車(chē)床開(kāi)題報告

　　車(chē)床是主要用車(chē)刀對旋轉的工件進(jìn)行車(chē)削加工的機床。在車(chē)床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進(jìn)行相應的加工。

　　1.1設計的目的及意義(含國內外的研究現狀分析、設計方案比較、選型分析和發(fā)展趨勢)

　　1.1.1數控步進(jìn)X─Y工作臺設計的目的

　�、偈构ぷ髋_實(shí)現數控控制;讓數控機床可以完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜零件的加工;提升機床的加工精度、柔性、生產(chǎn)率和操控，實(shí)現計算機控制，排除人為誤差，使零件的加工一致性好，質(zhì)量穩定可靠;提升機床自動(dòng)化程度，降低操作人員勞動(dòng)強度。

　�、谀軌蛘�確運用機床數控系統等課程的基本理論個(gè)有關(guān)知識，學(xué)會(huì )設備數控化改造方案的擬定、比較、分析及進(jìn)行必要的計算;通過(guò)對設備改造的機械部分設計，掌握數控設備典型零件的計算方法和步驟以及正確的結構設計方法;通過(guò)設備的數控系統硬件和軟件設計，掌握簡(jiǎn)單的數控系統硬件及軟件設計的基本方法;通過(guò)課程設計，初步樹(shù)立正確的設計思想，培養自己分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力;提高自己應用手冊、標準以及編寫(xiě)文件等資料的能力。

　　1.1.2數控步進(jìn)X─Y工作臺設計的意義

　　工作臺是機床上必不可少的部件，因此工作臺的設計具有重要意義，工作臺的自動(dòng)化能大大減輕勞動(dòng)強度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。X—Y數控工作臺機電系統設計是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統，其結構簡(jiǎn)單，實(shí)現方便而且能保證一定的精度。降低成本，是微機控制技術(shù)的最簡(jiǎn)單的應用，它充分的利用了微機的軟硬件功能以實(shí)現對機床的控制，使機床的加工范圍擴大，精度和可靠性進(jìn)一步提高。隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，機械行業(yè)的許多普通機床和閑置設備，經(jīng)過(guò)數控改造以后，不但可以提高加工精度和勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且能有效的適應多品種，小批量的市場(chǎng)經(jīng)濟的需要，使之更有效的發(fā)揮經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

　　1.1.3國內外的研究現狀分析

　　一個(gè)國家的繁榮與其先進(jìn)制造業(yè)密切相關(guān)，然而制造是離不開(kāi)先進(jìn)機器作為輔助，機床包括床身、立柱、工作臺、進(jìn)給機構等機械部件。工作臺作為數控機床的重要組成部分，也是影響加工精度的重要組成環(huán)節。從一開(kāi)始為了滿(mǎn)足加工簡(jiǎn)單的零件而設計的直線(xiàn)運動(dòng)的X—Y工作臺，到現在為了實(shí)現多工位加工而制造的分度工作臺和回轉工作臺等。為了滿(mǎn)足現代制造業(yè)的發(fā)展，也為了環(huán)境的要求，一作臺的驅動(dòng)裝置從原來(lái)的機械驅動(dòng)變?yōu)橐郝抿寗?dòng)，現在更多的采用了氣動(dòng)裝置，更好的保護了環(huán)境，節約了資源。由于工作臺是一臺機床的關(guān)鍵配套部件，因此世界各國都有對其進(jìn)行研究，我國在工作臺的研究開(kāi)發(fā)方面也取得了長(cháng)足的進(jìn)步。

　　目前工作臺的種類(lèi)繁多，傳統的工作臺只能安裝在某一指定機床上，伴隨著(zhù)科技的與時(shí)俱進(jìn)，它們的功能也由傳統單一性向現代的多功能性方向發(fā)展，現在一些工作臺，它不僅可以安裝在鉆床上，還可以安裝在銑床和鏜床等機床上。并且目前部分工作臺還可以作為機床的第四回轉軸，大大提高了機床的性能。例如：我國生產(chǎn)機床工作臺的公司之一的煙臺恒力數控機床附件有限公司生產(chǎn)的HLTK14系列數控可傾回轉工作臺(見(jiàn)下圖)，它可以實(shí)現用于數控機床和加工中心機床上，可利用原機床的兩個(gè)控制坐標控制轉臺的回轉和傾斜，也可可傾回轉工作臺直接利用本轉臺配套的數控裝置與機床聯(lián)接完成所需的工作循環(huán)。它可以完成任意角度的孔、槽、平面類(lèi)機械加工，以及曲線(xiàn)、凸輪等的加工，并可達到較高的精度。另外也可用于非數控鉆、銑、鏜類(lèi)機床上，獨立完成等分和不等分的角度分度工作。國外工作臺的功能與我國所生產(chǎn)的工作臺功能基本相似，但是在其精度方面，國外的一些公司所生產(chǎn)的工作臺要略高于我國所生產(chǎn)的工作臺。因此我國與國外相比，還是有一定的差距，因此我們要借助時(shí)代的步伐，與時(shí)俱進(jìn)，開(kāi)拓創(chuàng )新，使我國成為具有領(lǐng)先技術(shù)的綜合性強國。

　　1.1.4設計方案比較

　�、贁悼貦C床導軌類(lèi)型分為：滑動(dòng)導軌、滾動(dòng)導軌、靜壓導軌等類(lèi)型。 在本設計中采用滾動(dòng)導，其原因是：

　　a.靈敏度高，運動(dòng)平穩，低速移動(dòng)時(shí)不易出現爬行現象; b.定位精度高;

　　c.摩擦阻力小，移動(dòng)輕便，磨損小，精度保持性好，壽命長(cháng)。 ②在傳動(dòng)方面有齒輪傳動(dòng)和滾珠絲桿傳動(dòng)等類(lèi)型。

　　在本設計中采用滾珠絲桿傳動(dòng)，因為采用滾珠絲桿有一下優(yōu)點(diǎn)：

　　a.承載小; b.移動(dòng)速度快; c.噪音低;

　　d.定位精度高等。

　�、垓寗�(dòng)系統有直線(xiàn)電動(dòng)機、伺服電動(dòng)機、步進(jìn)電動(dòng)機、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機等，在經(jīng)濟數控機床上，考慮其成本和性能，通常采用開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機，所以在本設計中選擇步進(jìn)電機。

　�、茉诳刂葡到y方面，可采用單片機和PLC進(jìn)行控制，在本設計中采用的是MCS-51系列單片機，因為它價(jià)格低廉、性能優(yōu)越，完全能滿(mǎn)足本設計的要求。

　　1.1.5選型分析

　�、傧到y運動(dòng)方式的確定

　　該系統要求工作臺沿各坐標軸的運動(dòng)有精確的運動(dòng)關(guān)系因此采用連續控制方式。 ②伺服系統的選擇

　　開(kāi)環(huán)伺服系統在負載不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機作為伺服電機.開(kāi)環(huán)控制系統由于沒(méi)有檢測反饋部件，因而不能糾正系統的傳動(dòng)誤差。但開(kāi)環(huán)系統結構簡(jiǎn)單，調整維修容易，在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合得到廣泛應用。

　　閉環(huán)伺服系統具有裝在機床移動(dòng)部件上的檢測反饋元件來(lái)檢測實(shí)際位移量，能補償系統的傳動(dòng)誤差。因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統多采用直流伺服電動(dòng)機或交流伺服電動(dòng)機驅動(dòng)。閉環(huán)系統造價(jià)高，結構和調試較復雜，多用于精度要求高的場(chǎng)合。

　　. 考慮到運動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結構，降低成本，宜采用步進(jìn)電機開(kāi)環(huán)伺服系統驅動(dòng)。 ③計算機系統的選擇

　　采用MCS-51系列中的8031單片機擴展控制系統。MCS-51單片機的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強，速度快，性?xún)r(jià)比高�？刂葡到y由微機部分、鍵盤(pán)及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。系統的工作程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現。 ④X—Y工作臺的傳動(dòng)方式

　　為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩性以及結構的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)副。為提高傳 動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結構。

　　由于工作臺的運動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用滾動(dòng)直線(xiàn)導軌副，從而減小工作臺 的摩擦系數，提高運動(dòng)平穩性。

　　考慮電機步距角和絲杠導程只能按標準選取，為達到分辨率0.01mm的要求，以及考慮步進(jìn)電機負載匹配，采用齒輪減速傳動(dòng)。

　　1.1.6發(fā)展趨勢

　　隨著(zhù)國際上各種技術(shù)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，工作臺的功能也向多功能復合化發(fā)展，工作臺也會(huì )不斷采用數控技術(shù)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著(zhù)運行高速化、加工高精化、功能復合化、控制智能化等方向發(fā)展。

　　1.2設計任務(wù)、重點(diǎn)研究?jì)热�、�?shí)現途徑 1.2.1設計任務(wù)

　�、僭O計一個(gè)數控X-Y工作臺及其控制系統，該工作臺可安裝在鉆床和銑床上用于鉆削和銑削加工; ②收集相關(guān)資料及圖紙： a.X-Y工作臺外觀(guān)圖 ; b.機械裝配圖 ;

　　c.數控系統組成框圖 ; d.數控系統電氣原理圖 ; c.部分軟件設計。

　�、鄞_定改造目標、X-Y工作臺參數; ④編寫(xiě)開(kāi)題報告; ⑤確定改造總體方案;

　�、薮_定機械改造方案(包括絲桿、導軌、傳動(dòng)裝置的選型確定); a.確定系統脈沖當量; b.運動(dòng)部件慣性計算; c.計算伺服電機參數;

　　d.傳動(dòng)及導向元件的設計、計算、校核; e.其它相關(guān)零件的選型及計算。 ⑦確定驅動(dòng)系統改造方案; ⑧確定數控系統改造方案; 1.2.2重點(diǎn)研究?jì)热?/p>

　　運動(dòng)部件相關(guān)力的計算，傳動(dòng)及導向元件的設計與選擇、系統脈沖當量的確定、步進(jìn)電機選型，繪制XY工作臺的裝配圖及其控制系統電氣原理圖等。

　　1.2.3實(shí)現途徑

　　查閱相關(guān)書(shū)籍，請教老師，到工廠(chǎng)進(jìn)行實(shí)際操作，網(wǎng)上查閱相關(guān)資料等。

　　3、進(jìn)度計劃

　　指導教師意見(jiàn)

　　學(xué) 生 簽 名：

　　指導教師簽名：

　　年 月 日

　　年 月

　　日

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