車床進(jìn)給系統(tǒng)開題報告

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p>　　題 目：用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為320mm輕型車床進(jìn)給系統(tǒng) </p><p><b>　　選題的依據(jù)及意義：</b></p><p>　　機(jī)床的數(shù)控改造，主要是對原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性

2、的設(shè)計，最終使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型代表，其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，僅對局部加以改進(jìn)而成（那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機(jī)床改裝成建議數(shù)控機(jī)床的另當(dāng)別論）。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機(jī)床對加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等

3、要求。</p><p>　　1.1數(shù)控改造的必要性：</p><p>　　1.1.1微觀看改造的必要性 </p><p>　　微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機(jī)的威力。 </p><p>　　可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 </p><p>

4、;　　由于計算機(jī)有高超的運算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。</p><p>　　可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。 </p><p>　　由于計算機(jī)有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工

5、的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。</p><p>　　加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。 </p><p>　　可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運。 </p><p>　　擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。</p><p&

6、gt;　　由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了勞動力(一個人可以看管多臺機(jī)床)，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。</p><p>　　以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC(柔性制造單元)、FMS(柔性制造系統(tǒng))以及CIMS(計算機(jī)集成制造系統(tǒng))等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和

7、基礎(chǔ)技術(shù)。</p><p>　　1.1.2宏觀看改造的必要性 </p><p>　　宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍、民機(jī)械工業(yè))進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS(管理信息系統(tǒng))、CIM

8、S等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造(稱之為信息化)，最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年。如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重(數(shù)控化率)到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達(dá)20.8％，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。</p&g

9、t;<p>　　1.2數(shù)控改造的優(yōu)缺點：</p><p>　　1.2.1減少投資額、交貨期短 同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60%～80%的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購置費用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費工、費錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機(jī)床相比，只能節(jié)省投資50%左右。

10、60;1.2.2機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限 所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。 1.2.3用戶熟悉了解設(shè)備、便于操作維修 購買新設(shè)備時，不了解新設(shè)備是否能滿足其工藝要求。改造則不然，可以精確地計算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機(jī)床的特性早已了解，

11、在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短，見效快。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實現(xiàn)全負(fù)荷運轉(zhuǎn)。 1.2.4可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。 1.2.5可以采用最新的控制技術(shù) 可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)</p><p>　　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）：</p><p>　　在美國、

12、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個"永恒"的課題。我國的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司

13、、ayton機(jī)床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。 </p><p><b>　　三、本課題研究內(nèi)容</b></p><p&

14、gt;　　1.1 翻譯外文資料3000字左右，查閱文獻(xiàn)15篇左右，并就某一問題寫一篇讀書報告</p><p>　　1.2 總體方案設(shè)定及可行性論證。</p><p>　　1.3 兩個坐標(biāo)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計和計算。</p><p>　　1.4 CNC系統(tǒng)硬件電路原理圖的設(shè)計</p><p>　　1.5 軸類零件工作圖的設(shè)計。<

15、;/p><p>　　1.6 用計算機(jī)進(jìn)行軸類零件加工程序的編制。</p><p><b>　　編寫設(shè)計說明書。</b></p><p><b>　　四、本課題研究方案</b></p><p>　　4.1系統(tǒng)運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇的確定</p><p>　　4.1.1系統(tǒng)運動方式

16、：</p><p>　　1、 點位控制：指刀具從某一位置移到下一個位置的過程中，不考慮其運動軌跡，只要求刀具能最終到達(dá)目標(biāo)位置一般用于數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床等。</p><p>　　2、 直線控制: 這類數(shù)控系統(tǒng)不僅要保證點與點之間的確定定位，而且要控制兩點之間的位移速度和路線。一般用于簡易數(shù)控車、銑床等</p><p>　　3、 輪廓控制：這類機(jī)床的數(shù)控裝置

17、能夠同時控制兩軸或兩個以上的軸，對位置和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷控制。主要用于數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等。</p><p>　　4.1.2伺服系統(tǒng)：</p><p>　　1、開環(huán)控制系統(tǒng): 沒有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號單方向傳送，通常采用混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、調(diào)試維修方便故被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型、中小型數(shù)控機(jī)床</p><p>　　2、

18、閉環(huán)控制系統(tǒng)：這類機(jī)床能夠隨時接受在工作臺端測得的實際位置反饋信號，將其與數(shù)控裝置發(fā)出來的指令位置信號相比較，由其差值控制進(jìn)給軸運動，直到差值為零時，進(jìn)給軸停止運動。它有定位精度高速度調(diào)節(jié)快的優(yōu)點，但工作臺慣性大，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較大。</p><p>　　3、 半閉環(huán)控制系統(tǒng)：與閉環(huán)控制相比，它的檢測反饋信號不是來自工作臺，而是來自電動機(jī)端或絲桿端連接的測量元件。從而精度沒有閉環(huán)高，但系統(tǒng)穩(wěn)定性好，因而廣泛運

19、用于數(shù)控機(jī)床中。</p><p><b>　　4.2.計算機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　現(xiàn)行對普通機(jī)床的數(shù)控改造一般采取三種方式即：</p><p><b>　　4.2.1數(shù)控系統(tǒng)</b></p><p>　　如日本的FANUC，德國的西門子，美國的A-B和國內(nèi)的GSK系統(tǒng)等。而對于普通機(jī)床的

20、數(shù)控改造應(yīng)該優(yōu)先采用價格相對便宜的GSK系統(tǒng)。廣州數(shù)控研制的新一代普及型車床 CNC GSK980TDa 采用了 32 位高性能 CPU 和超大規(guī)模可編程器件 FPGA， 運用實時多任務(wù)控制技術(shù)和硬件插補(bǔ)技術(shù)，實現(xiàn)μm 級精度運動控制和 PLC 邏輯控制。 </p><p>　　GSK980TDa 車床 CNC 外觀圖 </p><p><b>　　2、優(yōu)缺點：</b>

21、;</p><p>　　1． X、Y、Z 三軸控制、X、Z 兩軸聯(lián)動, 0.001mm 插補(bǔ)精度，最高速度 30m/min， 支持直線、圓弧插補(bǔ) </p><p>　　2. 最小代碼單位0.001㎜，代碼電子齒輪比（1～32767）/（1～32767） </p><p>　　3. 具有螺距誤差補(bǔ)償、反向間隙補(bǔ)償、刀具長度補(bǔ)償、刀具磨損補(bǔ)償、刀尖半 徑補(bǔ)償功能 <

22、;/p><p>　　4. 內(nèi)置式PLC，梯形圖在PC機(jī)上編輯后下載至CNC </p><p>　　5. 采用S型、指數(shù)型加減速控制，適應(yīng)高速、高精加工 </p><p>　　6. 具有攻絲功能，可車削公英制單頭/多頭直螺紋、錐螺紋、端面螺紋，變螺 距螺紋，螺紋退尾長度、角度和速度特性可設(shè)定，高速退尾處理 </p><p>　　7. 支持公制/英制

23、編程，具有自動倒角功能、刀具壽命管理功能 </p><p>　　8. 零件程序全屏幕編輯，可存儲6144KB、384個零件程序 </p><p>　　9. 集成中文、英文、西班牙顯示界面，由參數(shù)選擇 </p><p>　　10. 提供多級操作密碼功能，方便設(shè)備管理 </p><p>　　11.支持CNC與CNC、PC雙向通訊，CNC軟件、PL

24、C程序可通訊升級等。</p><p>　　4.2.2 運動控制卡：</p><p>　　1、運動控制卡在數(shù)控車床改造上的運用：</p><p>　　運動控制卡是基于PC總線，利用高性能微處理器（如 DSP）及大規(guī)?？删幊唐骷崿F(xiàn)多個伺服電機(jī)的多軸協(xié)調(diào)控制的一種高性能的步進(jìn)/伺服電機(jī)運動控制卡，包括脈沖輸出、脈沖計數(shù)、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、D/A輸出等功能，它

25、可以發(fā)出連續(xù)的、高頻率的脈沖串，通過改變發(fā)出脈沖的頻率來控制電機(jī)的速度，改變發(fā)出脈沖的數(shù)量來控制電機(jī)的位置，它的脈沖輸出模式包括脈沖/方向、脈沖/脈沖方式。脈沖計數(shù)可用于編碼器的位置反饋，提供機(jī)器準(zhǔn)確的位置，糾正傳動過程中產(chǎn)生的誤差。數(shù)字輸入/輸出點可用于語限位、原點開關(guān)等。庫函數(shù)包括S型、T型加速，直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，多軸聯(lián)動函數(shù)等。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中需要精確定位、定長的位置控制系統(tǒng)和基于PC的NC控制系統(tǒng)。具體就是將

26、實現(xiàn)運動控制的底層軟件和硬件集成在一起，使其具有伺服電機(jī)控制所需的各種速度、位置控制功能。這些功能能通過計算機(jī)方便地調(diào)用。</p><p>　　2、優(yōu)缺點：控制精度高，價格較為低廉，因而在普通車床數(shù)控化改造中運用較廣，但國內(nèi)做運動控制卡的做工質(zhì)量方面均于國外有著相當(dāng)大的差距,有些方面還不能完全滿足數(shù)控加工的需求，與plc相比，PLC專長在于邏輯IO控制，而運動控制卡就跟專業(yè)與伺服電機(jī)的控制對運動而已他得指令跟簡單

27、，控制的方式更多齒輪，插補(bǔ)，凸輪等但在IO處理起來就不像有PLC的梯形圖那么簡單要語言編程。</p><p>　　4.2.3單片機(jī)：　</p><p>　　單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，因此廣泛的運用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。在此我以51單片機(jī)為例介紹一下單片機(jī)在數(shù)控機(jī)床上的運用。</p><p>　　1、單片機(jī)在數(shù)控車床改造上的運用</p><p>

28、　　選用MCS-51單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的中央處理機(jī)，外接一片EPROM用于存放控制程序、固定批量生產(chǎn)的工件加工程序和數(shù)據(jù)，再選用一片8kb的6264RAM作為存放試制工件或小批量生產(chǎn)的工件加工程序和數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)擴(kuò)展，為使編程地址統(tǒng)一，采用74LS138譯碼器完成譯碼法對擴(kuò)展芯片進(jìn)行尋址的功能。還要考慮機(jī)床與單片機(jī)之間的光電隔離、功率放大電路。其設(shè)計框圖如下圖所示：</p><p>　　圖1.1 總體設(shè)計框圖&l

29、t;/p><p>　　工作原理：單片機(jī)系統(tǒng)是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的核心，通過鍵盤輸入命令，數(shù)控裝置送來的一系列連續(xù)脈沖通過環(huán)形分配器、光電耦合器和功率放大器，按一定的順序分配給步進(jìn)電動機(jī)各相繞組，使各相繞組按照預(yù)先規(guī)定的控制方式通電或斷電，這樣控制步進(jìn)電動機(jī)帶動工作臺按照指令運動。</p><p><b>　　2優(yōu)缺點：</b></p><p>　　單片機(jī)

30、雖然有一個五臟俱全的微計算機(jī)，但由于本身無自開發(fā)能力，必須借助開發(fā)工具來開發(fā)應(yīng)用軟件，以及對硬件系統(tǒng)進(jìn)行診斷。另外，單片機(jī)內(nèi)的ROM比較小，所以在設(shè)計中系統(tǒng)必須在外面配置EPROM電路和擴(kuò)展電路，所以在該項目中運用該方案必須完成(1)硬件電路的設(shè)計、組裝、調(diào)試；（2）應(yīng)用軟件的編制、調(diào)試；(3)應(yīng)用軟件的鏈接調(diào)試、固化、脫機(jī)運行。依據(jù)單片機(jī)目前的發(fā)展?fàn)顩r，該方案的優(yōu)點是：(1)成本較低。由于現(xiàn)在單片機(jī)的價格相對都比較低，而且外圍電路的

31、元器件價格也不高，所以整體設(shè)計起來，成本比較低。(2)可以對外部存儲容量根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計可以相對比較靈活。(3)由于現(xiàn)存有許多已經(jīng)設(shè)計很完善的子程序，在系統(tǒng)軟件設(shè)計中可以直接調(diào)用，減少較大工作量。其缺點為：(1)系統(tǒng)硬件設(shè)計相對比較復(fù)雜，運用該方案，該系統(tǒng)硬件設(shè)計包含擴(kuò)展電路部分和系統(tǒng)配置電路部分，所以該系統(tǒng)電路設(shè)計工作量相對較大，影響系統(tǒng)開發(fā)的時間。(2)系統(tǒng)的抗干擾能力相對較差，在系統(tǒng)設(shè)計中，雖然注意了芯片、器件選擇、去耦濾波

32、、電路板的布線，通道隔離以及屏蔽。但由于工廠的條件比較差，很難保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。(3)系統(tǒng)需要自己設(shè)計電源</p><p>　　4.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動方式：</p><p>　　為了確保數(shù)控機(jī)床的精度和穩(wěn)定性，所以在設(shè)計機(jī)械傳動裝置時通常要考慮低摩擦、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及適當(dāng)阻尼比的要求。如采用貼塑導(dǎo)軌、消隙齒輪等。</p><p><b&g

33、t;　　4.4 方案的確定</b></p><p>　　由于使用單片機(jī)對普通車床的數(shù)控改造成本較低、可以對外部儲容量根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展、工作量低的優(yōu)點，而且學(xué)過這門課程，對于單片機(jī)的工作原理及其編程有一定的了解，所以本次畢業(yè)設(shè)計決定采用單片機(jī)對普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。</p><p>　　五、研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度：</p><p>　　5.1目標(biāo)：（

34、1）繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)兩個坐標(biāo)軸的機(jī)械裝配圖。</p><p>　?。?）繪制用單片機(jī)控制的硬件電路原理圖。</p><p>　　（3）繪制零件的工作圖。</p><p>　?。?）完成設(shè)計說明書。</p><p>　　5.2主要特色：（1）使用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)</p><p><b>　?。?）

35、采用貼塑導(dǎo)軌</b></p><p>　　5.3工作進(jìn)度2～3月份完成開題報告，畢業(yè)實習(xí)報告</p><p>　　3月上旬完成機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算</p><p>　　3月中旬完成微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p><p>　　3月下旬繪制伺服系統(tǒng)機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)兩個坐標(biāo)軸的機(jī)裝配圖。</p><p>

36、;　　4月上旬繪制單片機(jī)控制的硬件電路原理圖</p><p>　　4月中旬繪制零件的工作圖。</p><p>　　4月下旬完成設(shè)計說明書。</p><p><b>　　5月進(jìn)行答辯</b></p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　《數(shù)控技術(shù)》