自动化程度高、大大释放劳动力等优势 , 成为勘测、设计、施工和管理不可或缺的测量工具。但随着工程质量要求的不断提高 , 测量用

户已不再局限于只使用 GPS 或全站仪中的一种 , 在实际测量工作中 , 同样一个工程中 GPS 的测量成果常为全站仪所用 , 全站仪测量值又常作为检校 GPS 作业的依据。用 GPS 完成控制比用常规仪器要快得多。它不要站间通视 , 也无需庞大的作业队伍 , 精度高、作业快、费用省、应用灵活。一些先进的接收机和天线技术把外业观测时间压缩到最短的同时 , 仍能获得最优的数据 , 在灵敏度、可靠性、抗干扰能力方面都有优异的表现。静态、快速静态通过载波相位差分可以达到很高的精度 (10-6D~10-8D) 。 R T K 技术能实时提供观测点的三维坐标 , 并达到厘米级的精度。它的普及极大地拓展了 GPS 的使用空间 , 使 GPS 从只能做控制测量的局面中摆脱出来 , 而开始广泛运用于工程测量。现在商用 R T K 接收机可实现 20 Hz 高速独立采样与输出 , 整周未知数初始化时间仅需 8 S , 并提供独立检核 , 内置锂电池可支持 1 个工作日连续作业。全站仪是一种兼有电子测距、电子测角、计算和数据自动记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统。面对多层次的需求 , 各种精度等级、各种功能类型的仪器也纷纷面世。尤其是以无棱镜测量、自动目标识别、自动跟踪等代表新技术潮流的功能将使工作得以更高效、精确地完成。如今 , 已被广泛应用于控制测量、地形测量、地籍与房产测量、施工放样、工业测量及近海定位等方面。随着电子全站仪、 GPS(RTK)及电子计算机的普及,及它们在测量仪器中的比例逐渐增大,它们在数字地形图、地籍图的应用也在日趋广泛。地形图的成图方法正在逐步的由传统的白纸法成图像数字测图方向发展。特别是我国的东部沿海发达地区,数字测图几乎占据了大部分的地形图测绘市场。在地形测量中 , 传统的方法是经纬仪配合小平板仪的方法 , 在小平板仪上进行展点 , 再通过手摇数字化仪得到数字化图 , 由于受到人为操作误差的影响 , 误差可达到 0.12 mm 以上 , 对大比例尺的地形图的精度影响比较大。随着 GPS (RTK ) 系统的不断改进 , 已经达到了比较满意的精度要求 , 可以满足常规测量的要求 , 尤其对于开阔的地段 (主要是田野、公路、河流、沟、渠、塘等 ) 直接采用全球卫星定位系统中的实时动态定位 (RTK) 测量模式进行全数字野外数据采集。对于树木较多或房屋密集的村庄等 , 采用 RTK 测定图根点 , 通过全站仪的采集碎部点。

我们在实践中尝试利用 RTK 配合全站仪进行野外数据采集 , 然后在 CASS5.1 环境下进行数字化成图 , 结果显示该方案是可行的。但是受到仪器数量的限制, 有些学生对全站仪和 GPS(RTK) 在数字成图中使用的机会较少,甚至对此只是一般性的了解。所以通过本课题的完成,能够使这些学生掌握好全站仪与 GPS(RTK)集和数字成图,为今后承担测图工程奠定坚实基础。

1.4 本章小结

综上所述 , 采用 GPS(RTK)与全站仪联合进行数字化测图 , 它不仅可以减少作业人员和作业工序 , 而且可以提高采集数据的速度和质量 , 从而有效地提高了工作效

率。因此 , 它是一种行之有效的测图方法。

第 2章仪器及软件

2.1 GPS(RTK)简介、系统组成及其基本原理 [2]

2.1.1 GPS(RTK) 简介

RTK(Real Time Kinematic) 实时动态测量系统 , 它是集计算机技术、数字通

讯技术、无线电技术和 GPS 测量定位技术为一体的组合系统 ; 它是 GPS 测量技术发展中的一个新突破。 RTK 定位精度高 , 可以全天侯作业 , 每个点的误差均为不累积的随机偶然误差。

实时动态测量的基本思路是 : 在基准站安设一台 GPS 接收机 , 对所有可见

GPS 卫星进行连续的观测 , 并将观测数据通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站 (流动站 ); 在流动站上 , GPS 接收机在接收卫星信号的同时 , 通过无线电接收设备 , 接收基准站传输的观测数据 , 然后根据相对定位的原理实时地计算并显示出流动站的三维坐标及精度。

2.1.2 GPS(RTK) 系统的组成

GPS(RTK) 系统由基准站、若干个流动站及无线电通讯系统三部分组成。基

准站包括 GPS 接收机、 GPS 天线、无线电通讯发射系统、供 GPS 接收机和无线电台使用的电源 (汽车用 12 伏蓄电瓶 ) 及基准站控制器等部分。流动站由以下几个部分组成 : GPS 接收机、 GPS 天线、无线电通讯接听系统、供 GPS 接收机和无线电使用的电源及流动站控制器等部分。用框图表示参见图 1. 1:

图 1.1 框图表

2.1.3 GPS(RTK) 的基本原理

GPS 系统包括三大部分 :地面监控部分、空间卫星部分、用户接收部分 , 各部

分均有各自独立的功能和作用 , 同时又相互配合形成一个有机整体系统。对于静态 GPS 测量系统 , GPS 系统需要二台或二台以上接收机进行同步观测 ,

记录的数据

用软件进行事后处理可得到两测站间的精密 WGS -84 坐标系统的基线向量 , 经过平差、坐标转换等工作 , 才能求得未知的三维坐标。现场无法求得结果 , 不具备实时性。 RTK 实时相对定位原理如图 1.2 所示:

图 1.2 RTK 实时相对定位原理

基准站把接收道的所有卫星信息 (包括伪距和载波相位观测值) 和基准站的

一些信息 (如基站坐标天线高等 ) 都通过无线电通讯系统传递到流动站, 流动站在接收卫星数据的同时也接受基准站传递的卫星数据。流动站完成初始化后 , 把接收到的基准站信息传送到控制器内并将基准站的载波观测信号进行差分处理 , 即可实时求得未知点的坐标。数据流程如图 1.3 所示:

图 1.3 GPS(RTK)数据流程如图

2.2 全站仪简介、系统组成及其基本原理

2.2.1 全站仪的分类

八十年代末、九十年代初,人们根据电子测角系统和电子测距系统的发展不

平衡,将全站仪分成两大类,即积木式和整体式。

积木式 (Modular),也称组合式,它是指电子经纬仪和测距仪既可分离游客组

合。用户可以根据实际工作的要求,选择测角、测距设备进行组合。

1. 粗瞄器

2. 内装倒向光装置(选件)

3. 垂直微动螺旋

4. 电池

5. GEB111电池盒垫块

6. 电池盒

7. 目镜

8. 调焦环

9. 螺丝固定的可拆卸仪器提把

10. RS232串行接口

11. 脚螺旋

12. 望远镜物镜

13. 显示屏图 2.4 莱卡全站仪的重要部件图

14. 键盘

15. 圆水准器

16. 电源开关

17. 热健

18. 水平为动螺旋

整体式 (Integrated), 也称集成式, 它是指电子经纬仪和测距仪做成一个整体,

无法分离。

九十年代以来, 基本上都发展为整体式全站仪。随着计算机技术的不断发展

与应用以及用户的特殊要求与其它工业技术的应用,全站仪出现了一个新的发展时期,出现了带内存、防水型、防爆型、电脑型等等的全站仪,使得全站仪这一最常规的测量仪器越来越能满足各项测绘工作的需求,发挥更大的作用。

2.2.2 全站仪简介、系统组成

此次论文实地操作部分主要使用的是莱卡 TC405

型全站仪。其简介、操作说

明及组成部分的详细内容可参考其使用说明书 [3],再这里就不做赘述了。其重要部件如图 2.4:

2.2.3 全站仪的基本原理与功能

全站仪是一个由测距仪、电子经纬仪、电子补偿器、微处理机组合的一个整体。测量功能可分为基本测量功能和程序测量功能。基本测量功能包括电子测距、电子测角(水平角、垂直角) ; 程序测量功能包括水平距离和高差的切换显示、三维坐标测量、对边测量、放样测量、偏心测量、后方交会测量、面积计算等。特别注意的是只要开机,电子测角系统即开始工作并实时显示观测数据;其它测量功能只是测距及数据处理。它可以同时测量空间目标的距离和角度数据,直接得到三维坐标数据。全站仪测图的基本流程如图 2.5:

图 2.5 全站仪测图的基本流程图

2.3 CASS软件的介绍 [4]

2.3.1 测绘软件的选择

对于一个测绘单位而言,数字测图的一个重要的问题是选择好适合于本单位使用的测绘软件。因为往往的这个单位用起来很好的软件,到了别的单位却不一定适用, 所以每个单位对于软件的选择问题应具体问题具体分析, 不能人云亦云。衡量一个成图软件的标准,首先要看该软件是否适合本单位的实际情况;二要看其可操作性,是否界面友好,简便易学等等;三要看其提供的功能是否适合于本单位。

目前各个测绘单位所使用的成图软件,可谓五花八门,林林总总。但基本上为两种类型,一是系统(单位)自行开发的,另一种是由专门的测绘软件开发商开发,而以商业目的的提供给广大用户使用的,也是个测绘单位用得比较多的。在本文中所讲到的是后一种软件。

现在市场上的测绘软件用得最多的主要有三种:一是以清华山维公司与清华大学土木系联合开发的测霸 EPSW (Electronic Planetable Surveying and Mapping system )系列;二是武汉瑞得测绘自动化公司的 RDMS 系列;三是广州南方测绘仪器公司与广州开思公司的 CASS 系列与 SCS 系列。下面简单早已下比较分析。

对于已经熟悉 AUTO CAD的用户而言, CASS 系列与 SCS 系列是一个不错的选折,因为它们基于 AUTO CAD平台开发的, AUTO CAD的所有功能它都可以用,而 AUTO CAD则是世界上大家所共认的绘图平台,其编辑功能是有目共睹的 [5]。 CASS 与 SCS 的功能差不多, 各有所长与所短。 CASS 的服务可以说是一个电话随叫随到,而 SCS 的服务在近段时间内是无法与其相提并论的。它们均提供三种作业方式:电子平板方式、原图数字化方式及内外业一体化。再 CAD 的基础上, 开发了许多功能,如量算定点、图形复制、绘制多功能复合线等。除此之外,还提供了地藉表格会制与图纸管理等功能。对于那些即想用电子平板方式作业,又能在市内编辑成图的单位而言,可以选它。

当然这些软件功能会随着时间的推移而逐步完善。对这些软件的认识也只是本人的一管之见。

2.3.2 CASS软件开发的背景

目前市场上的数字成图软件较多, CASS 软件便是其中之一。该软件是南方测绘仪器有限公司在 AutoCAD2002上开发的新一代数字化地形地籍成图软件, 它彻底打通了数字化成图系统与 ,GIS 的接口, 是信息产业部门认可并普遍使用的通用软件,可实现地形地物数据的自动输入、处理、分析、显示、输出,其市场占有率较高。

2.3.3 CASS软件安装要求

1. 硬件环境

CASS 软件安装环境要求:CPU 主频在赛扬 433以上; 内存在 64MB 以上; 硬盘存储空间至少 200MB 以上的剩余空间;显示驱动至少 256色、 800x600的分辨率; 支持 Windows 的显示适配器;鼠标或其他指点设备。

2. 软件环境

CASS 软件的系统安装平台为 Windows NT4.0、 Windows 9X/me/2000/XP, AutoCAD2002/ AutoCAD2000/ AutoCAD R14[5]。

3. CASS的主要功能介绍

CASS 的安装应该在安装完 AutoCAD2002并运行一次后才可进行。 CASS 操作界面主要分为 3个部分:顶部下拉菜单、右侧屏幕菜单和工具条。共有 11项下拉菜单,右侧屏幕菜单可选择相应地形图图式符号。每个菜单项均以对话框或命令行提示的方式与用户交互应答, 操作灵活方便,简单易学。几乎所有的 CASS 命令及 AutoCAD2002的编辑命令都包含在顶部的下拉菜单中, 如文件管理、数据处理、图形编辑、工程应用等命令。

第 3章 GPS(RTK)与全站仪联合数字测图的实施

3.1数字测图的外业工作的实施

3.1.1作业技术依据

《全球定位系统城市测量技术规程》 (CJJ 73 — 79) [6] ; 《城市测量规范》 (CIJ 8 — 99) [7], 《 1 ∶ 500 , 1 ∶ 1000 , 1 ∶ 2000 地形图图式》 ; GB/ T7929 — 1995 [8]。平面基准采用 1954 年北京坐标系 ; 高程基准采用 1956 年黄海高程系。 3.1.2 GPS(RTK) 配合全站仪的施测过程介绍

首先要确定作业的先后流程 , 该测区我们制定的作业流程图如图 3.1:

图 3.1RTK 配合全站仪的施测流程图

3.1.3测区的基本情况:

本测区位于黑龙江工程学院院内,交通较为便利,测区地势较为平坦 , 测区内树木较多给测量工作带来一定的困难。测区布设 4个已知的三等 GPS 控制点, 作为测区平面控制的起算点。

3.1.4 控制测量

1. 控制测量分类 [9]

地形测图控制测量是为测绘地形图而建立平面和高程控制网的测量工作,内容分为基本控制(又称等级控制)和图根控制。基本控制是整个测区控制测量的

基础。图根控制是直接为地形测图服务的控制网。基本控制网的建立要根据测区

面积的大小 , 以满足当前需要为主 , 兼顾远景发展。一般先建立控制全局的首级网, 然后再根据需要加密,也可一次建立足够密度的全面网。平面控制网可采用测角网、测边网或边角网,建成区多采用导线网。在已建有国家或当地平面控制网点的测区内进行测量时,应与之进行联结。当已建网精度能满足需要时,直接利用加密或进行必要改算后加密;当精度不能满足需要时,可选用一点的坐标及一条边的方位角作为起算数据建立独立网。同样要在整个测区内建立高程控制网,应用水准测量方法施测并与附近国家或当地水准点进行联测,以取得统一的高程系统。

在数字测图工作中,控制测量的工作与传统的控制测量相比,应该更简便, 当然,在新规范中,对这一方面的要求没有多大的改动,但根据本人的实际工作经验及积累,有一些限制条件是可以放宽的,特别是图根控制。

随着 GPS 技术的发展成熟及全站仪的普及, 三角测量现在已基本淡出了控制测量这个舞台。所以对大多数的人员而言,无疑大大的减轻了工作强度。去掉了三角测量的种种枷锁的限制, 取而代之的是更为灵活的 GPS 网及导线 (网) 测量。在文本中,仅就图根测量及图根加密作一探讨。

现在各测绘单位所使用的电子全站仪的精度一般为 6″、 3+5ppm以下,加上是电子自动读数, 所以他的实际精度要较其标准精度高, 相对于光学经纬仪而言, 就更具有优势。

众所周知,在传统测图中,地面点平面位置的误差受下列误差的影响:

1. 图根点的展会误差 M 展

2. 测定地物点的距离误差 M 距

3. 测定地物点的方向误差 M 刺 M 绘

4. 地形图上地物点的刺点误差 M 刺

5. 清绘时所造成的误差 M 绘

综上所述,地形图上地物点平面位置的误差可用 3.1式表示:

M2物 =M2展 +M2距 +M2向 +M2刺 +M2绘 +M2物 (3.1)

以 1:1000比例尺,最大视距为 100米为例,根据经验,有下表:

表 3.1 地面点平面位置的误差

而在数字测图中,因为是计算机自动展点,所以图根点与地物点的展绘误差可忽略不计,看作 0。则剩下的 M 距、 M 向。取方向中误差为标称精度的 3倍极限,因为是半测回测角,所以方向的误差为 6x2x3=17″,去碎部点至测站的距离

为 300m ,则 M 向 =17/206265x300=0.024m,测距仪的标称精度 3+5ppm。顾及测量中棱镜不到位等各项因素的影响,取经验值 0.020m 。则该实测的该平面点相对于图根点的误差为 0.032m 。

由上可见,在视线良好的情况下,由于全站仪相对于经纬仪测角、测距精度的提高及计算机的应用,测量碎部点的距离可以放大,图根点的密度可以作相应的降低,边长可以放宽至 100到 300米。对于支站,也可以不受 2站的限制,根据本人的实践,支 3到 4站的精度还是可以达到要求的。当然,在城市密集建筑区和通视不好的条件下,顾及以后地形图修测或工程放羊的要求,图根点的密度应增加。

2.GPS(RTK)点的选择及 GPS 控制网的布设

考虑测区范围较小 , 依据全球定位系统测量规范及 GPS 点位布设的要求, 本次布网以 E 级 GPS 控制网作为测区的首级控制。该网布设了 4个 E 级 GPS 控制点, 分布在测区的边界的主干道上。本 GPS 控制网以同步环为基本单元 , 采用边连接方式。将两个已知点和两个待定点联结成如图

3.GPS 的外业观测

采用三台南方 GPS 接收机按照规范和要求已静态方式进行同步观测。观测时按照观测前做好的观测计划利用对讲机相互联络 , 同时开机并认真及时地逐项填写测量手簿中的各项内容。

4.GPS 基线向量的解算

GPS 基线向量的解算采用南方公司提供的随机软件进行。对当天采集的数据在当天晚上及时地传输到计算机中 , 并检查外业记录和输入点号、点名。检查测前和测后天线高是否有变 , 取其均值输入天线高 , 对同步环、异步环闭合差及复测基线进行检查 , 以便发现不合格成果。根据情况决定淘汰、重测或补测 , 该网各条基线均符合精度要求。

5.GPS 平差计算及检核

GPS 控制网的平差计算也采用南方公司提供的随机软件进行。三维无约束平差采用 WGS84 椭球 , 参考坐标系采用 WGS84 坐标系。根据基线解算成果 , 首先进行三维无约束平差 , 然后以 G16和 G17两个三等已知 GPS 点的平面坐标和高程作为该网的起始数据进行三维约束平差。

6. 高程检测

在测图前 , 们用 RTK 对两个已知的水准点进行检测, G16点的已知高成为 100.00m 检测值为 100.01; G17点已知高程为 99.99m 检测值为 100.01m 与已知值相比较,均在限差范围内,说明利用 RTK 进行图根高程测量精度是可靠的。 7. 图根控制测量

观测待定点之前我们设置机内精度,我们设置机内精度指标预设位点位中误差 +2.0cm, 高程中误差 +3.0cm 。观测时注意点位几何图形强度因子, 每个控制点观测两次,双观测值的点位坐标差值≤ +5cm ,取中数作为最终结果。为了科研需要, 所有控制点均施测水准高程 (外围三等内部四等) , 所以我们在观测时随时检查点的 RTK 高程。在数字测图时, 对所有的控制电 (包括 E 级点) 进行了 RTK 观测。经过比较后可以看出,平面精度完全可以满足城市一等要求,待定点举起算点(基准点)超过 1公里时, RTK 观测高程百分之九时可以满足四等要求(作业半径小于 6公里) , RTK 高程完全可以满足图根点和地形测图的需要。

3.1.5 碎部测量

数字测图中,碎部测量的主要方法为极坐标法,在实测得多数碎部点的坐标后,可以用软件中的方向交会、距离交会、十字尺测量法或两算定点等方法来取得其余各点的坐标,在辅以软件中的偏移、拷贝、延伸等功能,得到最后的图形。在本次地形图测绘中,没有专门进行图根控制测量这一环节,而是利用 RTK 实时动态定位功能随时为全站一测图提供图根点。

按照《城市测量规范》中地形测量的要求进行地形图的碎部测量。测量方法是全站型电子速测仪与动态全球定位系统 GPS — RT K 联合进行地形要素的自动采集和存储 , 并通过成图软件进行机助成图。对于开阔的地段 (主要是田野、公路、河流、沟、渠、塘等 ) 直接采用全球卫星定位系统中的实时动态定位 (RT K) 测量模式进行全数字野外数据采集。实地绘制地形草图 , 对于树木较多或房屋密集的村庄等采用 RTK 给定图根点位 , 利用全站仪采集地形、地物等特征点 , 实地绘制草图 , 回到室内将野外采集的坐标数据通过数据传输线传输到计算机 , 根据实地绘制成草图 , 经人机交互编辑后由计算机自动生成数字地图。

3.1.6外业操作的一些注意事项

1. 在地形测图中 , 对全球卫星定位系统基准站的要求 [10]:

(1)应将基准站架设在测区的中央 , 并远离高压线和无线电发射塔 50 m 以上。根据已知点进行点位校正和检核 RTK 的可靠性。

(2)基准站上的仪器应精确对中 , 严格整平 , 整平精度偏差不超过半格 , 对中不超过 1 mm 。

(3)接收机接收卫星的高度角应设置为 15°。

(4)基准站天线高度应在 3 个方向上量取 3 次 , 互差 < 3="" mm="" ,="" 取其平均值作="" 为基准站的天线高度="" ,="" 取至="" mm="">

2. 在地形测图中对流动站的技术要求:

(1) 卫星高度角≥ 13°。

(2) 观测卫星个数不 < 5="">

(3) 流动站应在基准站控制转换范围以内 , 距离基准参考站 < 10="" km="">

(4) 每次观测前 , 应先对已知点或已测点进行检测 , 直到满足精度要求后再继续测量。

(5) RTK 固定时才能进行测量。

(6) 测点相对图根点的相对中误差不得 > 图上 012 mm (实地 20 cm)

(7)运用 RTK 给定图根点时 , 应尽量选择通视良好 , 且易于仪器搬运和操作的图根点 , 因此平房以及十字交通路口是比较理想的图根点选择的位置 , 切记给定后视点作为检测。

3. 全站仪的简单操作流程:

(1) 整平对中 , 对中偏差不得超过 1 mm ;

(2) 启动全站仪 , 进入文件管理界面 , 建立文件名 , 并选择该文件在文件下存储 ;

(3) 以后视点为检核点进行检核 , 偏差在限差范围内方可进行点收集 , 否则查明原因 , 符合限差要求方可采集数据 ;

(4) 采集碎部点数据信息。

注意事项

(1) 一个测站应一个方向观测 , 切勿盘左盘右不分 ;

(2) 一个测站仪器如有碰动需重新对中整平检核 ;

(3) 勤建测站名以便于文件管理和查询。

4. 绘制草图的一些技巧及注意事项

绘图员应有一定的方向感 , 有一定的图形比例控制能力。 RTK 给定图根点后 , 绘图员在实地可先画出大致需要采集点的草图 , 并控制好比例。绘制草图时遵循上北下南 , 要善于使用多色笔标识 , 准确描述地物间拓扑关系 , 使用特定的符号 , 以易于内业操作。比如一块旱地 , 可以在中间画出旱地符号 (或注记文字 ) 即可清楚表示出地形特点。采集数据时也要注意一些技巧 , 对于不便观测的四点房 , 采用两点加宽度的采点方法 , 这样用计算机自动生成 , 所得的房屋既符合精度 , 又很美观。注意一些散点的采集 , 如电线杆 , 采集时一块图一块图的检查 , 以免漏测。

采用两人跑尺 , 可以大大的提高外业的速度 , 需注意每测好一点应及时用对讲机进行核实 , 以保证点图对应不出错。

3.2数字测图的内业工作的实施

3.2.1数据传输、区分及数据格式

图 3.3 数据传输界面

1.RS -232C接口

尽管现在一些先进的全站仪和 GPS 接收机配置了如 USB 接口、 IR 红外接口和数据存储卡等方式进行数据存储和通讯。但将测量数据存储在全站仪和 GPS 接收机自带的存储器中 , 通过 RS -232C 接口与个人计算机进行数据传输仍是目前使用最多的一种方法。

在使用 RS -232C 标准插头实现连接之前 , 用户必须根据已有的 DTE 及 DCE 的具体说明 , 做好匹配的调整工作。对数据线上所传输的数据格式、 RS -232C 标准并没有严格的规定。所传输的数据速率是多少、有无奇偶校验位、停止位为多少、字符代码采用多少位等问题 , 应由发送方与接受自行商定 , 达成一致的协议。大多数全站仪使用 6 针接口与个人计算机进行通讯。下面我们一本次测图所使用的莱卡 TC405型全站仪为例, 说明全站仪与 PC 机之间的连接。 GPS 接收机与 PC 机通讯的原理也是这样。请注意仪器使用的接口类型与引脚定义方式要查一下 , 有些仪器厂商会使用非标准接口类型和定义方式 , 一般会在仪器操作手册附录里说明。

2. 数据通讯

简单的数据通讯可以采用“超级终端来实现 , “超级终端”是微软随操作系统一起发布的一个进行串口通讯的工具。操作系统是 Win2000 或 WinXP 的“超级终端是标准配置 , 在 Win95 和 Win98 下要用系统安装盘安装一下。打开方式是 :开始—→程序—→附件—→ 通讯—→ 超级终端 , 打开之后会弹出对话框, 让你输入一个名称 , 输入一个有意义的名字保存下来 , 这样以后直接打开它就行了 , 然后是选择通讯口 , 一般是 COM1 或 COM2 最后是选择通讯参数 , 记住一定要和全站仪中通讯参数相一致。

实际上莱卡厂商提供了一起与 PC 机进行数据传输的软件,如图 3.3,莱卡数据传输界面:

将莱卡 TC405型全站仪与 PC 机连接好后,进入莱卡数据交换软件界面,进入通讯设置对话框, 设置成与全站仪中通讯参数相一致如图 3.4; 按确定键回到主界面,然后进入数据交换管理器,选择通讯端口,然后选者要保存的数据保存到文件夹,在使用莱卡软件数据上传,

图

3.5 此时会弹出对话框选择保存数据的格式。选择的格式要与全站仪上传的格式一致。然后现在 PC 机上按确定键,再在全站仪按确定键,以保证上传的数据无遗漏。如图 3.5:

3. 据格式

全站仪数据输入 PC 机后以 ASCII 码文件形式保存。可以根据数据位及提示

符区分并显示出来 , 莱卡数据传输软件有这一功能 , 一般在数据下载之后自动完成。使用莱卡数据传输软件上传的数据还不能直接应用到 CASS5.1软件上。需要将数据格式转换成 CASS5.1软件的接受的格式。 CASS5.1软件接受的是 *.dat各式的文件。数据的格式为:点号,编码, y 坐标, x 坐标,高程

其数据转换过程,首先将莱卡数据传输软件下载的数据保存为 *.txt格式文件

如图 3.6;

图

3.7 数据转换 (b)

然

后

用

Microsoft Excel打开文件进行编辑,将 x 、 y 数据列对换位置,以及设置列宽和小数位保留位数如图 3.7, 保存为 *.txt格式文件; 然后打开文件进行编辑, 将数据列之用“, ”间隔,保存为 *.dat格式文件如图 3.8:

4. 南方软件数据下载

根据南方软件 (CASS)功能可以直接将莱卡全站仪采集的数据展点到南方软件

图 3.8 转换后的数据

中。其主要过程为:将全站仪通过数据传输线与计算机连接 , 打开全站仪开关进入屏幕菜单选择“通讯”功能 , 改变通讯设置与计算机的测量软件匹配如图 3.9, 下载全站仪数据。下载的数据直接转换成 CASS 专用各式的坐标数据。

图 3.9 南方软件数据传输通讯设置

3.2.2数字测图内业工作的实施

1. 绘制坐标格网

进行 CASS 参数设置中的图框设置,使用绘图处理菜单中标准图幅或任意图幅命令来绘制图廓。按要求输入绘图比例尺及相应图框参数即可得到图框。 2. 选择测点点号定位成图法

移动鼠标至右侧屏幕菜单区之“测点点号”项,按左键,选中点号坐标数据文件名后,按“打开” , 即可完成读点工作。

3. 控制点展绘

点击绘图处理菜单中的 “展野外测点点号” ,点击对应的坐标数据文件名, 按 “打开” ,便可在屏幕上展出野外测点的点号。

图 3.10 CASS5.1界面菜单

4. 地形地物绘制

使用工具栏中的各种工具进行局部放大以便编辑,根据所测地物点的点号及野外作业时绘制的草图,到右侧屏幕区选择相应的地形图图式符号来绘制地物。一般绘图顺序为:先绘各种控制点、道路、水渠、河流等,使图有个大致轮廓;

其次绘房屋、独立地物、植被、管线设施等。为避免非法操作或突然断电造成数

据丢失,工作中要保持经常存盘的习惯。系统中所有地形图图式符号都是按图层来划分的。 CASS5.1中的地形地物所在图层是自动生成的,因此不能随意修改图层名,否则将导致地物编码信息错误或丢失;也不可随意修改地物的图层属性。所有表示测量控制点的符号都放在“控制点”层,所有表示独立地物的符号都放在 “独立地物” 。如果需要在点号定位的过程中临时切换到坐标定位, 可以按 “ P ”键,这时进入坐标定位状态。想回到点号定位状态时再按“ P ”键即可。陡坎、水渠、围墙上的小触角生成在绘图方向的左侧。出现错向时可用线型换向功能修改。

5. 高程点展绘

点击“绘图处理”菜单下的“展高程点” ,弹出数据文件对话框,选取目标文件,按“打开” ,命令区提示:“注记高程点的距离(m ) :”直接回车,表示不对高程点注记进行取舍, 全部展出来。具体情况根据绘图比例尺及地形可选 30~40m。再将标高注记与地形地物相重叠的移动一下,使显示更清楚。

绘等高线必须先将野外测的高程点建立数字地面模型 (DTM),然后在数字地面模型上由计算机自动勾绘出高精度等高线。

6. 文字注记

注记文字,用鼠标点击右侧菜单的“文字注记”项,依提示输入文字高度、注记内容、注记位置,完成文字注记。关闭“ ZDH ”图层,对图纸进行全面整饰, 绘图工作即可完成。

7. 绘图输出

点击“文件”菜单下的“绘图输出”项,对“打印设备” “打印设置”各项选择设置后,可通过“完全预览”和“部分预览”查看出图效果,满意后按“确定” 即可出图。

3.2.3内业操作应注意的问题:

下载外业数据文件 , 用 Excel 或 Word 处理成符合 CASS 的格式文件 , 注意保存时应为 *.dat 格式。在 CASS5.1环境下展点。内业处理时 , 是否拟合看情况而定 , 两点距离较大时拟合效果较好 , 两点距离较小时拟合会使绘出图形不遵循原来的地物、地貌 , 差异很大 , 需灵活采用。当然内业者应熟练掌握 AutoCAD 的基本功 , 对 CASS 中每种地物、地貌能迅速调用 , 确保每天所测的外业当天内业能处理完成 , 发现问题及时与外业联系解决。

3.3对数字地图进行质量检查和质量评定

3.3.1数字化测图质量评价的内容与特点

根据数字地图的特点和用途;衡量其质量的指标体系应该在传统纸质地图的基础上加入新的内容,下面分析数字化测图质量评价的内容与特点。

1. 数字化测图质量评价的内容

数字化测图实现了地形图的数字化、信息化,测量结果是以计算机可识别的数字代码系统来反映地表各类地理属性特征。因此,数字化测图质量评价除与模拟法测图质量评价具有相同的评价内容外, 还具有其特有的评价内容。主要包括:

(1)地物分层的合理性;

(2)地物属性代码选择的正确性;

(3)闭合图形的封闭性;

(4)结点的匹配精度;

(5)图形拓扑关系的正确性;

(6)地物各层是否有重复的要素;

(7)地物各层是否有混层现象;

(8)图形编辑的完整性;

(9)各层颜色选择的正确性;

(10)数据文件名称,数据格式,数据组织的正确、完整性;

2. 数字化测图质量评价的特点

数字化测图是利用先进的仪器,通过测量获取可供传输、处理、共享的数字地形信息,即获取以计算机磁盘为载体的数字地形图。数字化测图实现了测量的高精度, 测量精度在成图过程中无损失,利用计算机软件成图,可以做到符号、文字、注记等符合规范要求,等高线通过自动拟合处理光滑美观,实现了图面的规范化。数字化测图质量评价的特点:

(1)数字化测图依据野外记录室内编辑成图 , 容易发生漏测、记错现象, 数字地形图的质量检查应重点检查地物要素测量是否齐全, 属性注记是否与实际相符合。 (2)等高线的勾绘依据野外测点的分布,对于经验不丰富的立尺人员,有些地貌关键点位容易被漏测,易造成等高线失真,数字化测图的质量评价应重点检查等高线是否反映客观实际。

(3)数字化测图实现了信息分层管理,不同层颜色不同,数字化测图的质量评价应重点检查数字地图分层是否合理,地图信息是否有混层交叉现象,地形要素在同层是否有重复要素。

(4)数字化测图利用先进的仪器进行测量,测量精度高,测点点位精度在数字化测图的质量评价中则是处于次要地位,但仍是必要的检查内容。

(5)数字化测图是 GIS 数据库的重要信息源 , 拓宽了地形图的应用范围 . 因此 , 数字化测图的质量评价应重点检查闭合图形的封闭性、结点的匹配精度、图形拓扑关系的正确性。

(6)数字化测图是以计算机可识别的数字代码系统来反映地表各类地理属性特征,数字化测图的质量评价应重点检查地物的属性代码选择的正确性,数据格式、数据组织的正确性。

(7)数字化测图的图幅分幅是计算机自动完成的,接边精度高,在数字化测图质量评价中处于次要地位,但图名、图幅接合表仍是必要检查内容。

(8)数字化测图改变了传统的测量模式,允许图根控制和碎部测量同时进行; GIS 测量技术的使用,也改变了传统的控制测量模式与要求,因此,控制测量在数字地形图质量检查中处于次要地位,但仍是必要的检查内容。

总之,数字化测图改变了人们对传统地形图的认识。因此,数字化测图质量评价应根据数字化测图质量评价的特点,建立逻辑严密、易于操作、科学合理的质量评价指标体系。

3.3.2数字化测图质量评价指标体系

1. 影响数字化测图质量评价的因素分析

衡量数字化地形图产品质量的指标主要有位置精度、属性精度、逻辑一致性、完备性等,这些指标可作为一级评价指标。而每一个一级评价指标又由许多指标决定其好坏,为了便于建立定量化的数字化地形图评价模型,把一级评价指标再进一步细分,形成二级评价指标。

数字化测图的外业、内业的工作内容和工作程序决定了数字化测图质量评价工作是一项技术性强、影响因素多的工作。虽然影响数字化测图产品的因素众多, 其中有些因素是主要因素,有些是次要因素,评价数字化测图产品的质量不可能考虑全部的影响因素,只需分析影响数字化测图质量的可能存在的因素,然后进行分析,综合取舍,合理确定评价指标,使其具有代表性和可操作性,这是非常重要的。

根据数字化测图的工作内容与特点 , 从 7个方面 (见表 3.1列出影响数字化测图产品质量的可能因素 , 共计 41项(略)可能有些因素还未列出, 如果在数字化地形图评价时全部考虑这些影响因素,指标权重难以确定,为减少确定评价指标过程中主观因素的影响,需要利用层次分析法进一步筛选评价指标,以便建立科学合理、便于操作的数字化测图质量评价指标体系 [11]。

表 3.1 数字化测图质量评价指标体系

利用层次分析法对影响数字化测图质量评价的 41 项因素进行筛选, (计算

过程省略)最后确定

32项评价指标, 见表 3.1:

3. 数字化测图质量评价指标分层

经过系统分析, 数字化测图质量评价指标总计 32项, 按评价指标的相近性综合成七大类别,其中技术实力、技术准备是反映测绘生产单位工作基础的指标; 资料的完整性、数学精度、属性精度、逻辑精度、整饰质量是反映测绘成果的指标。为便于确定指标权重和建立模糊综合评价模型,将评价因素分层,建立多指标多层次的评价指标体系。具体评价指标体系见表 3.1为方便起见,第一层的评价指标用 A 编号,第二层的评价指标用 B 编号,第三层的评价指标用 C 编号。测绘生产单位的综合实力,作为对生产单位提供数字化测绘产品质量评价的参考。表 3.1中的多指标多层次数字化测图质量评价指标体系,全面地反映了数字化测图的特点,逻辑严密,具有较强的可操作性、实用性。

4. 数字成图、质量检查与评定

在本次数字测图基本完成后 , 又对此次测图的 2/3的地物、地貌点与图根控制点进行了联测,采集的数据如图 3.11原数据相比较 90%以上都符合限差要求。少数地物、地貌有明显错误或粗差经过休测后,都已经满足了要求。

3.4本章小节

从工程的各个环节及达到的作业效果可以看出 , 内外业一体化数字化测图工程 , 由于充分应用高新技术 , 使得各级控制网的成果精度、数字化地形图的成图精度以及整个工程的作业效率都优于常规的成图方法。总结起来有以下特点 :

(1)将传统的逐级控制方法与现代测量技术手段相结合 , 既保证了成果的精度 , 又保证了作业的高效率。

(2)即用即测 , 急用先测 , 边测边用 , 高科技成果即刻转化为生产力 , 为城市规划提供了科学可靠的保证。

(3)先进的测量技术在诸多方面打破了传统的观念与局限 , 使整个作业流程方便快捷 , 作业人员得心应手。采用的全站仪操作简便 , 观测速度快 , 精度高 , 可自由设站 , 灵活采用多种方法测量碎部点。作业人员根据各自的作业经验 , 针对实地状况 , 采用不同的方式制作草图 , 所绘草图有详有略 ; 作业小组可相对成片作业 , 内部不存在接边问题 ; 计算机制图编辑 , 方便快捷 , 随意操作 , 删除改动不留“痕迹” 。

(4)高科技数字化产品在今后的应用、管理、更新、维护、交换以及资料共享等方面 , 具有无限的生命力 , 精度永远保持不变 , 可谓一劳永逸 , 充分体现出 1图多用的优势 , 避免了重复测量 , 节约了资金。由于这项工程采用与国家平面和高程系统统一的基础控制系统 , 1 /500的大比例尺具有足够的精度 , 因而其成果为以后的进一步应用打下了坚实的基础。而且 , 数字化图形数据可随时更新 , 修改方便 , 随着网络技术的发展 , 可进行交换和共享 , 是一笔宝贵的技术、资源财富。

(5)计算机辅助制图精度高、速度快 , 线划圆润流畅 , 可单色或彩色显示输出 , 具有良好的视觉效果。

(6)打破了内外业的生产界线 , 从首级控制到最终成图 , 实行一体化作业 , 大大减轻了室外作业的强度 , 缩短了成图周期。

(7)打破了分级布网、逐级控制的原则。 1个测区可 1次性整体布网、整体平差 , 控制网形可以任意混合 , 所需控制点数目比传统白纸测图大大减少 , 图根控制的加密可与碎部测量同时进行。

结论

“ GPS(RTK)与全站仪联合作业”方法充分地体现了现代测量产品设计理念— ——协同作业。使用一个软件包、在一个项目中 , 同时完成对 RTK 数据、后处理的 GPS 数据和常规测量数据进行处理。这样 , 用户在组织施工时 , 有很大的自由空间 , 可以是动态 , 也可以是静态 ; 可以是 GPS , 也、可以是全站仪。而对所有这些数据的处理 , 只需在后处理软件中就可一次完成。 “联合作业”后处理软件的独特设计 , 使数据的导入、检查和处理工作 , 既能做到高效快捷 , 又能保证质量可靠。数据的存储 , 采用可视化类数据库文件格式 , 用户可以很方便的查询、编辑或生成各种报告。 “联合作业”方法继保证了测量成果准确性、可靠性 , 又结合了 GPS 与全站仪作业各自的灵活性 , 是一种较新的取长补短作业方法 , 使工作更高效可靠。大家可以试一试。

综上所述 , 采用 RTK 与全站仪联合进行数字化测图 , 它不仅可以减少作业人员和作业工序 , 而且可以提高采集数据的速度和质量 , 从而有效地提高了工作效率。因此 , 它是一种行之有效的测图方法。

致谢

时光荏苒,岁月如梭。记忆的雪花翩翩起舞,思绪定格在凤凰花开的季节。挥洒过汗水,也滴落过泪花,这里有我熟悉的一切,有我热爱的一切。恍惚中,在美丽的三峡电院校园中,度过了人生中最为宝贵的年华。

凤凰涅磐需要经历烈火的煎熬和痛苦的考验。迈进象牙塔殿堂时的激动,仍时刻在内心回荡,不知不觉中完成了人生中最大的一次蜕变。蜕变需要经历过磨练,磨练可以让我们更为坚强,去勇敢面对生活中所遇到的困难与磨难。

首先诚挚的感谢恩师汪辉老师对我的严格要求和悉心指导,导师渊博的学识、非凡的气质、敬业的工作作风、独特的人格魅力,始终感染着我、激励着我,这些都将成为宝贵的财富让我享用终身。

感谢姐姐、哥哥一家人给予我的莫大帮助,你们对我的启发与引导是我学习的最大动力,没有你们就没有我的今天。祝你们幸福、健康。

最后,谨以此文献给我最最挚爱的父母,是你们让我有机会、有毅力完成了全部的学业,鼓励我、支持我一步步走到了今天,愿你们一生平安。

感谢关心、支持、帮助过我的所有人!感谢文中所引用文献的编、著、译者。

参考文献

[1]高井祥 . 数字测图原理与方法 [M].徐州:中国矿业大学出社 ,2010.

[2]尤秋阳 .GPS RTK技术在地籍测量中的应用 [M].武汉:测绘信息与工程出版社 , 2003. [3]莱卡测绘仪器有限公司 . 徕卡 TPS400系列全站仪操作手册 [Z].哈尔滨:莱卡哈尔滨服务有限公司, 2000.

[4]广州南方测绘仪器公司与广州开思公司 .CASS 软件使用说明 [Z].广州:广州开思公司, 2002.

[5]邵俊昌 , 李旭东 .Auto CAD object ARX 2000开发技术指南 [Z].北京:电子工业出版社 , 2000.

[6]国家质量技术监督局 . 全球定位系统 (GPS)测量规范 (GB/T18341-2001)[S].北京:北京测绘出版社, 2008.

[7]国家质量技术监督局 . 城市测量规范 (CIJ 8-99)[S].北京:北京测绘出版社 ,1958.

[8]国家质量技术监督局 . 1:500 1:1000 1:2000 地形图图式 (GB/T7929-1995)[Z].北京:北京测绘出版社, 1995.

[9]同济大学大地测量教研室 , 武汉测绘科技大学控制测量教研室 . 控制测量 (上册 )[M] 北京:北京测绘出版社 ,1988.

[10]李征航 . 空间定位技术及应用 [M]. 武汉:武汉大学出版社 ,2008

[11]顾孝烈,鲍峰,程效军 . 测量学 [M]. 上海:上海同济大学出版社, 2008.

范文二：武汉科技大学毕业设计工作记录表

武汉科技大学计算机科学与技术学院第学期毕业设计工作记录毕业设计(论文)题目 :

专业名称:

班级学号:

学生姓名:

指导教师:

开始时间:

结束时间:

计算机科学与技术学院 2011年制

说明

1.本记录簿除“指导教师意见”一栏外,其余均由学生填写,毕业设计工作结束后交学院存档。其中,周次与教学进程表一致,填写本学期教学周次,每 4周作一个月计算。

2. “工作日记”包括一周内所做的各项工作,要求每天填写并且内容详实。本项记录是教师填写“指导教师意见”的主要依据。

3. “辅导答疑情况”填写答疑的日期与地点,学生本人所提出的问题,教师所布置的任务及对问题的回答情况。

4. “指导教师意见” 是教师对学生一周工作的客观评价, 其中必须对完成进度进行评价。全部评价是毕业答辩时填写“指导教师审阅表”与“评阅教师审阅表”的主要依据。

5. “月度工作总结”内容包括:当月工作完成进度和进展过程简介、取得的主要成绩和收获、存在问题等。其中, 成绩与收获的多少是毕业设计成绩评 “优” 的重要依据。

6.当学生工作态度为“较差”时,指导教师负有及时向学生提出“警告”的责任。当学生工作态度为“差”时,指导教师必须及时将情况上报教研室;教研室应及时将情况汇总上报学院教学办公室, 并与学院共同就学生毕业设计的问题提出整改意见或决定停止学生毕业设计作不及格论处; 教师、教研室、学院共同负责学生整改情况检查。

毕业设计 (论文 ) 指导计划 (以周为单位 ) 教师姓名:学生姓名:

毕业设计题目

范文三：武汉科技大学毕业设计论文基本规范

武汉科技大学

本科毕业设计(论文)基本规范

毕业设计(论文)是培养学生综合运用所学知识，分析和解决实际问题，提高创新能

力的重要环节。保质保量完成毕业设计(论文)是申请学士学位的基本要求。为了进一步

提高我校本科毕业设计(论文)质量，根据《武汉科技大学毕业设计(论文)工作条例》，对本科生学士学位论文撰写格式、印刷与装订统一规范要求如下：

一、毕业设计（论文）结构及要求

毕业设计（论文）由以下部分组成：

?毕业设计(论文)封面；?中文摘要；?英文摘要；?目录；?正文；?参考文献；

?致谢；?附录；?有关图纸(大于3#图幅时单独装订)。

1、毕业设计(论文)封面

毕业设计(论文)封面由学校统一格式(可在教务处网上下载)。论文题目一般不得超过20个字，要简明扼要，可加副标题。

2、中英文摘要及关键词

摘要是论文内容的简要陈述，应尽量反映论文的主要信息，内容包括研究目的、方

法、结果和结论，不含图表，不加注释，具有独立性和完整性。中文摘要一般为400字左右，英文摘要应与中文摘要内容一致。

关键词是反映毕业设计(论文)主题内容的名词，关键词一般为3～5个。

3、目录

目录按三级标题编写，要求层次清晰，且要与正文标题一致。主要包括论文正文、

参考文献、致谢等。中英文摘要在目录中不出现。

4、正文

论文正文部分包括：绪论(前言、序言)、论文主体及结论（结束语）。

绪论：简要说明毕业设计（论文）工作的选题目的和意义，国内外文献综述，以及

所要研究的内容。

论文主体是论文的主要组成部分。要求层次清晰，文字简练，通顺，重点突出。

中文论文撰写的题序层次按以下格式书写：

一级标题：1第一层次(章)题序和标题，用小二号黑体字，前面空1行（小四号字）。题序和标题之间空两个字符，不加标点，左对齐。

二级标题：1.1第二层次(节)题序和标题，用小三号黑体字。题序和标题之间空两个

字符，不加标点，左对齐。

三级标题：1.1.1第三层次(条)题序和标题，用四号黑体字。题序和标题之间空两个

字符，不加标点，左对齐。

第四层次及以下各层次题序及标题，用小四号黑体字。题序和标题之间空两个字符，

不加标点，左对齐。

１

正文用小四号宋体字，行间距1.25倍。

结论：论文写结论，设计写结束语。结论（结束语）阐述作者创造性的工作，对存

在的问题和不足应给予客观的说明，也可提出进一步的设想。结论是整个论文的总结，

应以简练的文字说明论文的内容；用准确和精练的语言表述所得到的结论。

5、参考文献

列出自己所阅读并在文中的公开发表在出版物上的主要文献或网上下载的资．．［］1料。论文中被引用的参考文献序号置于所引用部分的右上角(如)，并以尾注的形式在文后参考文献部分按顺序一一列出。

理工科类专业毕业论文参考文献数不少于15篇，文科类专业不少于20篇，其中外文文献不少于6篇。毕业设计参考文献不少于10篇，其中外文文献不少于3篇。同一参考文献引用多次只视为一篇参考文献。

6、致谢

对导师和给予指导或协助完成毕业设计(论文)工作的组织和个人表示感谢，内容应

简洁明了、实事求是，避免俗套。

7、其他要求：

(1) 文字

毕业设计（论文）应严格执行文字的规范。正文的字数要求：理工科类不少于10000字；文科类不少于12000字，英语专业不少于4000个单词；艺术类纯论文型不少于10000字，设计说明书不少于5000字。

(2) 表格

论文的表格应统一编序(如：表1.5)；表序和表题置于表格上方中间位置。表序号、

表中文字用5号宋体。

(3) 图

插图要精选。应统一编序(如图5.2或图6.8)，仅有一图时，在图题前加“附图”

字样。图序号、图中文字用5号宋体。毕业设计(论文)中的插图以及图中文字符号应打

印，无法打印时一律用钢笔绘制和标出。由若干个分图组成的插图，分图用a,b,c,……标出。图序和图题置于图下方中间位置。

(4) 公式

论文中的公式应注序号并加圆括号，序号一律用阿拉伯数字连续编序(如：(4.5)、(6.10))，序号排在版面右侧，且距右边距离相等。公式与序号之间不加虚线。

(5) 数字用法

公历世纪、年代、年、月、日、时间和各种计数、计量，均用阿拉伯数字。年份不

能简写，如1999年不能写成99年。数值的有效数字应全部写出(如：0.50:2.00不能写作0.5:2)。

(6) 软件

软件流程图和原程序清单要按软件文档格式附在论文后面，特殊情况可在答辩时展

示，不附在论文内。

(7) 工程图按国标规定装订

２

图幅小于或等于3#图幅时应装订在论文内，大于3#图幅时按国标规定单独装订作为附图。

(8) 计量单位的定义和使用方法按国家计量局规定执行。

8、外文翻译：要求每人翻译1.0万字符以上外文文献，所翻译的外文文献必须与

本专业相关。外文翻译需单独装订成册。

二、毕业设计（论文）及相关材料的印刷与装订

1、毕业论文采用A4纸打印。版面页边距上、下2.5cm，左3cm，右2cm；页眉距边界2cm；页脚距边界1.75cm。页眉加“武汉科技大学本科毕业设计”或 “武汉科技大学本科毕业论文”，字体为3号隶书，居中；将“装订线”设置为“顶端”或“上”，

高度为0.5cm（此设置是为了解决页眉与正文之间距离较近的问题，不影响装订，毕业

设计（论文）一律左侧装订）。摘要和目录的页码用罗马字母小五号字，底端居中；正

文的页码用阿拉伯数字，小五号“Times New Roman”体，底端居中。如果双面打印，正文须另页右面开始，全文以右页为单页页码，不得有页码错误。

2、毕业设计(论文)装订要求：

(1) 毕业设计(论文)封面 (格式见附件1：《本科毕业设计（论文）封面格式》，使用

时请在教务处网上下载，用纸由学校统一发放)；

(2) 中文摘要、关键词（格式见附件2：《中文摘要格式要求》）；

(3) 英文摘要、关键词（格式见附件3：《英文摘要格式要求》）；

(4) 目录（格式见附件4：《目录格式要求》）；

(5) 正文（题目在正文前不出现）；

(6) 参考文献（格式见附件5：《参考文献格式要求》）；

(7) 致谢（另起一页，标题用三号黑体居中；标题与内容之间空一行；内容用小四

号宋体，1.25倍行距，页面设置同正文）；

(8) 附录；

(9) 有关图纸；

(10) 封底。

3、外文翻译装订要求：

外文翻译采用A4纸打印，。版面页边距上、下2.5cm、左3cm、右2cm；

页眉距边界2cm；页脚距边界1.75cm；页眉加“武汉科技大学本科毕业设计外文翻译”

或“武汉科技大学本科毕业论文外文翻译”，字体为3号隶书，居中；将“装订线”设置为“顶端”或“上”，高度为0.5cm（此设置是为了解决页眉与正文之间距离较近的问

题，不影响装订，毕业设计（论文）外文翻译一律左侧装订）。页码用阿拉伯数字，小

五号“Times New Roman”体，底端居中。

具体格式要求见附件6：《外文翻译格式要求》、附件7：《本科毕业设计（论文）外文翻译封面格式》。

4、毕业设计(论文)资料装袋采用统一印制的“武汉科技大学毕业设计(论文)资料

袋”，文件装袋顺序如下：

３

(1) 毕业设计(论文)手册；

(2) 毕业设计(论文)；

(3) 外文翻译；

(4) 答辩记录；

(5) 成绩单；

(6) 其它(如单独装订的图纸等)。

三、基本规范的执行

(1) 各学院毕业设计(论文)领导小组，负责组织对本科毕业设计(论文)基本规范的执行情况进行检查；

(2) 指导教师必须按本科毕业设计(论文)基本规范审查学生的毕业设计(论文)，并在答辩前完成，审查合格后方可参加答辩；审查不合格者，应及时修改，达到合格后，才

能参加答辩。

四、本规范自发布之日起执行，原《武汉科技大学本科毕业设计(论文)基本规范》（武科大教[2005]16号）自行废止。本规范由教务处负责解释。

４

附件1：《本科毕业设计（论文）封面格式》

本科毕业设计

（题目用楷体标1号字，居中）

格式全校一样，(封面可在教务处网上下载)

封面用教务处发的A3幅面纸打印

（以下六项用宋体标4号字）

５

本科毕业论文

（题目用楷体标1号字，居中）

格式全校一样，(封面可在教务处网上下载)

封面用教务处发的A3幅面纸打印

（以下六项用宋体标4号字）

６

摘??要（小二号黑体居中）

??※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

※※※※※※※※※※※※※※ ??※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

※※※※※※※※※※※※※※※ （小四号宋体,1.5倍行距）

关键词（4号黑体，左对齐，后加冒号）：?※※※※；?※※※※；?※※※※；

?※※※（小四号宋体）

（页码用罗马字母小五号字底端居中）

７

Abstract（

……………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………

………………………. （小四号Times New Roman，1.5倍行距）

Key words（四号Times New Roman，左对齐，加粗，后加冒号）： ??…… ……; ?

?……… ………; ??…… ……; ??……… ………（小四号Times New Roman，首字母大写,关键词之间空两个字符）

（页码用罗马字母小五号字底端居中，接前页连续编序）

８

?（三号黑体居中，不加粗）

1 ※※ ................................................................................................................................. 1 2 ※※※※※※※※※※※※ .......................................................................................... 1 2.1 ※※※※※※※※ ................................................................................................ 1 2.2 ※※※※※※※※※※※※※※※※ ................................................................. 2 3 ※※※※※※※※ .......................................................................................................... 3 3.1 ※※※※※※※※ .................................................................................................. 3 3.2 ※※※※※※※※ .................................................................................................. 4 4 ※※※※※※※※ .......................................................................................................... 6 4.1 ※※※※※※※※ .................................................................................................. 6

4.1.1 ※※※※※※※※ .......................................................................................... 7

4.1.2 ※※※※※※※※ .......................................................................................... 7

4.1.3 ※※※※※※※※ .......................................................................................... 7

4.1.4 ※※※※※※※※ .......................................................................................... 7

4.2 ※※※※※※※※※※※※※※※※ ................................................................... 8

4.2.1 ※※※※※※※※※※※※※※※※ ............................................................ 9

4.2.2 ※※※※※※※※ ........................................................................................ 11 4.3 ※※※※※※※※ ................................................................................................ 12

4.3.1 ※※※※※※※※ ........................................................................................ 12

4.3.2 ※※※※※※※※ ........................................................................................ 15 5 ※※※※※※※※ ........................................................................................................ 22 参考文献 ............................................................................................................................. 24 致谢 ..................................................................................................................................... 25 （采用电脑自动生成，阶梯状分布。宋体小四号字）

（页码用罗马字母小五号字底端居中，接前页英文摘要的页码连续编序）

９

参考文献的排列应按照引用的先后顺序进行。文献作者人数在3人以下（含3人）的全部列出，超过3人时，一般只列出3名作者，后面加―等‖字以示省略，不同作者姓

名间用逗号隔开。姓名一律采用―姓在前名在后‖的写法，外文姓名按国际惯例缩写，并

省略缩写点，空一个字符。未公开发表的资料一般不能引用，也不列入参考文献，确有

引用必要，须以脚注的形式标注，并明确加以说明。

中文参考文献著录格式中的句号用中文全角状态下的―.‖表示，西文参考文献著录格

式中的标点符号用西文状态下的符号，后空一格。参考文献另起一页，标题用三号黑体

居中；标题与内容之间空一行；内容用小四号宋体，1.25倍行距，页面设置同正文。

常用参考文献编写规则如下：

1. ——[序号]?作者．书名[M]．（版次，第1版可以不写版次）．出版地：

出版者，出版年．引用起~止页

例如：

[1] 龙驭球，包世华主编．结构力学[M]．（第2版）．北京：高等教育出版社，1994.17~20 [2] Zienkiewicz O. C. The Finite Element Method[M]. ( 3rd Ed). New York: McGraw–Hill,

1997. 21~27

2. ——[序号]?作者．书名[M]．译者．版次（第1版可以不写版次）．出版地：出版者，出版年．引用起~止页

例如：

[3] 保罗?萨缪尔森，威廉?诺德豪斯．经济学[M]．萧琛译．第17版．北京：人民

邮电出版社，2004.105~115

3. ——[序号]?作者．文章名[J]．学术刊物名，年，卷（期）：引用起~止页

例如：

[4] 陈勇．中国保健食品的发展方向探索[J]．中国卫生事业管理，2003，19（1）：54~55 [5] Marshall A. An investigation into the mechanism of inhibition of a synergistic dianodic

corrosion inhibitor[J] . Corrosion-Nace, 1981, 37(4): 214

１０

4.——[序号]?作者．文章名[C]．编者名．会议名称，会议地址，年份．刊

物名．出版地：出版者，出版年：引用起~止页

例如：

[6] 张浩．CAD/CAM技术现状及发展综述[C]．中国通信学会等．第六届全国计算机

应用联合学术会议，北京，2002．第六届全国计算机应用联合学术会议论文集．北

京：北京邮电大学出版社，2002：3~108

5.——[序号]?学生姓名．学位论文题目[D]．学校及学位论文级别．答辩年份．引用起~止页

例如：

[7] 莫祖栋．广义集成优化反演法在机械设计中的应用研究[D]．湖南大学硕士学位论

文．2006．14~27

6. ——[序号]?作者．文章名[N]．报纸名，出版日期（版别）

例如：

[8] 李斌，吴晶晶．我国已建立一百三十个流浪儿童救助保护中心[N]．人民日报，

2005-8-18（10）

7. ——[序号]?作者．文章名．电子文献的出处或可获得地址，发表或更

新/引用日期

例如：

[9] 彭国华，叶帆．科学发展观是我们党对发展规律认识的新的飞

跃．http://theory.people.com.cn/GB/40553/4239263.html，2007-1-10

１１

外文翻译封面(格式见附件7《本科毕业设计（论文）外文翻译封面格式》，可在教

务处网上下载)。

外文翻译要求内容完整，格式规范。版面页边距上、下2.5cm，左3cm，右2cm；页眉距边界2cm，页脚距边界1.75cm。页眉加“武汉科技大学本科毕业设计外文翻译”

或“武汉科技大学本科毕业论文外文翻译”，字体为3号隶书，居中。页码用阿拉伯数

字小五号字底端居中（外文原文复印件除外）。

首页第一项：外文论文题目，作者．学术刊物名，年，卷（期）：引用起~止页（如果是著作则为：外文著作书名，翻译部分的章节序号，章节名，作者．版次．出版地：

出版者，出版年．引用起~止页）。

首页第二项：外文论文题目，作者．学术刊物名，年，卷（期）：引用起~止页（如果是著作则为：外文著作书名，翻译部分的章节序号，章节名，作者．版次．出版地：

出版者，出版年．引用起~止页）。

首页格式见附件8：《本科毕业设计（论文）外文翻译首页格式（参考）》。

译文正文按原文的章节结构顺序进行翻译，正文用小四号宋体字，行间距1.25倍。

一级标题：标题号1 ，用小三号黑体字，单倍行距，左对齐，段前段后空0.5行。

二级标题：标题号1.1，第三层次(条)题序和标题，用四号黑体字，单倍行距，左对

齐，段前段后空0.5行。

三级标题：标题号1.1.1，用小四号黑体字，单倍行距，左对齐，段前段后空0.5行。

四级标题：标题号1.1.1.1，用小四号宋体字加粗，单倍行距，左对齐，段前段后空

0.5行。

外文原文作为附件，放在译文正文之后，另起一页。

外文原文可以直接复印成A4页面，或直接用网络下载的文本格式打印成A4页面。外文原文要清晰、整洁。

封面用普通A3白纸打印，对折装订，内容用A4纸打印。外文翻译装订顺序：封

面、首页、译文正文、外文原文、封底。

１２

本科毕业设计外文翻译

（题目用楷体3号字，居中）

格式全校一样，(封面可在教务处网上下载)

（以下六项用宋体标4号字）

１３

本科毕业论文外文翻译

（题目用楷体3号字，居中）

格式全校一样，(封面可在教务处网上下载)

（以下六项用宋体标4号字）

１４

Eeeeee Eeeeee Eeeeee Eeeeee Eeeeee Eeeeee Eeeeee Eeeeee (外文论文题目，原文书写，三号Times New Roman，居中)

Eeeeee Eeeeee (作者，原文书写，三号Times New Roman，居中)

Eeeeee Eeeeee Eeeeee Eeeeee Eeeeee Eeeeee Eeeeee Eeeeee (学术刊物名，年，卷（期）：引用起~止页（如果是著作则为：外文著作书名，翻译部分的章节序

号，章节名，作者．版次．出版地：出版者，出版年．引用起止~页），原文书写，三号Times New Roman，居中)

中中中中中中中中中中中中（外文论文题目，中文书写，宋体，

三号，居中）

中中中中（作者，中文书写，宋体，三号，居中）

中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中

中中中中中中中中（学术刊物名，年，卷（期）：引用起~止页（如果是著作则为：外文著作书名，翻译部分的章节序号，章节名，作者．版次．出版地：出版者，出版年．引

用起~止页），中文书写，宋体，三号，居中）

１５

范文四：武汉科技大学毕业设计手册开题报告

,理工科类专业用,

毕业论文题目纯电动汽车动力匹配及驱动装置设计专题题目,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

设计(论文)起止日期: 年月日至年月日

汽车与交通工程学院车辆工程专业2011年级01班

学生姓名佘烁

指导教师麻友良

教研室(系)主任郭健忠

教学院长严运兵

年月日年月日

business to organize, guide, assist, participatory pre-loan investigation, provide marketing advice and responsible for marketing advice. Chapter III content and process after accepting the borrower's application for the 14th person, dominated by field investigation and off-site surveys as a supplement, carry out pre-loan investigation work. Main contents are as follows: (a) the borrower surveys 1. Borrower for corporate customers, investigators should interview business, management, finance and other related personnel, field trip place of business and production operations, and according to the information provided by the customer to verify the business management, authenticity of the financial situation, trade, etc. 2. borrowing people for small enterprise of, survey content except reference company class customer outside, also should focus concern actual control people and the main shareholders personal funding letter, and practitioners experience, and marriage status, and health status, soft information and family assets, and liabilities status; focus survey verified enterprise account table, and bank account water, and tax information and hydropower wage, spending information, then verified company actual business status and the financial status. 3. the borrower is a natural person, the investigation should focus on borrowers and their families, property, income, debt, credit ... Investigators should field surveys, confirm the mortgage situation, by way of assessment, inquiry finds the value of the mortgage. Disagrees with the determination of value, should be submitted through other evaluation Agency, the supplementary investigations, field surveys, including re-evaluation of value. 1. to property mortgage of, survey people should field study mortgage real, and verified following information: housing ownership card by contains Ming information (ownership people, and is located, and floor,, and room,, and area, and type,)

须知

一、本手册第1页是毕业设计,论文,任务书～由指导教师填写,第2页是开题报告,第3页是答辩申请事项。答辩时学生须向答辩委员会,或答辩小组,提交本手册～作为答辩评分的参考材料～没有本手册不得参加答辩。本手册可以使用电子版打印～但签署姓名和日期处必须手工填写。本手册最后装入学生毕业设计,论文,档案袋。

二、毕业设计,论文,期间～要求学生每天出勤不少于6小时～在校外进行毕业设计,论文,或实习,调研,者～应遵守有关单位的作息时间～学生如事假,病假,必须按规定的程序办理请假手续～凡未获准请假擅自停止工作者～按旷课论处。

三、学生在毕业设计,论文,中～要严格遵守纪律、服从领导、爱护仪器设备～遵守操作规程和各项规章制度,自觉保持工作场所的肃静和清洁～不做与毕业设计,论文,工作无关的事情。

四、学生要尊敬指导教师、虚心请教～并主动接受老师的随时检查。

五、学生要独立完成毕业设计,论文,任务～在毕业设计,论文,过程中要有严谨的科学态度和朴实的工作作风～严禁抄袭和弄虚作假。

六、毕业设计,论文,成绩评定标准按五级:优秀,90分以上,、良好,80分以上,、中等,70分，79分,、及格,60分，69分,、不及格,59分以下,。

毕业设计(论文)任务书

设计(论文)题目:

纯电动汽车动力匹配及驱动装置设计

设计(论文)主要内容(包括主要技术参数):

研究纯电动汽车最优化匹配。项目主要内容包括:纯电动汽车的特点分析～纯电动汽车驱动方案及电动机选择～蓄电池和超级电容的最佳匹配～电动汽车驱动装置选型及设计。

该课题的主要要求:以某轿车为原型车～最高车速140km/h,最大爬坡度30%～续驶里程300km,蓄电池和超级电容实现最佳匹配～并提出最佳匹配的控制方法。

以某轿车为原型车～其主要技术参数:

最高车速140km/h,载人5位,爬坡度30%,续驶里程300km

要求完成的工作主要有:?驱动装置的装配图以及机架、轴等主要零件图～图纸折合1号图5张,?设计说明书1份,?专业英语资料翻译1篇。

主要参考资料:

[1] 李兴虎.电动汽车概论[M].北京:北京理工大学出版社，2005年8月 [2] 麻友良，严运兵主编.电动汽车概论[M].北京:机械工业出版社，2012.1

现代电动汽车技术[M].北京:北京理工大学出版社，2002.11 [3] 陈清泉等.

[4] 马宪民，电动汽车的电气驱动系统[J].西安公路交通大学学报，2001, 21 (3) [5] 张翔等.中国电动汽车的进展[J].成都:汽车研究与开发，2004 (1):34—51 [6] 陈宗璋，吴振军(电动汽车发展历程[J](大众用电，2008，1:41-42 [8] 崔胜民(新能源汽车技术[M](北京:北京大学出版社，2009.9 [9] 余志生(汽车理论[M](北京:机械工业出版社，2006.5? [10] 金续曾(电动机选型及应用 [M](北京:中国电力出版社， 2003(8

[11] 冯健璋(汽车发动机原理与汽车理论[M](北京:机械工业出版社，2005.1

指导教师签名________________

年月日

__________________________________________________________

rs and their families, property, income, debt, credit ... Investigators should field surveys, confirm the mortgage situation,orroweany actual business status and the financial status. 3. the borrower is a natural person, the investigation should focus on brise account table, and bank account water, and tax information and hydropower wage, spending information, then verified compenterpe, and marriage status, and health status, soft information and family assets, and liabilities status; focus survey verified lso should focus concern actual control people and the main shareholders personal funding letter, and practitioners experiencide, atuation, trade, etc. 2. borrowing people for small enterprise of, survey content except reference company class customer outsand according to the information provided by the customer to verify the business management, authenticity of the financial siions, hould interview business, management, finance and other related personnel, field trip place of business and production operatvestigation work. Main contents are as follows: (a) the borrower surveys 1. Borrower for corporate customers, investigators sloan in-site surveys as a supplement, carry out pre-wer's application for the 14th person, dominated by field investigation and offion, provide marketing advice and responsible for marketing advice. Chapter III content and process after accepting the borroloan investigat-business to organize, guide, assist, participatory pre1ns Ming information (ownership people, and is located, and floor,, and room,, and area, and type,)mation: housing ownership card by contaievaluation of value. 1. to property mortgage of, survey people should field study mortgage real, and verified following infor-ugh other evaluation Agency, the supplementary investigations, field surveys, including rethro by way of assessment, inquiry finds the value of the mortgage. Disagrees with the determination of value, should be submitted

毕业设计(论文)开题报告一、选题背景

随着世界人口的增加，人类将面临三大难题:粮食、能源和环境。在这三个问题中，后两项均与汽车有关:20世纪60年代以后，由于汽车的普及，汽车排放的有害气体严重污染大气，直接威胁人类的健康和赖以生存的环境，能源和环境都不允许按照现在的方式发展汽车产业了，不仅作为燃油汽车能源的石油趋向枯竭，而且汽车尾气排放所造成的空气污染也威胁着数亿人的健康，过度的碳排放还造成了温室效应，给全世界带来灾难性的后果。另一方面，中国未来的经济增长已经受到石油能源供应的严重制约，尤其是中国对国际原油的依赖程度超过美国，2011年已经达到了56%，而且每年都在增加。这已经不仅仅是经济问题了，已经成为国家安全的重大隐患，摆脱对进口原油的过度依赖，势必成为国家政策的重要关注点，用新能源来代替传统能源已经成为国家战略。20世纪70年代以来的石油危机又唤起了人类对有限石油资源的关注，电动汽车的研究开发又重新受到重视，成为“热点”。世界各主要工业发达国家和各主要汽车制造厂商以及电力、环保、交通、机电等部门都投入巨大的人力、物力、财力来研究、试验、试用电动汽车。

广义的电动汽车包括纯电动汽车、增程式混合动力汽车、燃料电池汽车和无轨电车。增程式混合动力汽车可以储存一定的电能，依靠充电就可以行驶，还可以用石油燃料，与纯电动汽车相比，其结构较复杂，使用发动机时会有排放，可以看成是由内燃机汽车到纯电动汽车的过渡车型;燃料电池汽车终归还是需要燃料，其效率只有20%,28%(包括燃料重整、燃料电池、充电、电动机和机械损失等效率，纯电动汽车的效率为27%,38%)，而且燃料电池触媒成本高，燃料的储存也存在问题;无轨电车目前只用于公交车，其行驶范围受到限制;对比发现:纯电动汽车很可能是汽车未来发展的方向，对纯电动汽车进行研究是有现实意义的。

二、设计主要内容

,.研究纯电动汽车最优化匹配(框内没有字,)

图1

电动汽车的构造可用图,表示。从结构上看，纯电动汽车很简单，主要元件只有电动机和电池，

dit ... Investigators should field surveys, confirm the mortgage situation, by way of assessment, inquiry finds the value of the borrower is a natural person, the investigation should focus on borrowers and their families, property, income, debt, cres. 3. x information and hydropower wage, spending information, then verified company actual business status and the financial statuion and family assets, and liabilities status; focus survey verified enterprise account table, and bank account water, and taormatthe main shareholders personal funding letter, and practitioners experience, and marriage status, and health status, soft inf prise of, survey content except reference company class customer outside, also should focus concern actual control people andenter ustomer to verify the business management, authenticity of the financial situation, trade, etc. 2. borrowing people for smallrelated personnel, field trip place of business and production operations, and according to the information provided by the cators should interview business, management, finance and other loan investigation work. Main contents are as follows: (a) the borrower surveys 1. Borrower for corporate customers, investig-site surveys as a supplement, carry out pre-d investigation and offpting the borrower's application for the 14th person, dominated by fielloan investigation, provide marketing advice and responsible for marketing advice. Chapter III content and process after acce-business to organize, guide, assist, participatory pre2ed, and floor,, and room,, and area, and type,)real, and verified following information: housing ownership card by contains Ming information (ownership people, and is locat evaluation of value. 1. to property mortgage of, survey people should field study mortgage-estigations, field surveys, including rertgage. Disagrees with the determination of value, should be submitted through other evaluation Agency, the supplementary invthe mo

但实际上，电气系的部件作为通用商品在市场上销售的情况很多，如果只想制造电动汽车，并不难，但要制造高性能的电动汽车就要做好电池、电动机、控制器和整车的优化匹配。电动汽车除了要求电动机和电池有良好的性能之外，对控制系统的性能要求很高，控制系统对电池寿命、电池安全、电池能量、电机调速、能量回收等有决定性的影响。

,.纯电动汽车的特点分析

仅以动力型蓄电池向电动机提供电能，驱动车辆行驶的公路车辆，称为纯电动汽车，简称电动汽车(electric vehicle)，其优点现具体分析比较如下:

(1)不消耗石油，环保，无污染，噪声和振动小;

(2)构造相对简单。电动汽车零件数量只有汽油车的1/2，不超过1万个，是混合动力汽车的1/3左右，零件少，开发和生产容易;

(3)效率高。传统汽油车的效率为10%,20%(包括石油精制、输送、发动机和驱动损失)，而纯电动汽车的效率为27%,38%(包括发电、送电、充电、电动机和机械损失);

)电动汽车的能量价格相对比较便宜。考虑目前的燃油价格和燃油汽车的燃油消耗量以及(4

峰谷电价和电动汽车的耗电量，电动汽车的能量费用大约只相当于燃油汽车的1/8;

(5)布置灵活方便。由于纯电动汽车的能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性的联轴器和传动轴传递，所以各部件的布置具有很大的灵活性，尤其是蓄电池的布置，可以选择同规格但不同形状的单体，均匀布置在车身各部位，力争原车重心位置，轴荷分配保持不变;

(6)电动汽车可以实现全轮独立控制。电动机可以小型化分散布置，实现4轮独立驱动，每个车轮可以输出最优转矩，行驶性能和燃油经济性有希望得到跳跃性的提高;

(7)通过运动控制可以提高燃油经济性两倍以上。虽然汽车的轮胎和地面紧密咬合的同时旋转，实际上还有相对程度的空转，解决这个问题就要对驱动力和车轮速度进行运动控制。电动机可以进行转速的实时调节，而发动机的转矩应答比电动机慢两个数量级，无法实现如此精细的控制;

(8)电动汽车可以准确的把握路面状况。电动机可以通过检测电流值精确地追踪车轮转矩，从而可以推测路面状态，有利于提高安全性和燃油经济性，而发动机的转矩的测定比较困难。 ,.设计思路及方案

ugh other evaluation Agency, the supplementary investigations, field surveys, including rethro by way of assessment, inquiry finds the value of the mortgage. Disagrees with the determination of value, should be submitted rs and their families, property, income, debt, credit ... Investigators should field surveys, confirm the mortgage situation,orroweany actual business status and the financial status. 3. the borrower is a natural person, the investigation should focus on brise account table, and bank account water, and tax information and hydropower wage, spending information, then verified compenterpe, and marriage status, and health status, soft information and family assets, and liabilities status; focus survey verified lso should focus concern actual control people and the main shareholders personal funding letter, and practitioners experiencide, atuation, trade, etc. 2. borrowing people for small enterprise of, survey content except reference company class customer outsand according to the information provided by the customer to verify the business management, authenticity of the financial siions, hould interview business, management, finance and other related personnel, field trip place of business and production operatvestigation work. Main contents are as follows: (a) the borrower surveys 1. Borrower for corporate customers, investigators sloan in-site surveys as a supplement, carry out pre-wer's application for the 14th person, dominated by field investigation and offion, provide marketing advice and responsible for marketing advice. Chapter III content and process after accepting the borroloan investigat-business to organize, guide, assist, participatory pre3ns Ming information (ownership people, and is located, and floor,, and room,, and area, and type,)mation: housing ownership card by contaievaluation of value. 1. to property mortgage of, survey people should field study mortgage real, and verified following infor-

初

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图2

the borrower is a natural person, the investigation should focus on borrowers and their families, property, income, debt, cres. 3. x information and hydropower wage, spending information, then verified company actual business status and the financial statuion and family assets, and liabilities status; focus survey verified enterprise account table, and bank account water, and taormatthe main shareholders personal funding letter, and practitioners experience, and marriage status, and health status, soft inf prise of, survey content except reference company class customer outside, also should focus concern actual control people andenter ustomer to verify the business management, authenticity of the financial situation, trade, etc. 2. borrowing people for smallrelated personnel, field trip place of business and production operations, and according to the information provided by the cators should interview business, management, finance and other loan investigation work. Main contents are as follows: (a) the borrower surveys 1. Borrower for corporate customers, investig-site surveys as a supplement, carry out pre-d investigation and offpting the borrower's application for the 14th person, dominated by fielloan investigation, provide marketing advice and responsible for marketing advice. Chapter III content and process after acce-business to organize, guide, assist, participatory pre4ed, and floor,, and room,, and area, and type,)real, and verified following information: housing ownership card by contains Ming information (ownership people, and is locat evaluation of value. 1. to property mortgage of, survey people should field study mortgage-estigations, field surveys, including rertgage. Disagrees with the determination of value, should be submitted through other evaluation Agency, the supplementary invthe modit ... Investigators should field surveys, confirm the mortgage situation, by way of assessment, inquiry finds the value of

(1)电动汽车参数匹配设计流程(如图2)

(2)纯电动汽车驱动方案

纯电动汽车可以有多种结构形式:传统的驱动系统、简化的传统驱动系统、电动机—驱动桥整体式驱动系统、双电动机驱动系统、内转子电动轮驱动系统和外转子电动轮驱动系统。为使传动机构紧凑、传动效率高、安装方便，决定采用电动机—驱动桥整体式驱动系统，即与发动机横向前置、前轮驱动的内燃机汽车的布置类似，将电动机、固定速比减速器和差速器集成一个整体，两根半轴连接驱动车轮。

(3)电动机选择

在速度小于60km/h的车上，一般选用直流串励电动机，这种电动机低速牵引性能好;在速度大于60km/h的车上，常选用永磁同步电动机、无刷直流电机和开关磁阻电动机。由于轿车车速较高，故初选永磁同步电动机，理由如下:

?我国是稀土大国，永磁材料较为丰富，通过长期大量应用和研究，我国的永磁同步电动机的技术较为成熟。

?无碳刷—换向器系统，可免去碳刷维护。

?用强永久磁铁代替了励磁线圈，省去了一部分磁耗，提高了效率。

?永磁结构可以将转子做得很小，外圈的定子相应也较小，提高了功率密度。

?转子中没有环形电流，故不发热，只是外部易于散热的定子发热，易冷却。

?噪声低(由于定子感应电动势是正弦波形，相比于无刷直流电机和开关磁阻电动机，定子电流无直流成分，转矩变化柔和，脉动成分少)，并且用高于声频范围的电子换向器代替有噪声的机械换向器，人耳听不到噪声。

?可以用矢量控制算法实现宽范围的恒功率弱磁调速。

(4)蓄电池选择

纯电动汽车常用的动力电池有镍氢电池和锂离子电池，由于锂离子电池在能量密度、能量效率、循环寿命和自放电率等方面的性能均优于镍氢电池，而且单体电池电压是镍氢电池的3倍，需要串联的电池数量少，便于监控和管理，故选用锂离子电池。设计计算如下:

?确定基本参数:电池系统总电压、容量、质量，载质量，各部分效率。

orroweany actual business status and the financial status. 3. the borrower is a natural person, the investigation should focus on brise account table, and bank account water, and tax information and hydropower wage, spending information, then verified compenterpe, and marriage status, and health status, soft information and family assets, and liabilities status; focus survey verified lso should focus concern actual control people and the main shareholders personal funding letter, and practitioners experiencide, atuation, trade, etc. 2. borrowing people for small enterprise of, survey content except reference company class customer outsand according to the information provided by the customer to verify the business management, authenticity of the financial siions, hould interview business, management, finance and other related personnel, field trip place of business and production operatvestigation work. Main contents are as follows: (a) the borrower surveys 1. Borrower for corporate customers, investigators sloan in-site surveys as a supplement, carry out pre-wer's application for the 14th person, dominated by field investigation and offion, provide marketing advice and responsible for marketing advice. Chapter III content and process after accepting the borroloan investigat-business to organize, guide, assist, participatory pre5ns Ming information (ownership people, and is located, and floor,, and room,, and area, and type,)mation: housing ownership card by contaievaluation of value. 1. to property mortgage of, survey people should field study mortgage real, and verified following infor-ugh other evaluation Agency, the supplementary investigations, field surveys, including rethro by way of assessment, inquiry finds the value of the mortgage. Disagrees with the determination of value, should be submitted rs and their families, property, income, debt, credit ... Investigators should field surveys, confirm the mortgage situation,

?行驶阻力、运行动力和功率计算。

?电机扭矩与驱动力计算。

?电源设计:电流、等速行驶百公里能耗、续驶里程计算。

?电池模块设计:电池的尺寸，数量，布置等。

(5)超级电容的匹配:根据制动力曲线计算汽车制动时的回收能量和峰值电流，试算超级电容的容量和电压;计算汽车加速时所需的最大功率和电机峰值电流，试算超级电容的容量和电压。取两者中大的参数作为选择超级电容的参数。

三、设计的进度流程

第一阶段: 1-2周，进行毕业实习;

第二阶段: 3-,周，做开题报告，在总体方案指导下，搜集资料，了解相关知识;

第三阶段:,-11周，进行设计计算，画图纸，整理相关资料，写设计说明书;

第四阶段:12-1,周，修改设计图纸，完善设计说明书，提交图纸和说明书;

第五阶段:1,周，准备毕业答辩。

四、毕业论文准备及申请

在之前的两三周中，我已经准备了毕业设计的相关资料，包括在图书馆借阅的纯电动汽车的书、机械设计手册和下载的有关论文，此外还有老师推荐的参考资料。在之前的每周例会上，已基本解决了设计中的诸多不懂的问题，有了清晰的设计思路，所以，我认为我的大部分准备工作已经完成，可以开始本次毕业设计的工作了，望老师批准～

指导教师意见:

指导教师签名__________________

年月日

dit ... Investigators should field surveys, confirm the mortgage situation, by way of assessment, inquiry finds the value of the borrower is a natural person, the investigation should focus on borrowers and their families, property, income, debt, cres. 3. x information and hydropower wage, spending information, then verified company actual business status and the financial statuion and family assets, and liabilities status; focus survey verified enterprise account table, and bank account water, and taormatthe main shareholders personal funding letter, and practitioners experience, and marriage status, and health status, soft inf prise of, survey content except reference company class customer outside, also should focus concern actual control people andenter ustomer to verify the business management, authenticity of the financial situation, trade, etc. 2. borrowing people for smallrelated personnel, field trip place of business and production operations, and according to the information provided by the cators should interview business, management, finance and other loan investigation work. Main contents are as follows: (a) the borrower surveys 1. Borrower for corporate customers, investig-site surveys as a supplement, carry out pre-d investigation and offpting the borrower's application for the 14th person, dominated by fielloan investigation, provide marketing advice and responsible for marketing advice. Chapter III content and process after acce-business to organize, guide, assist, participatory pre6ed, and floor,, and room,, and area, and type,)real, and verified following information: housing ownership card by contains Ming information (ownership people, and is locat evaluation of value. 1. to property mortgage of, survey people should field study mortgage-estigations, field surveys, including rertgage. Disagrees with the determination of value, should be submitted through other evaluation Agency, the supplementary invthe mo

答辩

答

辩申请申请人签名:

年月日

(明确是否同意答辩) 指

导

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意指导教师签名: 见年月日

(明确是否同意答辩) 评

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教

师

意评阅教师签名: 见年月日

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意答辩委员会(小组)负责人签名: 见

年月日

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范文五：河北科技大学毕业设计毕业设计正文

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1 引言

1.1 快速成型技术的产生和发展

1.1．1快速成型（RP）技术简介第 1 页共 36 页

快速原型制造技术，又叫快速成型技术，英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP技术），RAPID PROTOTYPING MANUFACTURING，简称RPM。

快速成型（RP）技术是在90年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。它于20世纪80年代后期产生于美国，很快扩展到日本及欧洲，比喻20世纪90年代初期引进我国，是近20年来制造技术领域的一项重大突破，并由此产生一个新兴的技术领域。

它借助计算机、激光、精密传动、数控技术等现代手段，将CAD和CAM技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的技术集成以实现从零件到三维实体原型制造一体化的系统技术。它是一种基于离散堆积成型思想的新型成型技术，是又CAD模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件制造的技术的总称。

快速成形（Rapid Prototyping， RP）技术基于离散/堆积原理，采用多种直写（Direct Writing）技术控制单元材料状态，将传统上相互独立的材料制备和材料成形过程合，建立了零件成形信息及材料功能信息数字化到物理实现数字化之间的直接映射，实现了从材料和零件的设计思想到物理时间的一体化[1]。

进入 21 世纪以来，间接快速制模技术成为 RP 最重要的应用领域；生物活性材料快速成形成为 RP 研究中一个新的热点，快速成形的生物材料进入细胞和大分子层次；RP 技术的研究重点逐步转移到快速制造（Rapid Manufacturing），主要是直接金属件的制造，快速成形技术的概念也由快速原型向快速制造转化[2]。而基于喷射技术的熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDM）正是当前最活跃使用最广泛的 RP技术之一。

1.1.2快速成型技术的基本原理

传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后经切削加工，从毛坯上去除多余的材料，从而达到设计所要求的形状、尺寸和公差，这种方法统称为材料去除制造。

快速原型制造技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法，而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材料二维添加的组合，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制造技术。

1.1.3 快速成型（RP）技术的特点

RP技术将一个实体的复杂的三维加工离散成一系列层片的加工，大大降低了加工难度，具有如下特点：

（1）成型全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场；

（2）可以制造任意复杂形状的三维实体；

（3）用CAD模型直接驱动，实现设计与制造高度一体化，其直观性和易改性为产品的完美设计提供了优良的设计环境；

（4）成型过程无需专用夹具、模具、刀具，既节省了费用，又缩短了制作周期。

（5）技术的高度集成性，既是现代科学技术发展的必然产物，也是对它们的综合应用，带有鲜明的高新技术特征。

以上特点决定了RP技术主要适合于新产品开发，快速单件及小批量零件制造，复杂形状零件的制造，模具与模型设计与制造，也适合于难加工材料的制造，外形设计检查，装配检验和快速反求工程等。

1.1.4 快速成型（RP）技术的研究背景

自美国3D公司1988年推出第一台商品SLA快速成形机以来，已经有十几种不同的成形系统，其中比较成熟的有UV、SLA、SLS、LOM和FDM等方法。

本次毕设的任务就是基于各种快速成型技术中的FDM技术提出来的

2.快速成型的分类及其应用

1.4 快速成型技术的分类

目前快速成型技术在“分层制造”思想的基础上，已出现了数十种工艺方法，并且新的工艺还在不断涌现。根据所使用的材料和建造技术的不同，目前应用比较广泛的方法有选择性激光烧结法（SLS）、光固化成型法（SLA）、熔融沉积制造法（FDM）、叠层实体制造法（LOM）等。

1) 选择性激光烧结法(Selective Laser Sintering, SLS)工艺

SLS工艺是采用粉末状材料成型的。用激光束在计算机的控制下有选择地进行烧结，被烧结部分固化在一起构成了零件的实心部分。一层完成后再进行下一层，新的一层则与上一层牢固地结合在一起。所有层完成后，去除多余未烧结的粉末，再经过打磨、烘干等后处理，便得到烧结后的零件。如下图所示：

图1 选择性激光烧结原理图

2）光固化成型法(Stereo lithography Apparatus, SLA)工艺

SLA工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。激光束在控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表面再铺上一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。如下图所示:

图2 立体光固化成型工艺原理图

3) 熔融沉积制造法(Fused Deposition Manufacturing, FDM)工艺

FDM工艺一般采用热塑性材料。材料在喷头内被加热融化。喷头在计算机的控制下沿零件截面进行填充轨迹运动，同时将融化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。材料挤压后堆积出一个层面，然后将第二个层面用同样的方法制造出来，并与前一个层面熔接在一起，如此层层堆积而获得一个三维实体。如下图所示：

图3 熔融沉积制造原理图

4) 叠层实体制造法(Laminated Object Manufacturing, LOM)工艺

LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。LOM工艺将单面涂有热溶胶的纸片通过加热辊加热粘接在一起，位于上方的激光器按照CAD分层模型所获数据，用激光束将纸切割成所制零件的内外轮廓．然后新的一层纸再叠加在上面，通过热压装置和下面已切割层粘合在一起。激光束再次切割．这样反复逐层切割一粘合一切割，直至整个零件模型。如下图所示：

图4 Helisys公司的LOM系统装置原理图

5）其他工艺：还有许多快速成型工艺已经投入商品化，如三维喷涂粘结（Three Dimensional Printing and Gluing, 3DPG）、焊接成型（Welding Forming, WF）、光屏蔽工艺（Photo—masking, SGC）、直接壳法（Direct Shell Production Casting, DSPC）、直接烧结技术、数码累积成型、热致聚合、全息干涉制造、模型熔、弹道微粒制造光束干涉固化等。

1.5 快速成型技术的应用

1）在产品设计上的应用

一直以来，在CAD和CAM之间都存在着一个缝隙，即产品的CAD总不能在CAM之前尽善尽美。快速成型技术的出现恰到好处地弥补了产品CAD与CAM之间的这个缝隙。正因为如此，RP模型的早期应用主要集中在产品设计阶段的外观评估、装配与功能检验方面，而且这几方面的应用至今仍然占据着较大的需求。

2) 在快速模具上的应用

由于现代社会产品竞争十分激烈,产品快速响应市场往往是竞争制胜的关键,所以模具快速制造显得尤为重要。

传统模具制造的方法工艺复杂、时间长、费用高、精度低、寿命短,很难完全满足用户的要求。即使是传统的快速模具,也常常因为模具的设计与制造中出现的问题无法改正,而不能做到真正的“快速”。因此,应用RP 技术制造快速模具,在最终生产模具开模之前进行产品的试制与小批量生产,可以大大提高产品开发的一次成功率,有效地节约开发时间和费用。

在RP 原型制造出来之后,以此原型作为基础,采用一次转换或多次转换工艺,制造出实际的大批量生产中或产品试制中零件使用的模具,称为间接模技术,目前是RP 技术最重要的应用领域。

3) 在医学领域上的应用

RP技术已经运用于种植体原型、监视系统和很多其他医疗设备原型的制作，运用生理数据采用SLA、LOM、SLS、FDM等技术快速制作物理模型，对想不通过开刀就可观看病人骨结构的研究人员、种植体设计师和外科医生等能够提供非常有益的帮助。这些技术在很多专科如颅外科、神经外科、口腔外科、整形外科和头颈外科等得到了广泛的应用。

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1.2熔融沉积技术

1．2.1 FDM熔融沉积造型概述第 7 页共 36 页

熔融沉积造型（Fused Deposition Modeling ,FDM）又称为融化堆积法，熔融挤出成模（Melted Extrusion Manufacturing ,MEM）等 .FDM工艺由美国学者Dr.Scott Crump于1988年研制成功，并由美国Stratasys 公司推出商品化的设备[3]。FDM工艺不使用激光器，其关键技术在于喷头，其基本工作原理是：喷头在计算机控制下作X-Y联动扫描以及Z向运动，制作材料在喷头中被加热并略高于熔点；喷头在扫描运动中喷出熔融的材料，快速冷却形成一个加工层，并与上一层连接在一起；这样层层扫描叠加便形成一个空间实体。类似的工艺还有MJS（Multiple Jet Solidification）、MEM（Melted Extrusion Manufacturing）等。

研究FDM工艺的主要有Stratasys公司和Med Modeler公司。Stratasys公司于1993年开发出第一台DDM1650机型后，又先后推出了FDM-2000、FDM-3000和FDM-8000机型。近年来，美国3D Systems公司在FDM技术的基础上开发出了多喷头（Multi-Jet Manufacture,MJM）技术，即使用多个喷头同时造型，从而提高了造型速度。

1.2.2 FDM 国内外发展现状

目前研究FDM最主要的是美国Stratasys公司。该公司成立于1990年，总部位于美国明尼苏达州，拥有FDM专利技术。该公司于1993年开发出第一台FDM-1650机型后，先后推出了FDM-2000、FDM-3000和FDM-8000机型；1998年又推出了采用挤出头磁浮定位（Magna Drive）系统，可同时控制两个喷出头的FDM-Quantum机型；1999年推出可使用使用聚脂热塑性塑料的Genisys型改进机型GenisysXs[1]；目前该公司最新的机型有Dimension三维打印机、FDM Prodigy plus、FDM Vantage、FDM Titan、FDM Maxum快速成形机。该公司自2002年起在年RP设备销售台数上超过美国3D System公司，成为世界上最大的RP设备销售商，目前Stratasys公司每年销售的RP设备占到全球销售总量的一半左右。

国内，华中科技大学、北京殷华公司等单位也从事FDM方面的研究。北京殷华公司对熔融挤压喷头进行了改进，提高了喷头可靠性。并在此基础上新推出了面向办公应用的MEM200型小型设备，面向工业应用的MEM350型设备以及基于光固化工艺的AURO-350型设备。此外，殷华公司近几年推出了专门用于人体组织工程支架的快速成形设备Medtiss。该型设备以清华大学激光快速成形中心发明的低温冷冻成形（LDM）工艺为基

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础，最多可同时装备4个喷头。该设备成形材料广泛，可成形PLLA、PLGA、PU等多种人体组织工程用高分子材料。成形的支架孔隙率高，贯通性好，在组织工程中有良好的应用前景[2]。

在FDM材料方面，熔丝线材料主要是ABS、人造橡胶、铸蜡和聚脂热塑性塑料。1998年澳大利亚的Swinburne工业大学研究了一种金属-塑料复合材料丝。1999年Stratasys公司开发出水溶性支撑材料，有效地解决了复杂、小型孔中的支撑材料难除或无法去除的难题[3]。从2003年至今，Stratasys公司为扩大FDM工艺在RM领域的应用，先后推出PC、PC/ABS、PPSF等三种材料，使成形的零件可直接用作汽车仪表盘、电子产品外壳甚至塑料注塑模具等。根据Stratasys技术报告提供的数据，采用PPSF材料制造的注塑模具可生产150件POM零件或者201件PA零件[4]。此外，目前Stratasys公司推出的工程塑料ABS有六种标准颜色，包括：白、蓝、黄、黑、红、绿色，允许客户定制。

1.2.3 新工艺、新材料和新方法的研究

丹麦科技大学（Technical University of Denmark）的Bellini Anna开发了一种用于FDM设备的新型挤出系统[5]。该装备将一个微型挤出器安装在一个精确定位系统上，它能使直接使用颗粒状原料，而代替传统FDM工艺中的丝状材料，从而使得FDM工艺可以使用更广泛的特殊材料（如陶瓷等），提高FDM制件的性能，达到使用FDM工艺制造特殊原型和快速制造的目的。目前，该系统和使用该系统的制件已经制作出来，但是一些工艺参数（如颗粒度等）还需要进一步优化。西安交通大学将传统FDM工艺中材料挤出过程作了改进，将被加热到一定温度的低粘性材料(该材料可由不同相组成,如粉末—粘结剂的混合物) ,通过空气压缩机提供的压力由喷头挤出,其他均与传统FDM工艺相同，他们将这种工艺称之为气压式熔融沉积快速成形(AJS)[6]。他们的研究结论是：以气压作为挤压动力有效可行,系统工艺简单,成形材料选择范围广泛,可完成传统FDM的快速设计任务,还可完成制造人工生物活性骨的模型加工。

澳大利亚Swinburne科技大学（Swinburne University of Technology）继续了他们在金属/塑料复合材料上面的研究。2005年他们开发一种新的铁/尼龙的复合材料，该材料比其他用于快速制模的金属/塑料复合材料拥有更好的性能[7]。

在FDM工艺的基础上，苏格兰Glagow Caledonian大学（Glagow Caledonian University）提出了一种新的成形方法SALM（Shell Assisted Layer Manufacturing）。该方法的每一层制作分为两步：首先用FDM工艺做作制件外壳，然后用UV光固化树脂

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1.2.4 工艺实验方面的研究第 9 页共 36 页填充外壳，重复制作直至完成。该方法有潜力来提高制件质量、生产效率和工艺速度[8]。

马来西亚科学大学（University Sains Malaysia）的Lee B.H.等人提出一种Taguchi method来获得使用FDM工艺制作compliant ABS原型时的最优加工参数。最后通过实验得到的结论是：layer thickness，raster angle和air gap对compliant ABS原型的弹性性能有很重要的影响[9]。

丹麦科技大学（Technical University of Denmark）的Bellini Anna等人针对FDM的最新发展使得FDM工艺已经用于直接快速制造零件，对挤出过程提出更高的要求的形式下，通过分析材料挤出阶段的液化器动力学（Liquefier dynamics），提出了挤出过程的控制策略[10]。

大连理工大学的郭东明教授、贾振元教授等人也进行了FDM工艺参数优化设计。他们使用一个包含22个尺寸、几何精度及表面粗糙度特征的测试件，采用一个具有最少试验次数的正交试验得到27个FDM原型；通过使用三坐标测量仪和表面粗糙度轮廓仪来测量原型件的各种特征，并使用MATLAB软件进行试验数据处理，据此结果来评估FDM原型件的质量；取并进行了工艺参数的优化。研究结果表明，工艺参数的优化设置能大幅度改善原型件的质量[11]。

1.2.5 各应用领域的研究

澳大利亚Swinburne大学的Masood S. H.教授等人使用FDM工艺直接喷射金属制作注塑模嵌件。它首先用FDM工艺制作一个尼龙模型，然后在尼龙的外表面喷射一层锌合金保护膜。目前，他们正在对这种新工艺，以及使用这种注塑模制作出来的塑料件进行研究[12]。

荷兰TNO国家应用科学研究组织在FDM技术的基础上，使用一直semi-solid metals（EDSSM）来直接制作金属件。他们还对这中合金材料的微观组织及其在挤出和沉积过程中的流变力学性质等进行了研究[13]。得出了加工工艺参数与原型件质量之间的关系，清华大学的颜永年教授等人利用喷射/挤出沉积成形方法制作了骨模型和耳状软骨，并在狗和兔子上进行了实验[14]。颜永年教授还于2005年正式提出生物制造工程的概念[15]，目前他们的研究工在国际上处于领先水平。

Srezelec Rebecca A.和Varreck Andrew N.在美国工程教育协会2005年年会报告中，就FDM技术在机电工程技术教育中的应用、FDM的操作、优点和局限性及FDM教学

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应用项目进行了讨论[18]。在他们的教学应用项目中，在Penn State Altoona机电工程系的学生开设Senior Capstone Course，此外还专门开设了一门“CAD for Artists”课程。值得注意的是，在他的报告中指出，美国宾州中南部的几十名11到13岁的女中学生也使用FDM系统进行她们的研究。她们在设计了用户产品之后，使用FDM去制作原型，然后进行讨论。

1.2.6 FDM系统组成

FDM系统主要包括喷头、送丝机构、运动机构、加热成型室、工作台五个部分。

（1）喷头。喷头是最复杂的部分。材料在喷头中被加热融化，喷头底部有一喷嘴供熔融的材料以一定的压力挤出，喷头沿零件界面轮廓和填充轨迹运动是挤出材料，与前一层粘结并在大气中迅速固化。如此反复进行即可得到实体零件。

（2）送丝机构。送丝机构为喷头输送原料，进丝要求平稳可靠。一般和喷头采用推拉相结合的方式，以保证进丝稳定可靠，避免断丝或积瘤。

（3）运动机构。运动机构包括X，Y,Z三个轴的运动。X-Y轴的联动完成喷头对截面的平面扫描，Z轴则带动工作台实现高度方向上的进给。

（4）加热成型室。加热成型室用来给成型过程提供一个恒温的环境。熔融状态的丝挤出成型后如果骤然冷却，容易造成翘曲和开裂，适当的环境温度可最大限度的减小这种缺陷，以提高成型质量和精度。

（5）工作台。工作台主要由台面和泡沫垫板组成，每完成一层成型，工作台便下降一层高度。

1.2．7 FDM成型特点：

1)标准的工程热塑性塑料。如ABS可以用来生成带有结构功能的模型。

2)可以使用两种材料，可选栅格结构充当填空。

3)加热后的热塑性塑料细丝像挤牙膏一样从喷嘴中挤出。

4)热塑性塑料到达较低温度的工作环境平面后迅速冷却固化。

5)近年来发展迅速，广受用户青睐。

1.2．8 FDM的优、缺点及应用范围：

FDM快速原型技术的优点是：

1、制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的危险。

2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。 3、可快速构建瓶状或中空零件。

4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。 5、原材料费用低，一般零件均低于20美元。

6、可选用多种材料，如可染色的ABS和医用ABS、PC、PPSF等。缺点是：

1、成型精度相对国外先进的SLA工艺较低，最高精度0.127mm 2、成型表面光洁度不如国外先进的SLA工艺； 3、成型速度相对较慢

适用范围：这种工艺方法适合于产品设计的概念建模以及产品的功能测试。由于甲基丙烯酸ABS（MOBS）材料具有很好的化学稳定性，可采用伽玛射线消毒，特别适用于医用。但成形精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。

2.2 FDM快速成型机的总体设计

图5 FDM快速成型系统原理图

2.2.1 FDM快速成型机的系统设计

FDM控制系统主要由计算机控制系统硬件、运动控制系统、送丝控制系统、温度控制系统及其机床开关量控制系统5部分组成。 1) 计算机控制系统硬件

主要有单台工业PC机、运动控制卡、数模/模数转换卡、数字量输入卡和数字量输出卡组成。它使用单台工业PC机完成上层数据处理和下层设备驱动功能，使用接口板卡作为计算机控制系统与其他子执行系统的接口。 2) 运动控制系统

采用步进式开环运动控制系统，运动机构以X-Y步进电机与钢丝绳传动机构、Z轴步进电机和丝杠传动机构构成，控制模块控制步进电机的运动来完成X-Y的平面扫描和Z轴的高度进给。

Z轴方向采用较小的运动速度，保证Z轴的精确进给，X-Y轴空运行时使用较高速，喷丝工作时使用较低速，保证工作时间的降低和运动的精度。

FDM系统采用的是一种三轴步进电机运动控制卡。该卡能实现精确的X-YZ位置控制、精确的旋转控制，主要用于机器人设备、装配设备，以及其他使用步进电机的地方。 3) 送丝控制系统

送丝控制系统包括送丝机构驱动电路。它控制送丝机构的运动，从而将实体材料和支撑材料分别送入实体喷头和支撑喷头进行加热熔化，并通过挤压力将材料从喷头中挤出。计算机控制系统通过数字量输出卡和模数/数模转换卡，经过送丝机构驱动电路实现对送丝机构的启停、正反转和调速控制。 4) 温度控制系统

温度控制系统是采用独立的闭环控制系统，由三组温控器、可控硅及热电耦组成。它实现在系统工作时，分别将实体喷头、支撑喷头和加热工作室的温度控制在设置的范

5) 机床开关量控制系统

围内。计算机控制系统通过数字量输出卡来控制温控器的启停。

机床开关量控制系统是对机床一些必要的开关量，如强电开关量、加热器开关量、调试开关量、上门开关量等，进行的控制，以达到机床特定的辅助功能。计算机控制系统通过带光电隔离功能的数字量输入卡和数字量输出卡来完成他们的控制。 2.2.2 FDM快速成型机的结构设计

FDM快速成型机主要有挤压喷头、工作平台、送丝机构、运动机构、加热工作室5个部分组成，如下图所示。

图6 FDM快速成型机结构图（字体重标）

1) 挤压喷头

现在一般都用双喷头独立工作，一个主喷头用来喷模型材料制作零件，另一个副喷头用来喷支撑材料制作支撑，两种材料特性不同，制作完毕后去除支撑相当容易。在计算机控制下，喷头可在XY平面内任意移动，两个喷头可以独立开启关闭。主喷头工作时，副喷头远离工作台;副喷头工作时，主喷头上下位置不动，副喷头接近工作台。工作台可以任意升降。 2) 工作平台

工作台主要有台面和泡沫垫片组成，每完成一层成型，工作台便下降一个高度。 3) 运动机构

X—Y轴的联动扫描完成FDM工艺喷头对截面轮廓的平面扫描，Z轴带动工作台实现高度发行的进给。 4) 送丝机构

送丝机构为喷头输送原料。原料丝直径一般为1-2mm,而喷嘴直径只有0.2-0.3左

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右，这个差别保证了喷头内一定的压力和熔融后的原料能以一定的速度被挤出成型。送丝机构和喷头采用推拉相结合的方式，以保证送丝可靠，避免断丝或积瘤。 5) 加热工作室

加热工作室用来给成型过程提供一个恒温环境。熔融状态的丝挤出成型后如果骤然受到冷却, 容易造成翘曲和开裂, 适当的环境温度可最大限度地减小这种造型缺陷, 提高成型质量和精度。

3 FDM快速成型机X、Y进给系统设计

本次毕业设计题目是立式加工中心设计（X、Z方向进给系统设计、床身设计），它是一种数控加工设备，随着工业产品的快速发展，该设备在机械行业中的使用越来越广泛，是典型的机电一体化产品。立式加工中心主要用于各种中小尺寸，各种基础件、板件、壳体、模具等多品种零件的加工，工件一次装夹后可自动高效、高精度的连续完成铣、钻、镗、铰等多种工序的加工，适用于航空、机床、印刷、轻纺、模具等制造行业。

3.1 X、Y向进给系统丝杠的选取与计算

滚珠丝杠副按循环方式分为内循环和外循环两种，本设计选用了内循环浮动式滚珠丝杠副，其结构特点为：滚珠循环链最短，反向灵活，结构紧凑，刚性好，使用可靠，工作寿命长，螺母配合外径较小。摩擦力矩小，适用于高灵敏.高精度.高刚度的进给定位系统。如图3-1所示：

⑴ 初算导程Ph(mm)

图3-1 浮动式内循环示意图

Ph≥vmax/nmax

35?103=?17.5mm 2000

Ph要符合标准值, 初选Ph=20mm vmax—丝杠副最大移动速度，mm/min

nmax—丝杠副最大相对转速，r/min

⑵ 当量载荷Fm(N)

当载荷在Fmin和Fmax之间周期性变化时，载荷按下式计算

F=（2Fmax+Fmin） 3

丝杠的最大载荷为切削时的最大进给力，最小载荷为摩擦力。 Fmax =Fj+Fm=3000+0=3000N，Fmin=0N

F=（2Fmax+Fmin）=（2×3000+0）=2000N 33

⑶ 当量转速nm

当转速在nmax和nmin之间变化时，nm=(nmax+nmin)=(2000+0)=1000 r/min

⑷ 额定动载荷计算Cam(N)

Cam=fwFm(Ls/Lh)/fafc

?1020?10

=1.5×2000×??20?10?6

=1.5×2000×3.71 =11100 N

??? ?

?=feFmax=4.5×Cam3000=13500 N fa—精度系数， fa=1 fc—可靠性系数， fc=1 fw—载荷性系数， fw=1.5

Ls—预期工作距离，Ls=1020×10?6km

fe—预加载荷系数， fe=4.5 Fmax--最大轴向载荷，Fmax=3000N

⑸ 估算滚珠丝杠允许最大轴向变形?m

?=（1/3～1/4）重复定位精度=×?m0.010=0.003mm

??≤（1/4～1/5）定位精度=×?m0.017=0.004mm

4?与?m??中较小值为?m值取?m

?m=0.003mm

⑹ 估算滚珠丝杠底径d2m(mm)

2000?1300?10?3d2m=aF0L/?m=37.16mm

0.003

F0=F=3000 N

a—支承方式系数，一端固定时一端游动时取0.039

F0—导轨静摩擦力,N

?0—导轨静摩擦因数

L—滚珠丝杠两轴承支点间的距离 ⑺ 确定滚珠丝杠副规格代号

选定滚珠螺母型式,按上述估算的Ph.Cam及d2m值中选出合适的规格代号及有关安

装.连接尺寸,并使d2≥d2m,Ca≥Cam但不宜过大,以免增大转动惯量及结构尺寸。

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取d2=40mm。型号4010-3，其参数L=84 D=108 D1=63。 b1 丝杠螺纹左端到左轴承的距离b1，取60mm b2 丝杠螺纹右端到右轴承的距离b2，取40mm Le 余程 Le=40mm

La 安全行程 La＝（1－2）Ph=20mm Lx 机械最大行程Lx=1020mm Ln 螺母长度Ln=84mm

L1 丝杠螺纹长度L1＝2Le+2La+Lx+Ln=1300mm Lu 有效行程Lu＝L1－2Le=1220mm

L 左右端轴承之间的距离Lz＝L1+b1+b2=1440mm x轴丝杠最少大于1440mm,y轴最少大于980mm

注：b1、b2按经验选取，在满足结构设计需要的情况下，越短越好。 ⑻ 计算预紧力Fp

当最大轴向工作载荷Fmax能确定时, Fp=Fmax/3=3000/3=1000N ⑼ 行程补偿值C（μm）

C=11.8△tlu10?3=11.8×2×1300×10?3=30.68μm

lu=行程+（8～14）Ph=1020+14×20=1300mm

△t—温度变化值，2～3C°

lu—滚珠丝杠副有效行程，mm

⑽ 预拉伸力Ft(N)

2×402=9867.8N Ft=1.95△td2=1.95×

d2—丝杠螺纹底径，mm

⑾ 系统刚度K计算(N/μm)

1111111

++=0.0055 ????

KKsKbR7862611138

则K=357 N/μm

Ks—滚珠丝杠副的拉压刚度，N/μm

当一端固定一端游动时，Ks=165d2L/a(L-a)

165?402?1362==786 N/μm 600?(1362?600)

Kb—轴承刚度， N/μm

Kb=KB0=2×2.34×dQZ2Famaxsin560?

=2×7?172?3000?(=261 N/μm

R—轴向接触刚度，得R=1138 a—滚珠螺母中点至轴承支点距离， ⑿ 滚珠丝杠副精度选择

35) 2

选择精度，并校合系统刚度K值，进行必要的验算。精度等级⒀ 滚珠丝杠压杆稳定性Fc验算

Fc=K1K2105d2/Lc1=

2； 3

1×4×105×404/8002 2

=10.1×105N≥Fa?max

Fc—临界压缩载荷，N

K1—安全系数，丝杠垂直安装为1/2

K2—支承系数， Lc1—丝杠最大受压长度，

Fa?max—滚珠丝杠副所受的最大轴向压缩载荷

⒁ 滚珠丝杠副极限转速nc计算(r/min)

nc=107fd2/L2c2=107×21.9×40/8002=13687.5 r/min

f—支承系数， f=21.9

Lc2—临界转速计算长度， Lc2=800 mm

⒂ dn值校验（r·mm/min）

d0nmax=40×2000=80000≤100000 r·mm/min d0—滚珠丝杠副的公称直径，mm nmax—滚珠丝杠副最大转速,r/min

⒃ 额定静载荷Coa验算（N）

fsFamax=2.2×3000=6600 N≤Coa， Coa—滚珠丝杠副基本轴向额定静载荷， Coa=37.7×103N

fs—静态安全系数，一般取1～2，有冲击振动时取2～3 Famax—滚珠丝杠副最大轴向载荷，Famax=3000N

⒄ 丝杠轴拉压强度验算

?pπd22/4=200×3.14×402/4

=9.8×105≥Famax

知丝杠的拉压强度足够。

?p—丝杠轴许用拉压应力，N/mm

3.2 滚珠丝杠支撑的选择

在丝杠的安装方式中有⑴ 支撑－游动式⑵ 固定－游动式⑶ 固定－固定式。由于

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一端固定，一端游动的安装方式适用于水平安装的较长丝杠，但装配复杂。为了保证机床再加工中能够保证足够的刚性以及补偿热膨胀，所以在这次的设计中传动系统的丝杠采用一端轴向固定，一端游动的结构形式,见图3-2：

图3-2滚珠丝杠轴端固定方式

固定端采用60度角接触球轴承组背对背安装，以承受两个方向的轴向力，游动端采用深沟球轴承，安装还要考虑轴承的预紧，通过丝杠两端的六角锁紧螺母来实现滚珠丝杠的预紧，防止丝杠发生轴向窜动。

其特点为：

⑴ 丝杠的静态稳定性和动态稳定性最高，适用于高速回转； ⑵ 结构复杂，两端轴承均调整预紧，丝杠压杆稳定性比较高； ⑶ 轴向刚度较大，丝杠有热膨胀的余地；

⑷ 适用于对刚度和位移精度要求较高的滚珠丝杠的安装； ⑸ 适用于较长的丝杠安装。

3.3 滚珠丝杠副预紧机构的设计

一般滚珠丝杠副调整轴向间隙的预紧方式有以下六种，如图3-3所示：

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图3-3 滚珠丝杠副预紧方式

（a）双螺母差齿预紧（b）双螺母垫片预紧（c）双螺母螺纹预紧（d）单螺母变位导程预紧（e）单螺母增大刚球预紧（f）六角锁紧螺母预紧

图3-3（a）在双滚珠螺母1和2的凸缘上切制出外齿轮,其齿数差为1,分别与内齿3和4啮合,3与4用螺钉锁紧与螺母座5中,通过1与2的相对转动达到预紧的目的。图3-3（b）是采用不同厚度的垫片2来预紧。图3-3（c）的滚珠丝杠3外伸端处切有外螺纹，螺母2可使3产生轴向位移来预紧。图3-3（d）为单螺母变位导程自预紧，为内预紧方式。图3-3（e）是一种类似过盈配合的预紧方式，采用安装直径比正常大几个μm的钢球进行预紧装配。图3-3（f）靠两个六角锁紧螺母轴向拉紧丝杠达到预紧的目的。

对比几种预紧形式的工作原理和使用场合我采用了六角锁紧螺母预紧方式，这种方式的结构特点为：结构简单，轴向刚性好，预紧可靠，轴向尺寸适中，工艺性好。适用于高刚度、重载荷的传动，目前应用最广泛。

3.4 导轨的选择与计算

机床导轨按接触面的摩擦性质可以分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三种。滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好抗、振性高等优点，是机床上使用最广

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低速易出现爬行现象，定位精度不高。

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泛的导轨形式。但其缺点是静摩擦因数大，动摩擦因数随速度变化而变化，摩擦损失大，

滚动导轨是在导轨面之间放置滚珠、滚柱、滚针滚动体，使导轨面间的滑动摩擦变为滚动摩擦。优点是：灵敏度高，动摩擦因数和静摩擦因数相差甚微，因而运动平稳，低速移动不易出现爬行现象；定位精度高，重复定位精度可达0.2μm，摩擦阻力小，运动轻便，精度保持好，寿命长。适用于运动灵敏及定位精度高的场合。

静压导轨因为结构复杂，需要供油系统，造价高，维修困难，影响了其广泛使用。根据滚动体的类型，滚动导轨有下列三种形式：

⑴ 滚珠导轨这种导轨的承载能力小，刚度低。为了避免在导轨面上压出凹坑而丧失精度，一般常采用淬火钢制造导轨面。

滚珠导轨适用于运动的工作部件质量不大和切削力不大的机床上。如工具磨床工作台导轨、磨床的砂轮休整器导轨及仪器的导轨等。

⑵ 滚柱导轨这导轨的承载能力及刚度都比滚珠导轨大。但对于安装的偏斜反应大，支承的轴线与导轨的平行度偏差不大时也会引起偏移和侧向滑动，这样会使导轨磨损加快或降低精度。小滚柱（小于φ10mm）比大滚柱（大于φ25mm）对导轨面不平行敏感些，但小滚柱的抗振性高。

⑶ 滚针导轨滚针导轨的滚针比滚柱的长径比大，滚针导轨的特点是尺寸小、结构紧凑。为了提高工作台的移动精度，滚针的尺寸应按直径分组。滚针导轨适用于导轨尺寸受限制的机床上。

根据导轨是否预加负载，滚动导轨可分为预加负载和不预加负载两类。预加负载的优点是提高导轨刚度。但这种导轨制造比较复杂，成本较高。预加负载的滚动导轨适用于颠覆力矩较大和垂直方向的导轨中，数控铣床常采用这种导轨。无预加负载的滚动导轨常用于数控镗铣床或加工中心的机械手、刀库等传送机构。

综合比较，我采用了滚珠导轨形式。安装形式如图3-4所示：

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图3-4 滚动导轨固定方式

—导轨 1—固定螺钉 2

3—滑块 4—固定螺栓

导轨长度：

X向导轨：1450mm Y向导轨：1050mm

导轨负荷的计算：在实际应用中，导轨负荷由于受许多因素影响而发生变化，如：工作台重心位置、切削力的变化等，在选择时应充分考虑上述条件，从而确定系统负荷。Y向受力较大，按Y向导轨计算，作用于导轨上的负荷计算如下：

其中，Wn：所受负荷；F：丝杠推力；Rn：外力；Pn：所受负荷（径向）；PnT：所受负荷（水平方向）；Ln：力臂长度；Vn：速度

① 外力的计算铣削圆周力FZ?

CF?pf?ff?wfZ

d0n

kFZ

式中：FZ———圆周切削力，N

kFZ———铣削条件改变时铣削力修正系数

对一般的加工条件：工件材料为碳素结构钢?b=650Mpa，高速钢立铣刀，CF=637，

xf=0.1，yf=0.72，uf=0.86，wf=0，qf=0.86，kFZ=1，Z=3，d=20，?p=10，?f=0.3，

?w=2

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FZ?

CF?pf?ff?wfZ

d0n

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kFZ=1110N

查表得

?1,则走刀抗力 PF

PH=PF=1110N

② 水平导轨匀速或静止时的受力，如图3-5所示：

P1?

WR?R??L2??R??L3?

??????????????2500N 44?2??L0??2??L1?

WR?R??L2??R??L3?

??????????????2500N 44?2??L0??2??L1?WR?R??L2??R??L3?

??????????????2500N 44?2??L0??2??L1?

WR?R??L2??R??L3?

??????????????2500N 44?2??L0??2??L1?

P2?

P3?

P4?

式中，W=10000N，R=0

加工工件时，每一个滑块所受的水平负荷可按下式计算：

Pm?0.75Pmax

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图3-5 水平导轨均匀或静止时的受力图

水平导轨承受外力时的受力图，如图3-6所示：

图3-6 水平导轨承受外力时的受力图

R1作用时

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?R??l??4261.6??189?

=1059.8N P1~P4=?1???5?=?????

?2??l0??2??380??R1??l4??4261.6??0?

P~=P?????=?1t4t????2l2380???0?????R2作用时

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P1=P4=

R2?R2??l2

?????4?2??l0?4261.6?4261.6??143?

???=????=1867.3N 4?2??380??

R2?R2??l2?4261.6?4261.6??143?

??????=P2=P3=??????=263.5N 4?2??l0?42380????Pm=1867.3?0.75=1400.5N

所以导轨的总受力为Pm=2500+1400.5=3900.5N 额定动负荷可按下式计算：

L?103

Lh?

2?ls?n1?60

Lh：寿命时间，单位hr，取58400 ls：行程长度m，取0.2

n1：每分钟往返次数，取1 ?ffC?

由公式L??TC???50

PC??fW

L：额定长度，单位0.13km C：基本额定动负荷10000N

PC：计算负荷24000N

fT：温度系数，取1 fC：接触系数，取0.81

fW：负荷系数，取2.0

得C=8.04?3900.5=31360.2N

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查《博特产品系列》，选择JSA-LG45C即可，并且MA、MB、MC均满足要求。

4 电机的选择与确定

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步距角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。

步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。保持转矩（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N·m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。一般步进电机的精度为步进角的3～5%，且不累积。

步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点，一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130℃以上，有的甚至高达摄氏200 ℃以上，所以步进电机外表温度在摄氏80～90 ℃完全正常。

当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势，频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力

矩下降。

步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，一般可采用以下方案来克服： ⑴ 如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比等机械传动避开共振区； ⑵ 采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法； ⑶ 换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机；

⑷ 换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高； ⑸ 在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大。

电动机的选择计算如下：电动机所承受的扭矩T为： T=9550

=9550?=9.55N·m n2000

P—X、Y方向电机功率，本加工中心P=2 kw n—丝杠转速，n=

1000v1000?35

==1750rad/min p20

本设计选择BF系列150BF002磁阻式步进电动机，电机输出功率2kw，最高转速4000r/min，最大转矩13.72N·m,完全符合进给的要求。

安装方式如图4-1所示：

图4-1 步进电机的安装方式

该步进电机的主要技术参数如下：最高转速nmax：4000r/min。

最大转矩Tmax：13.72N/m。电机步距角θb：0.750/step。

表4-1 步进电机选取表

5 床身的设计

床身的设计对于整个机床十分重要，因为它要支撑机床的所有重量和受力。在这次的设计中为了减少机床零件个数，遵照越简单越可靠的设计原则将机床床身底座直接设计成可以与Y向导轨相连的基座。床身的主要作用是承受重力。为机床工作提供足够的空间。主要包括机床底座，机床外罩（可以防止加工时铁屑的飞出对人造成伤害）。底座的设计主要是一个箱体的设计。它作为机床的安装基础要为其他系统准备好安装孔系。主要有立柱的安装孔，机床外罩的安装位置，还有进给系统的安装位置。为了能使机床在加工的时候尽量减少自身的影响，所以要为机床提供一个稳定的加工平面。减少机床加工时的震动，所以在机床底座上要准备一系列的地脚螺栓。地脚螺栓的选取在这次设计中没有经过详细的计算，是通过经验和现场测量，从标准件中选取的。地脚螺栓直径取M16。为了减轻床身底座的重量应将底座中间掏空，但机床又要求有一定的刚度和减振的性能所以在机床底座外应加加强肋板。

6 机床的润滑与防尘

6.1 润滑方式

机床中润滑是必不可少的，在此次的设计中润滑主要是丝杠螺母副之间的润滑和直线导轨副之间的润滑。

与滑动导轨相比，滚动直线导轨副润滑需要油量小且给油周期长。但是如果在没有润滑油的状态下使用，滚动接触部分的磨损将增加，寿命将减少，因此必须有适当的润滑方式。

当滚动直线导轨副运行速度为高速时（v>15m/min），推荐使用20号机械油，在这里由于设计要求快速运动为35m/min，所以选用20号机械油润滑，通过油管与自动润滑油供给系统相连，按照一定的时间间隔强制润滑。

JSA型滚动直线导轨副是通过返向器端部的注油杯口注入润滑油脂，油脂经过返向器内的油道而流到钢球返回沟槽中，然后由于钢球的无限循环而实现整体润滑。润滑后排除的油脂流到机床冷却液回油槽中作为冷却液继续循环使用。

6.2 防尘措施

当滑块运动时，在滑块运动方向的后方将形成负压区域，这样将吸入尘埃。吸入的尘埃积聚在导轨的固定螺钉内以及导轨面上，使滚动直线导轨的寿命急剧下降。

为了保证其使用寿命，必须采用适当的措施：

⑴ 采用密封端盖和密封底片，以防止尘埃、杂物进入滑块内部。

⑵ 为防止杂物聚集在导轨固定螺丝钉孔穴而混入滑块中，使用螺孔帽将其封闭。螺孔帽选用耐油及耐磨损的优质合成橡胶，以保证充分的使用寿命。

⑶ 采用折叠式或伸缩板式防护罩，加以保护，防止污物侵蚀。

7 精度验算与校核

7.1 刚度以及定位误差的验算

本次设计数控机床要求的定位精度为?0.005mm，其丝杠的导程误差V300为0.006mm。其余误差为伺服系统误差、丝杠轴承的轴向跳动和在载荷作用下的各个机械环节弹性变形引起的位移等。

⑴ 伺服刚度KR

伺服刚度可以根据以下公式进行计算，即

KR?Ks20?0.57??1?40???1043(Nm/rad) KMRM1/0.85?0.26①KM是伺服电动机的增益,等于电机的角速度与输入电压的比值.输入电压,除少量消耗于电枢回路的阻抗外,大部分被反电动势所平衡.估算时,可以近似地认为输入电压等于反电动势.因而可以近似的认为KM=1/Ke=1/0.58rad/(S·V)。Ke是伺服电机的反向电动势系数，是伺服电机单位角速度所产生的反电动势（V）。

②KT是该伺服电机的转矩系数，Kt=0.57N·m/A，因为伺服系统增益Ks=20S-1，速度控制环的开环增益Kv0=2～4Ks，取Kv0=2 Ks=2×20=40(S-1)；反向电动势系数Ke=0.58s·v/rad，则KM=1/0.58rad/(s·v)；电枢直流电阻Rm=0.26Ω。

③折合到工作台部件的直线刚度为

?2?n??2??KR?KR??KR????160.55(N/μm) ?nPk??0.016?22

⑵ 滚珠丝杠的拉压刚度Ktmin

在这次设计中使用的丝杠为两端轴向定位结构。其最小拉压刚度发生在工作台螺母离定位点最远的位置。已知工作台的纵向行程为0.56m，当螺母移动到离定位点最近位置时，还应保留一定的丝杠距离，假设为0.04m。因而丝杠最大距离为lmax=0.56+0.04=0.6m。则丝杠拉压刚度为Kmin=AE/lmax×10-6=πd2iE/4lmax=384.65(N/μm) 式中di－丝杠底径，为丝杠名义直径D0减滚珠丝杠直径。

2E－丝杠材料钢的弹性模量，E?2?10GPa。

⑶ 丝杠轴承的轴向刚度

哈尔滨轴承总厂生产的6207型轴承的钢球直径11.324，钢球数17，预加载荷F0=4600N，轴向外载荷为导轨摩擦力Ff=784N，故轴向载荷F0为预加载荷与轴向外载荷之和，即Fa= F0+Ff=4600+784=5384(N)。

丝杠轴承轴向载荷刚度kba可按下式求得，即

Kba?3.44FadbZ2sin5??3.445384?11.324?172?sin560??628.77(N/μm) ⑷ 滚珠丝杠螺母的接触刚度Kc

查丝杠螺母样本手册得Kc=3800N/mm

⑸ 挠性联轴器的扭转刚度K1

查文献得K1?8.7?104Nm/rad

折合到工作台部件的直线刚度为：

?2?K1?K1??P?h??2????87000????13403(N/μm) ?0.016???22⑹ 综合刚度K

计算出伺服刚度折算到工作台部件的直线刚度Kr、滚珠丝杠最小拉压刚度Ktmin、丝杠轴承轴向载荷刚度Kba、滚珠丝杠螺母接触刚度、折算到工作台部件直线刚度Kc和连轴器扭转刚度K1后，按弹簧串联原则合成求得综合刚度K。

111111??????KtminKcKbaK1?KKR

K?11??KtminKR11??100(N/μm) 1110.01???KcKbaK1?

⑺ 弹性变形量δt

立式加工中心的定位精度是在不切削空载条件下检验的。故轴向载荷仅为导轨的摩擦力Ff。设计中的摩擦力Ff=584N，故因Ff引起的弹性变形量为：

?t?Ff

K?584?6μm 100

⑻ 定位误差验算

在这次的设计中滚珠丝杠在任意300mm内的导程误差V300为6μm，加弹性变形量δ＝6μm，即6+6=12μm。再加上某些次要因素，将不会超过要求的定位公差，能满足定位精度0.012/300mm的设计要求。

从以上计算可知，丝杠的拉压刚度是系统刚度的薄弱环节，其次是伺服刚度和轴承刚度。丝杠螺母间的接触刚度和联轴器的扭转刚度很高，其变形量很小，可以忽略不计。如果经过计算，发现刚度不够，定位精度达不到设计要求，可把丝杠一端轴向固定的结构形式改为两端轴向定位结构。这是提高刚度的有效措施。其次，可适当提高系统增益和速度环开环增益，一提高伺服刚度；也可采用多联组合的推力角接触球轴承组配方式或改用滚针－双向推力圆柱滚子（或滚珠）组合轴承，一提高综合刚度。

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影响定位误差的诸多因素中，最大的一项是丝杠的误差。如果定位精度要求较高，允许的定位误差值接近１级精度丝杠的V300值，则可采用数控系统的螺距自动补偿功能，对丝杠误差进行自动校正。若精度很高，采用高精度丝杠和螺距自动补偿措施后仍达不到设计要求，可考虑采用全闭环进给伺服系统。

7.2 支承轴承的校核

由以上的计算得出单个支承轴承所受的的轴向力和径向力为：

103N，R2=3.1×103 N，Fa=1400 N R1=5.0×

由丝杠轴承的支承特点分析得出，丝杠上各个轴承基本承受相等的轴向力和径向力，所以只校核一个支承轴承就可以了。

?45.2?103?1010?C?4????2.65?10L10h= ??= 3?60?800?4.17?1060n?P???6?63

L10h－轴承的基本额定寿命（可靠度为90%），h

N－轴承工作转速，r/min

C－基本额定动载荷，C=45.2×103N

P－当量动载荷，查机械设计手册表6-1-19得

P=fp?XFr?YFa?

=1.0??0.57?5.0?103 ?0.93?1400?

=4.17?103N

?－寿命指数，对球轴承?=3

fp－载荷性质系数,取 fp=1.0

X－径向系数, 取 X=0.57

Y－轴向系数, 取 Y=0.93

对于满载荷每天16小时运转的机床来说,一般轴承的预期寿命为20000～30000h,由此可知,本机床所选择的轴承基本满足了设计的使用要求。

结束语

紧张而忙碌的三个月的毕业设计马上就要结束了，各项设计工作都已完成，我的大学生活也将接近尾声了。本次设计是对我大学里所学知识的一个深化和总结，为我以后走出校园，迈上工作岗位奠定了坚实的基础。在这次毕业设计的过程中，我感受很深，收获了很多。

通过本次毕业设计，特别是对实际产品的设计，使我认识到了理论和实际之间的差距。我们的设计不能想当然，一切要从实际出发，一切以实际为准，把握好加工的主要技术指标，严格要求，认真对待，设计必须保证产品具备性能、寿命、可靠性、经济性等要求。设计过程中的任何一点失误，都可能对加工造成很大的影响，有时甚至是无法弥补的；设计过程中的一点点改进，就可能大幅度提高效率，降低加工难度，节约加工费用，提高产品的经济性能。本次毕业设计的任务是立式加工中心X、Y方向进给系统以及床身的设计。通过毕业设计，使我对立式加工中心的设计过程有了一个系统地了解，深深地感受到了设计过程是一个反复思考、反复改进的艰苦过程。同时也切实感受到自己所学知识的不足，而且考虑问题常常不够全面，如在设计过程中不能把原理、装配与加工结合起来，实践知识十分匮乏等。本次毕业设计是对我原理分析、结构设计、安装与加工方法的最重要的演练。极大地巩固了这四年来所学的理论知识，增加了许多实践性的知识，使我真正做到了将理论与实际结合起来。并且，通过这次毕业设计，使我对课堂所学理论知识有了更透彻的理解，对如何将理论公式应用于实际问题有了进一步的认识。这次毕业设计，使我对立式加工中心的了解从陌生到对其有了深入地了解，收获了很多书本上没有的知识。

总之，在陈老师的指导与帮助下，这次毕业设计使我受益匪浅，必定对以后的工作与学习起到十分重要的作用。今后，我一定更加努力，不断地提高自己的能力。由于设计者水平有限，经验不足，加之时间有限，不足之处在所难免。敬请各位老师与同学批评指正。

致谢

毕业设计是我人生中一段十分重要的经历，经过三个月的努力，在老师和同学的帮助下，我终于完成了所承担的毕业设计任务。

首先，感谢陈老师这些天来的耐心指导，不辞辛劳，才使我在设计过程中遇到困难时能够迎刃而解。陈老师治学的态度，给我无形的感染，使我学会了治学要严谨；陈老师渊博的知识，给我以教益，让我在紧张的设计中能够保持清醒的意识，积极进取、奋发向上，最终完成设计任务。不仅如此，陈老师还把设计和加工工艺紧密的连接起来，使我的设计更符合实际要求，更加易于加工生产，使我对所学的专业知识真正做到融会贯通。

毕业设计贯穿了大学四年所学的大多数专业课程，它不仅提高了我计算机绘图能力，还为今后熟练运用计算机绘图打下了良好的基础。

本次设计经历了设计—修改—再设计—再修改的过程，在此期间，通过陈老师耐心的指导，我对数控机床生产加工过程有了进一步的认识和了解，同时也开阔了思路，学到了许多课堂上学不到的东西。

总之，没有平日里各位任课老师的严格要求，我就不可能打下坚实的专业基础，没有陈老师及其他指导老师的指导和帮助，我就不可能很好的完成毕业设计任务。在即将离开这熟悉的校园之前，再次对他们的辛勤工作表示真诚的感谢！

参考文献

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