数控系统开题报告

1、篇一：数控机床设计 - 开题报告 开题报告 1. 课题研究内容和意义 1.1. 课题研究内容 数控机床设计主要内容 ：其一是运动功能设计 ，包括确定数控车床所学运动的个数 、形式 （直 线运动 、回转运动 ）、功能（主运动 、进给运动 、其他运动 ）及排雷顺序 ，最后画出数控车床 的运动功能图 。其二是基本参数设计 ， 包括尺寸参数 、运动参数 、和动力参数设计 。其三是传 动系统设计 ，包括传动方式 、传动原理图及传动系统图的设计 。其四是总体结构布局的设计 ， 包括运动功能分配 、总体布局结构形式及总体结构方案图设计 。其五是控制系统的设计 ， 包括 控制方式及控制原理 、 控制系统图设计

2、 。 1.2. 课题意义 1.2.1. 理论意义 数控加工技术的应用是机械制造业的一次技术革命 ，使机械制造的的发展进入了一个崭新的阶 段。由于数控机床综合应用了电子计算机 、自动控制 、伺服驱动 、精密检测与新型机械结构等 方面的技术成果具有高柔性 、高精度与高度自动化的特点 ， 因此它提高了机械制造的制造水 平， 解决了接卸制造中的常规加工技术难以解决甚至无法解决的发杂型面零件加工 ，为社会提 供了高质量 、多品种及高可靠的机械产品已取得了巨大的经济效益 。 目前 ，数控技术已逐步晋级 ，数控机床在工业生产中得到了广泛应用 ，已成为机械自动化的一 个重要发展方向 。 1.2.2. 现实意义

3、 随着可续技术和社会生产的不断进步， 机械产品日趋复杂 。 对机械产品的质量和生产率的要求 也越来越高 ，在航空航天 、微电子、信息技术 、汽车、造船、建筑、军工和计算机技术等行业 中，零件形状复杂 、结构改型频繁 、批量小 、零件精度高加工困难 、生产效率低已成为日益突 出的现实问题 ， 机械加工工艺过程的自动化和智能化是适应上述发展特点的最重要手段 。 2 国内国外数控技术发展趋势 2. 1 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化 ， 使制造业成为工业化的象征 ，而且随 着数控技术的不断发展和应用领域的扩大 ，他对国计民生的一些重要行业 it 、汽车、轻工 、

4、 医疗等的发展起着越来越重要的作用。 从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看， 其主 要研究热点有以下几个方面 ：其一是高速 、高精加工技术及装备的新趋势 ，效率 、质量是先进 制造技术的主体 。高速 、高精加工技术可极大地提高效率 ，提高产品的质量和档次 ， 缩短生产 周期和提高市场竞争能力 。 从 emo2001 展会情况来看 ，高速加工中心进给速度可达 80m/ min ，甚至更高 ，空运行速度可达 100m/ min 左右 。目前世界上许多汽车厂 ， 包括我国的上 海通用汽车公司 ，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。 在加工精度方 面，近10年来，普通级数控机床的

5、加工精度已由10 ym提高到5 ym,精密级加工中心则从 35m,提高到11.5 ym并且超精密加工精度已开始进入纳米级0.1 ym。为了实现高速、 高精加工 ， 与这配套的功能部件如电主轴 、直线电机得到了快速的发展 ， 应用领域进一步扩 大。 其二是五轴联动加工和复合加工机床快速发展 ，采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工 ， 可用刀具最佳几何形状进行切削 ， 不仅光洁度高 ， 而且效率也大幅度提高 。但过去因 5 轴联 动数控系统 、主机结构复杂等原因 ，其价格要 3 轴联动数控机床高出数倍 ， 加之编程技术难 度较大 ，制约了 5 轴联动机床的发展 。当前由于电主轴的出现 ， 使得实现

6、 5 轴联动加工的复 合主轴头结构大为简化 ，其制造难度和成本大幅度降低 ， 数控系统的价格差距缩小 。 因此促进 了复合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机床含 5 面加工机床的发展 。其三是智能化 、 开 放式 、 网络化成为当代数控系统发展的主要趋 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系 统， 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 ， 如加工过程的自适应控制 ， 工艺参数自动生成 ；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化 ， 如 前馈控制 、 电机参数的自适应运算 、 自动识别负载自动选定模型 、 自整定等 。 数控系统开放化 已经成为数控

7、系统的未来之路 。 所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平 台上， 面向机床厂家和最终用户 ， 通过改变、 增加或剪裁结构对象数控功能 ， 形成系列化 ， 并 可方便地将用户的特殊应用和技诀窍集成到控制系统中 ， 快速实现不同品种 、 不同档次的开放 式数控系统 ，形成具有鲜明个性的名牌产品 。 目前开放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国际著名机床博览会的一个新亮点 。 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

8、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 ， 反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势 。 3. 2 对我国数控技术及其产业发展的基本估计 我国数控技术起步于 1958 年， 近 50 年的发展历程大致可分为三个阶段 ：第一阶段从 1958 年到 1979 年，即封闭式发展阶段 。 在此阶段 ， 由于国外的技术封锁和我国的基础条件的制 ， 数控技术的发展较为缓慢 。 第二阶段是在国家的 “六五”、 “七五”期间以及 “八五”的前期，即 引进技术 ， 消化吸收 ， 初步建立起国产化体系阶段 。在此阶段 ，由于改革开放和国家的重视 ， 以及研究开发环境和国际环境的改善 ， 我

9、国数控技术的研究 、 开发以及在产品的国产化方面都 取得了长足的进步 。 第三阶段是在国家的 “八五 ”的后期和 “九五”期间， 即实施产业化的研 究， 进入市场竞争阶段 。纵观我国数控技术近五十年的发展历程 ， 特别是经过四个五年计划的 攻关 ， 总体来看取得的成绩还是不小 。 4. 研究思路 经过和老师及小组成员讨论 ，最大主要对以下几方面进行车床主轴 、 进给系统以及车床控制面 板、 控制电路 、 pmc 程序设计和电机的选用 。其中主要设计参数参考沈阳机床股份有限公司的 el6140n 数控卧式车床的技术参数 。 具体见表 1-1 。 表 1-1 数控车床技术参数 3.1 设计思路 3

10、.1.1 主轴设计 在数控机床中 ， 其主轴是最关键的部件 ，对机床起着至关重要的作用。主轴结构的设首先考虑 的是其需实现的功能 ，当然加工及装配的工艺性也是需考虑的因素 。初步结构如图 1-1 。 主轴 装配工艺为：将前端四盘轴承加热后，依次将轴承和隔套装进主轴，拧紧锁紧螺母；将 主轴装进主轴箱内，端盖配好高度后上紧螺钉；直接装后端的两盘轴承，最后上紧前后两 端的螺母 。这种主轴结构 ， 在装配零件全部合格的前提下 ，一次装配后主轴的各项精度都能满 足要求。由于提高了主轴的装配精度，因而主轴箱温升较低,一般可稳定在20 C以内，机床 主轴寿命长 。 图 1-1 主轴结构图 在主轴控制方面采用

11、图 1-2 的结构 ， 使主轴能够实现可以任意位置准停 。能实现螺纹的切 削。 图 1-2 主轴控制图 4.1. 2 进给系统 在进给轴方面采用数控十字交叉台的形式 。 数控十字交叉台可用螺旋传动机构或齿条传动机 构。 这两种机构均可把旋转运动变为直线运动 。 因为此机构以传递运动为主 ， 且要求有较高的 传动精度 ， 又要求结构紧凑 。所以选用螺旋机构 。 但常用的螺旋机构中丝杠和螺母之间相对运 动时滑动 ， 磨损较严重 。影响传动精度 ，随动精度低 、效率低，不能满足高速度 ，高效率 、高 精度等要求 。为了使运动灵敏又能满足精度要求 ， 选用滚珠螺旋机构 ，也就是采用滚珠丝杠传 动。 纵

12、向移动是 ：滚珠丝杠转动 ，螺母带动上滑板等在下滑板导轨上直线移动 ，如图 1-3 。 横向移 动是 ： 滚珠丝杠固定 ， 丝杠转动并带动工作台等直线移动 ， 如图 1-4 。 丝杠传递运动 ，滚动导 轨承载 。因为运动部件重量不大 ， 切削力也不大 ， 行程较小 ， 且有一定的精度要求 ， 所以确定 采用滚动导轨 。 图 1-3 纵向传动方案 图 1-4 横向传动方案 3.1.3 电气 在电气上配置 ： 1) 数控系统选用专门用于车床的fanuc-0td系统 ， 两轴控制 、两轴联 动、中文显示； 2) 驱动系统选用 fanuq3 系列数字交流伺服单元电机 ； 3)使用车床用标准操 作面板；

13、 4) 选用内装式可编程序控制器 ； 5) 召行设计电控柜和搡作台 。 机床数控系统的硬件电路由四部分组成 ：主控制器 、总线、存储器和接口 。 3.1.4 软件设计 软件设计主要包括主模块 、 子程序模块和中断处理模块等。 主模块主模板中的监控程序判别是否有功能键按下 ，若有则对应的功能子程序模块 。 子程序模 块子程序模块根据功能键设计 。 中断处理模块中断处理中包括三个模块 ， 依据微机数控系统中 不同事件的轻重缓急 ， 约定优先级排队序列 。 4.2. 本课题需要解决的关键问题 本课题需要解决的关键问题是车床主轴 , 进给轴以及对车床控制面板 、 控制电路 、 pmc 程序设 计和电机

14、的选用 。 5. 进度安排篇二 ： 数控车床 x 向进给系统开题报告 开题报告 题 目 ad35 数控车床 x 向进给系统设计 课题类型毕业设计 课题来源其他学生姓名学 号 专 业 机械设计制造及其自动化 年级班 指导教师职 称讲师 填写日期 ： 2012 年 4 月 1 日 篇三 ：数控机床开题报告 毕业设计开题报告 1. 1 设计的目的及意义 （含国内外的研究现状分析 、设计方案比较 、 选型分析和发展趋 势）1.1.1数控步进xy工作台设计的目的 使工作台实现数控控制 ； 让数控机床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 ；提升机床的加工精度 、柔性 、生产率和操控 ，

15、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 ；提升机床自动化程度 ，降低操作人员劳动强度 。 能够正确运用机床数控系统等课程的基本理论个有关知识 ，学会设备数控化改造方案的拟 定、比较、分析及进行必要的计算 ；通过对设备改造的机械部分设计 ，掌握数控设备典型零件 的计算方法和步骤以及正确的结构设计方法 ；通过设备的数控系统硬件和软件设计 ，掌握简单 的数控系统硬件及软件设计的基本方法 ；通过课程设计 ，初步树立正确的设计思想 ，培养自己 分析问题和解决问题的能力；提高自己应用手册 、标准以及编写文件等资料的能力 。 1.1. 2数控步进xy工作台设计的意义 工作台

16、是机床上必不可少的部件 ，因此工作台的设计具有重要意义 ，工作台的自动化能大大减 轻劳动强度，提高劳动生产效率。x y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统，其结构 简单， 实现方便而且能保证一定的精度 。降低成本 ，是微机控制技术的最简单的应用 ，它充分 的利用了微机的软硬件功能以实现对机床的控制 ， 使机床的加工范围扩大 ，精度和可靠性进一 步提高 。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 以提高加工精度和劳动生产率 ， 而且能有效的适应多品种 ，小批量的市场经济的需要 ，使之更 有效的发挥经济效益和社会效益 。 1.1.3 国内外的研究现状

17、分析 一个国家的繁荣与其先进制造业密切相关 ， 然而制造是离不开先进机器作为辅助，机床包括床 身、 立柱、工作台 、进给机构等机械部件 。 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

18、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 ：我国生产机床工作台的公司之一的烟台恒力数控机床附件 有限公司生产的 hltk14 系列数控可倾回转工作台 （见下图 ），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 ， 也可可倾回转工作台 直接利用本转台配套的数控装置与机床

19、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 。 1.1.4 设计方案比较 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

20、，其原因是： a. 灵敏度高 ，运动平稳 ， 低速移动时不易出现爬行现象 ； b. 定位精度高 ； c. 摩擦阻力小 ，移动轻便 ，磨损小 ，精度保持性好 ，寿命长。 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 ： a. 承载小 ； b. 移动速度快 ； c. 噪音低 ； d. 定位精度高等 。 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 ， 在经济数控机床 上， 考虑其成本和性能 ，通常采用开环步进电机 ，所以在本设计中选择步进电机 。 在控制系统方面 ，可采用单片机和 plc 进行控制 ， 在本设计中

21、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 。 1.1.5 选型分析 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 。 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 。 闭环伺服系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件来检测实际位移量，能补偿系统的传动 误差 。因而伺服控制精度高 。闭环系统多采用直流伺服电动机或交流伺服电

22、动机驱动 。闭环系 统造价高 ， 结构和调试较复杂 ， 多用于精度要求高的场合 。 . 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 。 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 。 x y 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