毕业设计(论文)开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告一、课题的目的及意义（包含：国内外的研究现状分析；设计方案比较；选型分析；发展趋势）1.1、课题的目的 毕业设计是为实现高职院校培养高级应用型、技术型人才培养目标和机电一体化专业培养目标所必须的实践性教学环节。通过毕业设计强化学生对基本知识和基本技能的理解和掌握,培养学生收集资料和调查研究的能力,一定的方案比较、论证的能力,一定的理论分析与设计运算能力,进一步提高应用计算机绘图的能力以及编写编制能力。同时通过给做毕业设计,培养学生综合运用所学知识的能力,使学生能熟练掌握各种机械方面的知识。 数控机床本身的性能很好，自动化强，精度高，可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工，并且提升机床的加工精度、柔性、生产率和操控，实现计算机控制，排除人为误差，使零件的加工一致性好，质量稳定可靠。可以安装在普通钻、铣床上用于钻孔或铣削加工，还可以完成简单的数控功能。可以对机床运动中产生的位移、热变形等导致的误差，通过测量系统进行补偿而获得很高且稳定的加工精度。对机床实现半自动加工，所以减少了操作人员素质带来的人为误差，提高了同批零件的一致性。数控XY工作台设计对普通铣床或钻床上的传动精度和平稳性以及结构很紧凑，并且采用滚珠丝杠螺母传动副，有预加载荷的结构和滚动直线导轨副设计，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。1.2、X-Y工作意义数控XY工作台设计对普通铣床或钻床上的传动精度和平稳性以及结构很紧凑，并且采用滚珠丝杠螺母传动副，。使用X-Y工作台能够：提高灵敏度，运动平稳性；提高定位精度；使操作轻松灵活；提高工作效率1.3、国内外的研究现状分析经过半个多世纪的努力，中国机械工业已经逐步发展成为具有一定综合实力的制造业，初步确立了在国民经济中的支柱地位。 “八五”期间，中国共产党十四大明确提出要把机械工业、汽车工业建成国民经济的支柱产业。按照这一战略要求，原机械工业部会同原国家计划委员会制定了机械工业振兴纲要，经国务院批准颁布实施，要求用15年时间，到2010年基本实现机械工业的振兴，使之成为国民经济的支柱产业。 “九五”期间，机械工业取得了长足的发展。突出表现在机械工业产值在全国工业中的比重超过25，生产保持稳定增长，为国民经济提供了大量可靠装备；先进制造技术得到大量采用，同时在高新技术产业化方面取得重大进展；研制、制造重大、精密、成套装备的能力显著提高；全方位、多层次的对外开放格局基本形成，机械产品出口的迅速增长，有力地支持了机械工业乃至全国经济的发展；体制改革取得突破性进展，市场机制已在机械工业发展中起主导作用，以建立现代企业制度为目标的国有企业改革稳步推进，民营企业、乡镇企业成为机械工业发展的新兴力量。 “十五”期间是机械工业历史上发展最快、变化最迅速的时期。整个行业发展成绩喜人，亮点频现：产出规模增长迅猛、发展环境显著改善、产业结构变化喜人、服务质量明显提高。 多年来中国机械工业的高位运行，盈利能力的持续提升，为国民经济可持续发展和综合国力的提高作出了无可替代的贡献。因此，大力发展机械工业，用先进的机械设备去装备国民经济各部门，对促进中国国民经济和社会发展具有重大意义。 2007年机械设备制造行业增长形势较好，投资继续保持较为快速的增长以及国民经济的结构调整、技术改造都对机械制造行业产生了大量的市场需求，为机械设备制造业的稳定增长提供了良好的产业环境。 另外，“十一五”将为机械行业带来新的发展契机。众所周知，国家的每一个五年计划都涉及到许多大型工程的建设，而每项工程都将率先拿出接近10%的总投资额做设备投资，其中机械设备就是最为重要的设备投资之一。按照五年计划的一般规律，重大工程在2007年、2008年投资将会达到高潮。由于设备投资提前进行，因此机械行业就在固定投资增长高潮到来前提前进入辉煌期，即未来若干年将是传统机械行业高速发展期。两大行业拉动机械产品需求。从行业关联性来看，由于汽车和航天产业是与传统机械保持最为紧密的两大行业，这两大行业的高速发展必然直接带动传统机械的大幅增长。面对新的发展契机，中国机械企业应把握市场需求、行业发展趋势，抢占先机，制订未来的发展战略。我国已制定了数控铣床的精度标准，其中数控立式铣床升降台铣床已有专业标准。标准规定其直线运动坐标的定位精度为0.04/300mm，重复定位精度为0.025mm，铣圆精0.035mm。实际上，机床出厂精度均有相当的储备量，比国家标准的允差值大约压缩20%左右。因此，从精度选择来看，一般的数控铣床即可满足大多数零件的加工需要。从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下： 技术水平上，与国外先进水平大约落后1O15年，在高精尖技术方面则更大； 产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产;功能部件专业化生产水平及 成套能力较低;外观品质相对差;可靠性不高，商品化程度不足;国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足； 可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱;数控技术应用领域拓展力度不强;相关标准规范的研究、制定滞后。1.4、设计方案比较 1.4.1数控机床导轨类型分为：滑动导轨、滚动导轨、静压导轨等类型。 在本设计中采用滚动导，其原因是： 灵敏度高，运动平稳，低速移动时不易出现爬行现象； 定位精度高； 摩擦阻力小，移动轻便，磨损小，精度保持性好，寿命长。 1.4.2在传动方面有齿轮传动和滚珠丝杆传动等类型。 在本设计中采用滚珠丝杆传动，因为采用滚珠丝杆有一下优点： 承载小； 移动速度快； 噪音低； 定位精度高等。 1.4.3驱动系统有直线电动机、伺服电动机、步进电动机、开关磁阻电动机等，在本设计中选择步进电机，因为在考虑成本和性能时，它最适用于本设计中。 1.4.4在控制系统方面，可采用单片机和PLC进行控制，在本设计中采用的是MCS-51系列单片机，因为它价格低廉、性能优越，完全能满足本设计的要求。1.5选型分析 1.5.1系统运动方式的确定该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。 1.5.2伺服系统的选择开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。 1.5.3计算机系统的选择采用MCS-51系列中的8031单片机扩展控制系统。MCS-51单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。 1.5.4 XY工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率0.01mm的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。1.6发展趋势高速化、高精度化、高可靠性、复合化、智能化、柔性化、集成化和开放性是当今数控机床行业的主要发展方向。数控技术的问世已有40多年的历史，它是由机械学、控制学、电子学、计算机科学四大基础学科发展起来的一门综合性新型学科。技术发展的需要对21 世纪的数控技术提出了更高的要求。1.6.1个性化的发展趋势1.高速化、高精度化、高可靠性高速化：提高进给速度与提高主轴转速。 高精度化：其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级(高可靠性：一般数控系统的可靠性要高于数控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，因为商品受性能价格比的约束。2.复合化数控机床的功能复合化的发展，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、攻丝、绞孔和扩孔等多种操作工序，从而提高了机床的效率和加工精度，提高生产的柔性。3.智能化智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化；为提高驱动性能及使用连接方便等方面的智能化；简化编程、简化操作方面的智能化；还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，以及智能诊断、智能监控等方面的内容，方便系统的诊断及维修。4.柔性化、集成化当今世界上的数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面(工段车间独立制造岛FA)、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。1.6.2个性化是市场适应性发展趋势当今的市场，国际合作的格局逐渐形成，产品竞争日趋激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不断升级，用户的个性化要求日趋强烈，专业化、专用化、高科技的机床越来越得到用户的青睐。1.6.3开放性是体系结构的发展趋势新一代数控系统的开发核心是开放性。开放性有软件平台和硬件平台的开放式系统，采用模块化，层次化的结构，并通过形式向外提供统一的应用程序接口。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究， 数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年的一个新的焦点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机。 二、课题任务、重点研究内容、实现途径2.1、课题任务：设计一个数控X-Y工作台及其控制系统，该工作台可以安装在普通钻、铣床上用于钻孔或铣削加工。2.2、重点研究内容：本课题的重点研究内容是：（1）确定改造的总体方案；（2）确定机械改造的具体方案（包括丝杆、导轨、传动装置的确定）；（3）确定驱动系统改造方案；（4）确定控制系统改造方案。2.3、实现途径： 实现的途径包括数控系统总体方案的设计、机械部分的设计和电机部分的选择等等。 数控系统总体方案设计内容包括：系统运行方式的确定，伺服系统的选择，执行机构及传动方式的确定，计算机系统的选择等。根据设计任务和要求提出系统的总体方案，对方案进行分析比较和论证，最后确定总体方案。（1）系统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线系统，连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式；如果要求工作台或刀具沿各坐标轴的运动有精确的运动关系，应选用连续控制方式；连续控制系统应具有一个插补器进行各坐标轴进给脉冲的分配，要求伺服元件有较强的轨迹跟随能力，数控铣床、车床等要求加工复杂轮廓零件的机床应采用连续控制系统，因此，本次设计采用连续控制系统。（2）伺服系统的选择 开环伺服系统在负荷不大时多采用功率步进电机作为伺服电机。开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统机构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。 闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件来检查实际位移量，能补偿系统的传动误差。因而伺服控制精度高。直流伺服电机或交流伺服电机驱动，闭环系统造价高，结构和调试复杂，多用于精度要求高的场合。因此，本次设计采用开环控制系统。（3）执行机构传动方式的确定 为确保控制系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装备时，通常提出低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜阻尼比的要求，在设计中应考虑以下几点：尽量采用低摩擦的传动和导向元件。如滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨等。尽量消除传动间隙。缩短传动链：缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小减小传动链误差。可采用预紧以提高系统的传动刚度。（4）计算机系统的选择 计算机数控系统一般由微机部分、I/O接口电路、光电隔离电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几部分所组成。在经济型数控系统中，大多采用8为