X-Y数控工作台机电系统设计开题报告.doc

本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。山 东 科 技 大 学毕业设计（论文）开题报告题 目 X-Y数控工作台机电系统设计专 题 Y方向工作台三维绘图 学 院 名 称 电气信息系 专 业 班 级 机电一体化技术 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 填表时间：20 年06月 10日本文档系作者精心整理编辑，如有需要，可查看作者文库其他文档。设计（论文）题目X-Y数控工作台机电系统设计设计（论文）类型（划“”）工程设计应用研究开发研究基础研究其它一、本课题的研究目的和意义目前国内中小企业多采用经济型X-Y数控冲床系统，其加工速度慢、编程复杂、人机界面不友好，因此生产效率低、工人劳动强度大。因此研制和开发一套基于双单片机的X-Y数控冲床数控系统，用于装配新冲床或对经济型数控冲床进行改造，能够有效的改善人机界面、提高加工速度、方便操作人员编写用户加工程序，对提高企业生产效率、改善工人的工作环境有很大的实际意义,工作台是机床上必不可少的部件，工作台的自动化能大大减轻劳动强度，提高劳动生产率。随着经济的发展，机械行业的许多普通机床和闲置设备，经过数控改造以后，不但可以提高加工精度和生产率，而且能有效的适应多种品种，小批量的市场需求，使之更有效的发挥经济效益和设计效益。国际机床市场的消费主流是数控机床。1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控率达70%，我国为60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控机床、数控铣床为主转数向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。世界X-Y数控工作台发展动向纳为下述几点：工序复合化、精密化的高速化、低价格化。总而言之，目前，X-Y数控机床的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化以成为数控机床发展的趋势和方向。中国作为一个制作大国，主要还是依靠劳动力、价格、资源等方面的优势，而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。中国的数控产业不能安于现状，应该抓住机会不断发展，努力缩短与发达国家之间的差距。力争早日实现X-Y数控机床产品从低端到高端、从初级产品到高精尖端产品制作的变化。2、 本课题的主要研究内容（1）机械传动部件的计算与选型1.导轨副的选用要设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位 精度不是很高，因此选用直线滑动导轨副，它具有结构简单，制造、检验和维修 方便，导轨面较宽，承载能力大，刚度高。2.丝杠螺母副的选用伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足0.005mm冲当量和mm的定位精度，滑动丝杠副为能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。3.伺服电动机的选用 任务书规定的脉冲当量尚未达到0.01mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此3000mm/min，故本设计不必采用高档次的伺服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本，提高性价比。4.检测装置的选用选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角相匹配。考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机以及检测装置拟采用相同的型号与规格。（2）步进电机的计算与选型考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。取K=4, 则步进电动机的最大静转矩应满足： 初选步进电动机的型号为110B007-，查得该型号电动机的最大静转矩=9.45Nm。三、国内外研究情况及其发展当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的CNC系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。工作台作为数控机床的重要组成部分，也是影响加工精度的重要组成环节。从一开始为了满足加工简单的零件而设计的直线运动的XY工作台，到现在为了实现多工位加工而制造的分度工作台和回转工作台等。为了满足现代制造业的发展，也为了环境的要求，一作台的驱动装置从原来的机械驱动变为液旅驱动，现在更多的采用了气动装置，更好的保护了环境，节约了资源。由于工作台是一台机床的关键配套部件，因此世界各国都有对其进行研究，我国在工作台的研究开发方面也取得了长足的进步。目前工作台的种类繁多，传统的工作台只能安装在某一指定机床上，伴随着科技的与时俱进，它们的功能也由传统单一性向现代的多功能性方向发展，现在一些工作台，它不仅可以安装在钻床上，还可以安装在铣床和镗床等机床上。并且目前部分工作台还可以作为机床的第四回转轴，大大提高了机床的性能。例如：可倾回转工作台，它可以实现用于数控机床和加工中心机床上，可利用原机床的两个控制坐标控制转台的回转和倾斜，也可直接利用本转台配套的数控装置与机床联接完成所需的工作循环。它可以完成任意角度的孔、槽、平面类机械加工，以及曲线、凸轮等的加工，并可达到较高的精度。另外也可用于非数控钻、铣、镗类机床上，独立完成等分和不等分的角度分度工作。国外工作台的功能与我国所生产的工作台功能基本相似，但是在其精度方面，国外的一些公司所生产的工作台要略高于我国所生产的工作台。因此我国与国外相比，还是有一定的差距，因此工作台的设计具有重要意义，我们要借助时代的步伐，与时俱进，开拓创新，使我国成为具有领先技术的综合性强国。四、拟解决的关键问题本设计主要完成X-Y数控工作台的数据计算与零件的选型，然后用solidworks绘出三维图，需要解决的关键问题如下：1. X-Y数控工作台的数据计算与零件的选型；2. X平台的绘制；3.Y平台的绘制；5、 研究思路和方法研究思路如下：（1） 零部件的计算与选型工作平台的各个参数让其能满足题目的要求，再通过精密计算导轨上移动部件的重量估算、铣削力、直线滚动导轨副、滚珠丝杠螺母副等来确定要制作的数控工作平台（2） solidworks绘图SolidWorks绘图过程中，先画出单个的零部件，其主要通过一些简单的绘图、拉伸、剪切、扫描、阵列等工具进行建模，然后对这些零件进行一系列的装配，主要通过一些面、线的重合、平行、同心等过程进行装配，从而直观清晰的显示出Y方向工作台的内部结构。六、课题的进度安排 （1）第13周重点看12本参考书，大致了解该课题的相关内容，做好笔记，并在第三周前安排2学时左右时的讲课内容。（2）第四周，根据学生掌握的情况，进行设计任务子课题分工，没人确定自己的子课题，并写出开题报告。 （3）第五周，根据开题报告进行相应的讨论。 （4）第610周，研究各自子课题内容，并讨论各自的研究情况。 （5）第1113周，对研究结果进行相应的仿真及硬件环境调试绘制。（6）第1416周，撰写论文，总结研究情况，并准备写出毕业答辩的发言稿，做到心中有数，按期完成毕业答辩。七、参考文献【1】文怀兴、夏田 .数控机床系统设计M. 北京：北京化工出版社，2008.51-55【2】韩荣第 .金属切削原理与刀具M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007.18-30【3】李洪 .机床设计手册M.北京：辽宁科学技术出版社，1999.100-120【4】陈家芳.金属切削工艺手册M. 上海：上海科学技术出版社, 2005.45-60【5】杨建明. 数控加工工艺与编程M.北京：北京理工大学出版社，2009.