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机械毕业设计全套

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JCJD01-040@小型数控钻床及其控制系统设计,机械毕业设计全套

内容简介：

参 考 文 献 - 51 - 参 考 文 献 【 1】 编委会 .现代实用机床设计手册 . 北京： 机械工业出版社， 2006 【 2】 李庆余，张佳主 .机械制造装备设计 . 北京：机械工业出版社， 2006 【 3】 徐灏主 . 机械设计手册（第 3、 4卷） . 北京： 机械工业出版社， 1991 【 4】 赵玉刚，宋现春 .数控技术 . 北京：机械工业出版社， 2006 【 5】 顾冠群，万德钧 . 机电一体化设计手册 . 南京： 江苏科技出版社， 1996 【 6】 编委会 . 机电一体化技术应用实例 . 北京： 机械工业出版社， 1994 【 7】 机械设计手册编委会 . 机械设计手册（ 第 2卷） . 北京： 机械工业出版社， 2004 【 8】 李善术 . 数控机床及其应用 . 北京： 机械工业出版社， 2001 【 9】 刘金琪 . 机床电气自动控制 . 哈尔滨工业大学出版社， 1999 【 10】 王 兰 美 . 机械制图 . 北京：高等教育出版社， 2004 【 11】 大连理工大学 戴曙 . 金属切屑机床 . 北京： 机械工业出版社， 2006 【 12】 郑学坚，周斌 . 微型计算机原理及应用 .清华大学出版社， 2006 【 13】 邱宣怀 . 机械设计 . 北京： 高等教育出版社， 2004 【 14】 机械设计手册（软件版） . 北京： 机械工业出版 社 【 15】 王爱玲 . 现代数控机床结构与设计 . 兵器工业出版社， 1999 【 16】 潘正卿 .微型计算机原理汇编接口技术 .北京 ： 希望电子出版， 2002 【 17】 王划鱼 .自动控制原理 .北京：国防工业出版社， 2001 【 18】 吴宗泽 .机械设计手册 .北京：机械工业出版社， 2002 【 19】姜培刚，盖玉先 .机电一体化系统设计 .北京： 机械工业出版社 ， 2003 【 20】徐煜明 韩雁 .单片机原理及接口技术 .电子工业出版社， 2005 【 21】王三民 .机械原理与设计课程设计 .北京：机械工业出版社， 2004 【 22】芮延年 .机电一体化系统设计 .苏州大学出版社， 2005 【 23】现代综合机械设计手册（下） .北京出版社， 2000 【 24】 朱龙根 . 机械系统设计第二版 . 北京：机械工业出版社 , 2002 【 25】 编委会 .机械工程手册（机械制造工艺装备卷） .北京：机械工业出版社， 1997 【 26】 钱平 .伺服系统 .北京：机械工业出版社 , 2005 nts 致 谢 - 52 - 致 谢 大学生活即将结束，我带着对校园生活的无限眷恋，对知识的无限渴望 和对未来的向往，将 要离开这片美丽的校园，在此我由衷地感谢这些年中教育和帮助过我的老师 和同学 。感谢 所有 老师 给予 我的指导和帮助 ！ 感谢 各位 同学多年来的关心和支持！感谢所有关心和帮助过我的人们！ 从你们身上，我不仅学到了理论 知识，更学到了做人的准则，发觉了生活的可爱。在此，我向你们致敬。 特别感谢我的指导老师，张桂香老师，她不只指导了我的毕业设计，这三年来一直是我的导师。她那严谨、务实的工作作风和平和、正直的为人，对我影响颇深。正是在张老师耐心 而又 认真地指导下，我才完成了此次毕业设计。在这里，表达我衷心的谢意。 感谢申燕等师兄师姐的指教，你们的建议给了我很大帮助，让我 受益匪浅 。感谢一起探讨、相互学习的各位同学， 是你们让我在学习中感到温暖，又从友谊中获得知识，谢谢你们，我会记得我们成长中的每一步。 感谢学校图书馆和实验室等团体，其优质的服务、丰富的知识资源和生产、试验设备，为我们的学习和设计提供了极大便利。 最后，再次对所有支持、关心和帮助我顺利完成学业的老师、同学、朋友致以 最 真挚 的 谢意 ！同时，对参加论文评阅、评审和答辩的各位老师表示衷心感谢 ！ nts 毕业设计 (论文 ) 小型数控钻床及其控制系统设计 学 院： 机械工程学院 专 业： 机 械 设计 制造及其自动化 姓 名： 仵燕 学 号： 0412105853 指导教师： 张桂香 2008 年 6 月 nts 摘 要 I 摘 要 随着我国电子制造业和印制电路板（ PCB)行业的快速发展给电子制造装备提出越来越高的要求，印制电路板数控钻床向着高速、高精度、高可靠性、智能化、柔性化、集成化的发展趋势越来越明显， 目前，高精度高速微孔印制电路板数控钻床是制约和影响我国电子制造业水平和电子信息产业基础配套能力的重要因素，是我国电子制造业与世界先进水平差距体现的重要环节之一。因此，开展高精度高速微孔印制电路板数控钻床关键技术的研究与应用，改善和提高 PCB 数控钻床的整体性能，对于提高我国电子制造工艺装备水平和电子信息制造业自我配套能力具有重要的现实意义。 本文系统的介绍了自行设计与制造的加工印刷电路板微型数控钻床及其控制系统的组成及原理，并对各部分功能进行了分析，特别是 MCS-51系列单片机的具体应用及扩展，研究结果具有实用价值 . 关键词：印制 板数控钻床； MCS-51单片机； 步进电机 ；滚珠丝杠副 nts Abstract II Abstract It is proposed that more and more demands to the electron manufacturing manufacturing industry and PCBs profession. The PCBs numerical controlled drill machine development tendency that faces high speed, high accuracy, high dependability, intelligentization, flexibleization and integrationization is more and more obvious. Currently, high-precision high-speed catalysis PCBs numerical controlled drill machine is constrained and influenced the level of Chinas electronics manufacturing industry and the electronic information infrastructure capacity is an important element of our electronic manufacturing gap with the worlds advanced level of one of the important links. Thus, high-precision high-speed PCBs numerical controlled drill machine research and application of key technologies to improve and enhance the overall performance of PCBs numerical controlled drill machine for electronic manufacturing processes and equipment to improve our level of self-supporting capacity of the manufacturing sector and electronic information will be of practical significance. This paper systematically introduces the composition and principle of a self-design and manufactured miniature NC drill machine and control system used for processing printing circuit board. It analyzes the function of every part, especially for the specific application and expandability of MCS-51 single chip processors. The result possesses value. Key word: the PCBs numerical controlled drill machine; MCS-51single chip; Step Motor;Ball screw nts 目 录 III 目 录 摘 要 . I ABSTRACT（英文摘要） . 目 录 . 第一章 绪论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 CNC 钻床技术 . 2 1.2.1 CNC 钻床技术的主要特点 . 2 1.2.2 CNC 钻床技术发展的由来 . 4 1.2.3 CNC 钻床技术发展的几个阶段 . 4 1.2.4 CNC 钻床技术的发展现状 . 5 1.2.5 CNC 钻床技术的发展趋势 . 7 1.3 对我国先进 CNC 技术发展的几点考虑 . 8 1.4 课题 研究的目的和意义 . 10 第二章 总体方案的确定 . 11 2.1 机床总体设计的要求 . 11 2.1.1 机床布局的基本要求 . 11 2.1.2 机床应具有的性能指标 . 12 2.1.3 人机关系 . 12 2.2 总体设计方案的确定 . 12 第三章 机械部分设计计算 . 16 3.1 切削参数的计算 . 16 3.1.1 切削力的计算 . 16 3.1.2 切削功率的计算 . 16 3.2 步进电机的选用 . 17 3.2.1 步进电机的特点 . 17 3.2.2 步进 电机的种类 . 18 nts 目 录 IV 3.2.3 步进电机的工作原理 . 19 3.2.4 步进电机的选择计算 . 21 3.2.5 步进电机的控制 . 22 3.3 滚珠丝杠 螺母副 的选用 . 23 3.3.1 滚珠丝杠螺母机构工作原理和特点 . 24 3.3.2 滚珠丝杠螺母副的结构 . 25 3.3.3 滚珠丝杠 螺母 副 的支撑 方式 . 26 3.3.4 滚珠丝杠的选择计算 . 26 3.4 导轨的选用 . 30 3.4.1 导轨应满足的要求 . 30 3.4.2 滚动直线导轨副的结构 . 31 3.4.3 直线运动滚动导轨副的特点 . 32 3.4.4 滚动直线导轨副型号的选择 . 33 3.5 滚动轴承 及联轴器 的选用 . 33 3.5.1 滚动轴承的选用 . 33 3.5.2 联轴器的选择 . 35 3.6 主轴系统及工作台的设计 . 35 3.6.1 主轴的结构设计 . 35 3.6.2 主轴轴承 的选用 . 36 3.6.3 主轴电动机和工作台 . 37 第四章 步进电机控制系统设计 . 39 4.1 单片机 . 39 4.1.1 单片机 的特点及其应用 . 40 4.1.2 单片机的选用 . 41 4.1.3 8031 单片机的 引脚功能 . 41 4.2 可编程计数器 /定时器 8253 . 44 4.2.1 8253 的引脚 . 44 4.2.2 8253 的工作模式 . 45 4.3 脉冲分配器及功率放大电路 . 46 nts 目 录 V 4.4 控制图说明 . 46 4.4.1 单片机部分 . 46 4.4.2 8253 部分 . 47 4.4.3 CH250 部分 . 48 4.4.4 功率放大部分 . 48 结 论 . 49 参考文献 . 51 致 谢 . 52 nts 第一章 绪论 - 1 - 第一章 绪论 1.1 概述 制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力。其中机械制造业是制造业的核心，为各行业各部门适时的提供各种先进、经济、可靠的机械装备。机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国民经济现代化的程度，而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度。 金属切削机床是机械制造业的基础装备，是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，习惯上称为机床。在现代制造工业中，机床是加工零件的主要设备，它的技术水 平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。我国的机床工业是在新中国成立后建立起来的，虽然已经取得了很大的成就，但与世界先进水平相比还有较大的差距。主要表现在：大部分高精度和超精密机床的性能还不能满足要求，精度保持性也较差，特别是高效自动化和数控化机床的产量、技术水平和质量等方面都明显落后。 数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。数控技术及装备是发 展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。数控技术是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在 “高精尖 ”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发 展、提高综合国力 的 重要途径。 nts 第一章 绪论 - 2 - 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域： (1)机械制造技术； (2)信息处理、加工、传输技术； (3)自动控制技术； (4)伺服驱动技术； (5)传感器技术； (6)软件技术等。 本文侧重于叙述用于 PCB板钻孔的数控钻床。 1.2 CNC钻床技术 印制电路板 (PCB)制造技术是电子信息制造业的重要基础和组成部 分。印制电路板 (PCB)数控钻床是印制电路板精密孔位加工关键的工艺装备。伴随着以通信、计算机、视听设备等为代表的电子产品 “小、轻、薄 ”的发展趋势和特点，给印制电路板数控钻床提出了更高的要求。精度高、速度快、孔小而多、行程短已成为新一代 PCB数控钻床发展和提高面临的主要难题 。 1.2.1 CNC钻床技术的主要特点 用于 PCB工业中的 CNC钻床技术具有诸多的优势与特点： (1) 普遍采用较先进的控制技术 当 PCB工业中人们使用的 CNC钻床普遍采用的是较先进的主从结构的多微计算机 CNC 技术或叫一主多从的多 CPU 控制技术。从 CPU在主 CPU的控制下分控某些特定的功能与部件，使之与主 CPU保持高度的一致性。 (2) CNC 钻床速度快，精度高，质量好 CNC 钻床一般每个电主轴都安装有 Z轴控制深度测量装置。能实时检测出 PCB叠层与电主轴压力脚之间的距离，并使之控制在一个合适的范围内，使电主轴移动距离最佳，钻孔速度最高。 Z轴nts 第一章 绪论 - 3 - 独立驱动，电主轴用气浮轴承，大大地减少了摩擦；使加速和减速的时间缩短，从而使精度提高，速度加快，同时由于使用了高动态伺服马达， 只需若干毫秒就能使电主轴加速到最高速度。目前电主轴的最高运转时速能达到 120 000rmin。钻孔直径 0.1 mm 小孔。位置反馈采用线性磁尺或直线光栅，组成闭环反馈回路，使钻孔定位精度可达 0.003mm，重复定位精度可达 0.002mm。 (3) 具有自检自控功能 CNC钻床，一般都具有较强的自检自控功能。其设计思路是，在主 CPU的控制下，有一个从 CPU在全闭环控制系统下，负责对钻床的各个部位进行动态检查，发现问题及时在显示器上显示出来。有的还一边显示，一边报警。有的在工作人员排障方法不得力时，为了保护机器，甚至能自动停止机器运转，使之处于待命状态，以保护机器不出大的问题。同时，每个主轴都安装 激光测试径向跳动装置，使每个主轴处于最佳状态。折断钻头是实际生产过程中常有的事，如果不能及时发现更换，就有可能出现该钻的孔没钻，折断的钻头还可能划伤 PCB，直接影响 PCB的质量。为了解决这个问题，如今 CNC钻床在主轴上都安装了断钻检测装置，钻头断了机床会自动停机，告知断钻位置，并更换新钻头，自动检测钻头直径后，再重新钻孔。另钻铣床具有了自检自控功能后，能自动控制钻孔深度及钻尖与盖板之间的距离，一般不会钻坏床子的工作台面。 (4) 工作台面移动采用气垫加磁浮，确保工作台面不划伤。一般情况下，当空气轴承出现问题 ，机器处于不平衡状态时，很容易划伤工作台面。 CNC 钻床普遍采用气垫加磁浮的方法， X 轴和 Y 轴用气浮导向，工作台面用气浮支撑，台面定位驱动采用 DC伺服马达，配有精密的滚珠丝杠和预加载双螺母校正。使工作台面移动更轻更稳定，加减速的时间大为缩短。一旦机器出现不平衡，磁浮会吸住台面，让机器停下来，保护整个工作台面不受损伤。同时， X 轴和 Y轴分离改变了传统的重叠结构。 X 轴和 Y 轴置于大理石结构的中央，这样始终保持工作台面处于最佳平衡状态，提高了钻孔的精度。 CNC 钻床还可进行软件编程限位，除了能自动测量刀具长短大小外，还能管 理刀具等。 (5) 电主轴头数多、幅面大 为了提高生产效率，适应大规模自动化生产的需要，如今的 CNC 钻床一般都是 4 6 个钻主轴。主轴增加以后，台面尺寸就nts 第一章 绪论 - 4 - 要相应地增加 ， X 轴和 Y 轴的编程也要随之扩大， (普遍地在 600mm 600mm以上 )，轴行程增加则钻孔面积也都要相应地增加。 (6) 具有多种编程功能 现在市场上的 CNC 钻床至少具有两种以上的编程功能。 1.2.2 CNC钻 床技术发展的由来 二十世纪中叶以前，人们用于 PCB 打孔的手段主要是靠人工作坊式的手动和半自动的金属冲、钻、压等机床设备。既笨、重、厚、 大，且速度慢、功能少，性能差。 60 年代初以来，工业发达国家的许多 PCB 加工设备设计、生产厂家，为了满足人们的要求，使自己生产的产品具有强劲的市场竞争能力，纷 纷投入 较大的人力、物力和财力，对 PCB 加工设备存在的问题进行针对性攻关，终于在 60 年代初取得了可喜的成果。据有关资料记载，世界上第一台 CNC 机床是 1952 年在芝加哥机床博览会上面世的，专门用于 PCB 工业的 CNC 钻机，约比用于金属切削用 CNC 机床晚 10 年，是 60 年代初才面世的，从此开辟了 PCB 工业 CNC 钻 床 技术发展的新局 面。 1.2.3 CNC钻床 技术发展 的几个阶段 CNC 钻 床 技术的发展已有近 40 年的历史了 ， 关于其发展阶段的划分 ， 目前学术界暂尚无严格的统一说法 ， 概括起来大致分为以下三个发展阶段。 (2) 数据控制 (NC)阶段 据有关资料记载，专门用于 PCB工业的 CNC钻 床技术起步于 60年代初。从 60年代初至 70中期 年代 是用于 PCB工业 CNC钻 床技术发展的初始阶段。这个时期的 CNC钻 床许多地方还基本上没有 脱离开金属切削机床的模式， 是一种数字控制 (NC)或硬件 CNC 装置。硬件 CNC 是一种布线编程的数字控制装置，主要是由硬件来实现 CNC功能的，其装置是用各种电子元器件、逻辑元件、记忆元件布线组成随机逻辑电路，在各元器件之间以固定的硬线联接，从而搭成专门用来完成某个特定 CNC功能的装置 。 (2) 计算机数字控制 (CNC)阶段 70 年代中 期 到 80 年代后期，这一时期基本上是 同 一生产 厂家生产的 CNC 钻床，同 60 年代相比，是两个完全不一样的nts 第一章 绪论 - 5 - 产品，看不到太多的继承性，给人以脱胎换骨的全新感觉。这个时期的 CNC钻床，布线程序控制器被可编程序存储控制器取代，人们以小型或微型计算机作为核心装置的数字控制系统被称之为 CNC装置或软件 CNC。 (3) NC和 CNC兼顾的普及应用阶段 NC过于死板，很难适应 PCB工业发展的需要。 CNC虽然很灵活，但也受到了计算机内存储空间狭小等因素的制约，满足不了大规模工业化生产的要求。 80年代后期和 90年代以来，科技工作者在实践中摸索出了许多将软件功能硬件化，硬件功能软件化的方法与途径，较好地实现了硬、软功能的高度兼容与互补，使得用于 PCB工业的 CNC钻床又有了很大进步。如今的 CNC系统大部分都装有 PLC硬件结构一般可分为单微处理机结 构和多微处理机结构。多微处理机结构的 CNC 系统不断地随着现代制造技术的发展而发展，使之能适应更高更广泛 CNC功能的 需要。 1.2.4 CNC钻床技术的发展现状 1. 国外 CNC 钻床技术的现状 纵观国外 CNC钻床技术的现状，综合起来具有以下的共同点： (1)底座为 200多毫米厚，经过精密研磨加工的花岗石，以供作工作台面轴向移动的导向基准面，稳定不变形，有救地防止了有规则的机械振动。有的还采用独创的自平衡空气轴承系统，可使机床以极高速度及加速度运行而无震动。 (2) 花岗岩基座与机器零、部件加工和装配均经过激光干涉测量仪严格地检测了其几何形状及位置精度，从而确保了机床的系统精度，才使得钻机的钻孔定位精度能达到 0.002mm。 (3) 大部分钻床的无套环钻头管理系统与回转或双阵列刀具库，可更换多达360个钻头。新的刀具管理系统由于减少了刀具的装卸，从而避免了在装配过程中容易造成的断钻机会，提高了钻孔精度。 (4) 有两个刚性刀具夹，位于主轴与刀具库之间供作自动更换钻头之用，其存放顺序由 CNC装置控制。 (5) 激光检测电主轴中的钻咀长度、直径及动态径向偏移，从而使钻铣的主轴具有高度稳定性和精度，一般都能自动控制钻头尖与盖板之间的距离， Z轴的nts 第一章 绪论 - 6 - 光学电子尺更可控制钻孔的深度，特别适合于多层 PCB 加工。配置的断钻自动检测装置，钻头 断了会自动停机， 告知位置并更换新钻头，检测合格再重新钻孔。 (6) 自动上下料装置都已十分成熟，一般地有 16个左右的分层托盘，由 CNC控制升降，进行装御。装御时间每批次约 19s。 目前世界上 CNC 钻铣床生产厂家，如美国 Excellon 2000 系列及 Adranced Controls的 2500、 1000系列，意大利 Pluritec公司的 MEGA系列、德国 Klinglnberg公司的 Mieronig系列及日本日立公司和瑞士 Posalux公司的产品，都是不相上下，各有特点的好产品。 2. 国内 CNC 钻铣床技 术的现状 目前我国 CNC 钻铣床的整体技术水平是钻孔精度已达 0.1mm，电主轴最高转速有的已达 80 000r min， 大部分均在 50 000r min左右。钻孔直径在 0.3 mm 6.0mm 之间，系统分辨率在 0.001mm 左右，加工幅面在 460mm 610mm之间，传动方式普遍采用了较先进的滚珠丝杠。从宏观上说，我国 CNC钻铣床近几年来的成果在技术功能和可靠性方面均接近或达到了国外的先进水平，而价格却比国外产品差不多要低 5 8倍 (有的只有国外产品三分之一，甚至更低 )，从长远的服务、维修和更新方面，比国外产 品具有明显的优势。但整体上来讲比世界上几家著名 CNC钻铣床厂家生产的产品的差距的确仍还很大，个别的如伺服电路，我国现还停留在开环或半闭环状态，而工业发达的国家生产的 CNC钻铣床在 20年前就采用的是全闭环控制系统，电主轴的转速工业发达国家的产品太多在 110 000r min 120 000r min之间，同时，即将会有 120 000r min以上速度的主轴问世，而我们国家目前最高也就是 80 000r min，还有如光栅尺、驱动电机等，从技术水平性能状态上，都比人家要差一节，有的差距还很大。 目前我国 CNC钻铣 床生产已形成批量的有石狮天马、成都维科 (原四川台钻总厂 )、重庆万象、上海东源、重大机电 江苏康尼、镇江润州等企业，他们的产品都各有特色。 1.2.5 数控钻床 技术的发展趋势 nts 第一章 绪论 - 7 - 数控钻床技术的发展，概括起来有以下发展趋势。 1. 总线、开放式、模块化结构 CNC钻床将是今后发展的主流 CNC 钻床技术发展近几十年来无论在结构与功能上，还是在操作与控制上都有了非常大的发展和可喜的成就，以大板或总线模板结构为基础，在插槽中置备各种相应的功能模块组成多 CPU的 CNC钻床装置，已成为当今 CNC钻床硬件的主要形式。在显示方面 ， CRT 直观形象，配合图形输入软件，人机会话功能等，不但能有效地显示字符，还能并行显示图形及加工程序，彩显示的对话框及提示，提问式的操作帮助，使键盘操作十分简单方便。电主轴等采用模块设计，装卸方便，约 15分钟可完成主轴装卸的全过程。 CNC上一般都设有功能软件和下拉菜单驱动方式，使人机对话方便快捷明了。用 PLC 和 PMC 作为CNC钻床的控制器，用作 CNC钻床的逻辑控制 ， 使 CNC钻床控制能力得到了极大的提高 。 现代 CNC系统要求控制系统的硬件体系结构的功能 模块要具有兼容性，软件的层次结构、模块结构，接 口关系等规范标 准，以便于机床用户有自动化开发环境和二次开发， 最大限度提高用户的使用效益。 2. CNC钻床的自动化程度会越来越高 CNC系统越来越先进、存储容量越来越大，足可除了存储机器系统程序外，至少可以存储几万个钻孔程序段。为自动化钻孔提供了保证。 多机联网、单元模式结构的设计概念能实现多过程、多通道控制，具有极大的柔性，为大 规模的自动化生产提供了基础。如意大利 Pluritec公司推向市场的一种组合式 CNC钻孔机 Multistation是单主轴模式的多工作间钻孔机床，可由 1 6 个工作站组成，技术设计最多可连接 32 个工作站。每个工作站装备有一个主轴头和一个 CNC44.00控制装置。并由中央 CNC56.00系统对各工作站进行整体管理与独立控制 。 6 个工作站可以执行同一钻加工程序，也可以相互独立地执行不同的钻加工程序。各工作站还可以通过 Ethernet网络与 CAD站及主计算机组成的网络系统执行直控的 CNC钴加工程序，该机配置有 UNIX操作系统，很容易实现多机联网。 nts 第一章 绪论 - 8 - 自动上下料装置的发展和技术不断成熟的程度，也为大规模自动化钻孔提供了保证。大型刀具库的出现，为较长时间自动化生 产提供了便利。 PCB 叠层采用 无销钉 气动夹紧装置 ， 一 改传统的孔 槽 定位方法，对实现大规模自动化钻孔更为有利。 CNC 钻 削 过程中所有主轴都配备有断钻自动检测装置， 为 大规模 自动化生产过程解决了由于断钻造成 PCB质量事故这一大难题。 3. CNC钻床将继续向高速、高精度、钻 微细孔和盲孔方向发展 众所周知，研制生产高速、高精度 CNC钻床的目的主要是为了解决钻微细 孔 ( 0.1mm 0.5mm)时容易发生的断钻头和多层 PCB板加工问题。随着电子产品轻、薄、短、小要求的不断深化，打微细小孔和盲孔，生产多层 PCB 板，将是今后 PCB生产的主产品，在 CNC钻床现有技术 的基础上，继续探讨，研制 高速 (120 k r min以上 )，高精度 ( 0.003mm以上 )， CNC钻床是未来打微细小孔、钻深孔 (深度直径比为 20： 1 ) 和盲孔的需要，也仍是今后一个时期内 CNC钻机发展的主攻目标。 CNC 钻床的生产同时将会尽可能地采用市场上业已成熟的部件，以有效地缩短研制时间和生产周期，从而达到减少重复劳动，技术集成，为我所用，加快市场周转的目的。德国西门子公司生产的 CNC系统，现德国、意太利、英国的生产厂家都选用它。英国西风公司生产的电主轴也已被好几个著名 CNC钻床生产厂家所选用。 4. WOP技术和智能化，将是 CNC钻床发展的方向 WOP 技术和智能化 CNC 钻床系统能提供会话编程、蓝图编程和 CA DCAM等面向车间的编程技术和实 现二三维加工过程的动态仿真，将引入在线测试和模糊控制等智能机制。 1.3 对我国先进 CNC技术发展战略的几点思考 1. 先进的 CNC 钻床技术是振兴我国 PCB 业的重要技术支撑，决不能疏忽和掉以轻心 nts 第一章 绪论 - 9 - 在机电产品中， PCB 是先进制造技术中的基础，从某种意义上讲， PCB 工业发达和先进程度是一个国家或一个地区或一个企业的工业现代化程度的象征。从宏观上看，我国现在的 CNC钻 床技术与工业发达国家相比差距仍还很大，但也是不可忽视的重要产业，仍需要国家给予重点扶持。 同时还需象原来那样，打破部门条块分割局面，对关键技术和上台阶发展技术集中资金和人力攻关，取得突破与经验，即广为推广，以提高我国 CNC钻床技术的水平，振兴我国的PCB工业。 2. 先进 CNC技术的发展和应用突出强调市场需求 发展先进的 CNC钻床技术，要从我国的实际出发，既要按市场需求 又要符合 技术发展规律与趋势。纵观我国几十年来的技术发展历程，较多考虑的是技术发展趋势，而较少考虑市场需求。当然 ， 两者从长远和根本上来说并不矛 盾，但从眼前来看，仍存在一个轻重缓急的安排 问题 ，突出强调市场需求，可以使先进 CNC钻床技术的发展和应用在振兴 PCB工业和发展国民经济中尽快见效，可以使 PCB生产厂家尽快上档次发展，也可以使 CNC钻床生产厂家的市场竞争力得到明显提高，从而使先进 CNC钻 技术从科学的殿堂走人经济 建设的主战场。从目前情况看，最好是国家主管部门牵头，优先几个产品，重点扶植开发研嗣、逐 步形成中国特色的经济实用的 CNC钻 床系列产品，以满足我国 PCB工业的急需 。 3. 通过引进技术和对外合作，加强引进技术的消化吸收，形成自己开发能力 从 国内几家合资公司的发展经验看，走外引内联，引进国外先进技术，然后加以消化吸收的引进、吸收、开发、生产之路，实在是一种既快又省的便捷通道。对于尽快缩短我国 CNC钻床技术与国外同行的差距，形成自主开发生产能力，提高我国 CNC钻床的市场竞争力，都是十分有益的 。 4. 加强政策引导和政府组织能力 ，为先进 CNC钻床技术的发展和应用提供有力支持，形成较为有利的内部环境 nts 第一章 绪论 - 10 - 先进 CNC钻床技术的发展是一个复杂的系统工程，必须要涉及到方方面面。政府的扶 持是首 当其冲，从发展战略的确定， 到 重点技术项目的选择 ； 从重点攻关技术的选定， 到实施单位的确定；从经费的保证到成果的推广应用，都离不开政府的组织协调和宏观指导。 自 我国 加入 WTO 后 ，我国 CNC 钻 床 产业面临着更为激烈的 国际的竞争。 在这种严峻的形势下，我国 CNC钻床产业发展的主要出路，就是要在政府的统一协调指导下，集中力量，组织攻关，开发具有自主知识产权的 CNC钻床关键和整体技术，用质优价廉的全新国产 CNC钻床，与国外产品争夺国内市场的份额并争取进入国外市场。 5. 增强对 与此相关的 基 础 科学理论和 先进 技术的自主研发 ，以推动数控钻床技术的持续发展。 1.4 课题研究的目的及意义 毕业设计是学 生在完成全部大学课程之后进行的最后一个综合实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的有关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。总的目的是使学生受到基本的科研训练，具有以下几点： 一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的能力，深化了对所学知识的理解。 二、培养学生形成正确的设计思想、设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。 三、培养学生正确使用技术资料、国家标准、有关手册、图册等工具书 ，进行设计计数、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力。 四、培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，面向工人和工程技术人员学习的基本工作态度和工作方法。 nts 第一章 绪论 - 11 - 五、实现 自动化 设计，将 数控 技术注入产品设计开发，提高了企业产品自主开发能力和产品档次。同时，也提高了企业对市场的应变能力和快速响应能力。 六、本课题是在学完本科阶段课程后进行的一次综合性练习，为将来的工作或是继续深造及一般的机械设计打下一定的基础。 nts 第二章 总体方案的确定 - 11 - 第二章 总体方案的确定 2.1 机床总体设计的要求 机床的总体设计是机床设计的关键环节，对机床的技术性能和经济性能指标起着决定性作用。机床的总体设计是根据设计要求，通过调查研究，检索资料，掌握机床设计的依据；然后进行工艺分析，拟定出性能先进，经济性好的加工工艺方案，必要时画出加工示意图；在此基础上确定机床的总体布局，画出机床尺寸联系图；确定所涉及机床的主要技术参数。 2.1.1 机床布局的基本要求 1）机床布局首先必须满足用户提出的各种要求。如机床的加工范围、工作精度、生产率和经济性能等。 2）确保实现既定 工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置与相对运动。在经济、合理的条件下，尽量采用较短的 传动 链，以简化机构，提高传动精度和传动效率。 3) 确保机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗震性、热 变形 及噪声水平。 4）通用机床必须满足参数标准和系列型谱中关于机床布局方面的规定。同时，还最大限度的考虑机床的系列化和通用化程度。 5）对于生产率和自动化程度较高的机床或专用机床，以力求便于自动上下料及纳入自动线。 6）应便于观察加工过程；便于操作、调整和维修机床；便于输送、装卸工件和排除切屑；注意机床防护，确保安全生产 / 7）机床结构简单，合理可靠，便于加工和装配，并注意采用新技术 8）体积小，重量轻，节省原材料，降低制造成本，缩小机床占地面局，外形美观大方。 nts 第二章 总体方案的确定 - 12 - 2.1.2 机床应具有的性能指标 1） 工艺范围 机床的工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力，包括可加工的零件类型、形状和尺寸范围，能完成的工序种类等。 这