【正文】 的發(fā)展。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結構復雜等原因 ,其價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍 ,加之編程技術難度較大 ,制約了 5 軸聯(lián)動機床的發(fā)展。為了實現(xiàn)高速、高精加工 ,與這配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展 ,應用領域進一步擴大。目前世界上許多汽車廠 ,包括我國的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。高速、高精加工技術可極大地提高效率 ,提高產品的質量和檔次 ,縮短生產周期和提高市場競爭能力。數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大 ,他對國計民生的一些重要行業(yè) IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術 ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品 ,其技術范圍覆蓋很多領域。目 錄第一章 前言 4第二章 課程設計的目的、意義及要求 6第一節(jié) 課程設計的目的、意義 6第二節(jié) 課程設計的要求 6第三章 課程設計的內容 7第一節(jié) 課程設計的內容 7第二節(jié) 課程設計的內容 7第四章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定 8第五章 機械部分設計 9第一節(jié) 確定系統(tǒng)脈沖當量 9第二節(jié) 工作臺外形尺寸及重量初步估算 9第三節(jié) 滾動導軌副的計算、選擇 9第四節(jié) 滾珠絲杠計算、選擇 11第五節(jié) 齒輪計算、設計 13第六節(jié) 步進電機慣性負載的計算 14第七節(jié) 步進電機的計算選擇 15第六章 機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計 17第一節(jié) 設計內容 17第二節(jié) 設計步驟 17第三節(jié) 機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計 21第七章 系統(tǒng)控制軟件設計 22第八章 結束語與致謝 29第九章 參考文獻 30第一章 前言一、當今世界數(shù)控技術及裝備發(fā)展的趨勢及我國數(shù)控裝備技術發(fā)展和產業(yè)化的現(xiàn)狀在我國對外開放進一步深化的新環(huán)境下 ,發(fā)展我國數(shù)控技術及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性 ,并從戰(zhàn)略和策略兩個層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術及裝備的幾點看法?！　⊙b備工業(yè)的技術水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術和最基本的裝備 ,又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。（一）、數(shù)控技術的發(fā)展趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看 ,其主要研究熱點有以下幾個方面:(1)、 高速、高精加工技術及裝備的新趨勢效率、質量是先進制造技術的主體。從 EMO2001 展會情況來看 ,高速加工中心進給速度可達 80m/ min ,甚至更高 ,空運行速度可達 100m/ min左右。在加工精度方面 ,近 10 年來 ,普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10μm提高到 5μm ,精密級加工中心則從 3～5μm ,提 高到 1～ 。(2) 、5 軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工 ,可用刀具最佳幾何形狀進行切削 ,不僅光潔度高 ,而且效率也大幅度提高。當前由于電主軸的出現(xiàn) ,使得實現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結構大為簡化 ,其制造難度和成本大幅度降低 ,數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。(3) 、智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) ,智能化的內容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質量方面的智能化 ,如加工過程的自適應控制 ,工藝參數(shù)自動生成。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。目前開放數(shù)控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求 ,也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元 ,反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡化方向發(fā)展的趨勢。在此階段 ,由于國外的技術封鎖和我國的基礎條件的制 ,數(shù)控技術的發(fā)展較為緩慢。在此階段 ,由于改革開放和國家的重視 ,以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善 ,我國數(shù)控技術的研究、開發(fā)以及在產品的國產化方面都取得了長足的進步?？v觀我國數(shù)控技術近 50 年的發(fā)展歷程 ,特別是經(jīng)過 4 個 5 年計劃的攻關 ,總體來看取得的成績還是不小。我國是制造大國 ,在世界產業(yè)轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移 ,所以 ,我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術和產業(yè)問題。其次從國防安全看 ,西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產品都列為國家的戰(zhàn)略物質 ,對我國實現(xiàn)禁運和限制 ,“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。從我國基本國情的角度出發(fā) ,以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導向 ,以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產業(yè)化水平為目標 ,用系統(tǒng)的方法 ,選擇能夠主導 21 世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關鍵技術以及支持產業(yè)化發(fā)展的支撐技術、配套技術作為研究開發(fā)的內容 ,實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關功能部件 數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 的可靠性和生產規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有價值低廉而富有競爭力的產品。第二章 課程設計的目的、意義及要求第一節(jié) 課程設計的目的,意義《機電一體化系統(tǒng)設計》課程設計是培養(yǎng)學生設計能力的重要實踐性教學環(huán)節(jié)之一，是綜合運用所學過的機械、電子、自動控制、計算機等知識進行的基本設計訓練。第二節(jié) 課程設計的要求：1. 課程設計應在教師的指導下由學生獨立完成，嚴格地要求自己，不允許相互抄襲；2. 認真閱讀《課程設計指導書》，明確題目及具體要求；3. 認真查閱題目涉及內容的相關文獻資料、手冊、標準；4. 大膽創(chuàng)新，確定合理、可行的總體設計方案；5. 機械部分和驅動部分設計思路清晰，計算結果正確，選型合理；6. 微機控制系統(tǒng)方案可行，硬件選擇合理，軟件框圖正確；7. 手工或電腦繪制機械系統(tǒng)裝配圖一張（A1），控制系統(tǒng)電氣原理一張（A1），圖紙符合國家標準，布圖合理，內容完整表達清晰； 8. 課程設計說明書一份（不少于8000字），包括：目錄，題目及要求，總體方案的確定，機械系統(tǒng)設計，控制系統(tǒng)設計，參考文獻等。第三章 課程設計的內容第一節(jié) 課程設計題目：單片機控制步進電機驅動的多用XY工作臺。滾珠絲杠及導軌使用壽命：T=15000h，中等沖擊工作臺的有效行程為 快速進給速度 和工作載荷第二節(jié) 課程設計的內容 (1).數(shù)控裝置設計參數(shù)的確定； (2).方案的分析，比較，論證。(1).微機及擴展芯片的選用及控制系統(tǒng)框圖的設計；(2).I/O接口電路及伺服控制電路的設計和選用；(3).系統(tǒng)控制軟件的設計 (1).說明書是課程設計的總結性技術文件，應敘述整個設計的內容，包括總體方案的確定，系統(tǒng)框圖的分析，機械傳動設計計算，電氣部分的設計說明，選用元器件參數(shù)的說明，軟件設計及其說明；(2).說明書不少于84字，盡量用計算機完成。要求視圖基本完整，符合標準。進行方案的分析、比較和論證。2. 伺服系統(tǒng)的選擇 ，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動誤差。.考慮到運動精度要求不高，為簡化結構，降低成本，宜采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅動。MCS51單片機的主要特點是集成度高，可靠性好，功能強，速度快，性價比高。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)。4. X—Y工作臺的傳動方式為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結構的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。由于工作臺的運動部件重量和工作載荷不大，故選用滾動直線導軌副，從而減小工作臺的摩擦系數(shù)，提高運動平穩(wěn)性。系統(tǒng)總體框圖如下:計算機光電隔離功率放大步進電機X向工作臺光電隔離功率放大步進電機Y向工作臺第五章 機械部分設計機械部分設計內容包括：確定系統(tǒng)脈沖當量，運動部件慣性的計算，選擇步進電機，傳動及導向元件的設計、計算與選擇，繪制機械部分裝配圖等。第二節(jié) 工作臺外形尺寸及重量初步估算根據(jù)給定的有效行程，畫出工作臺簡圖，估算X向和Y向工作臺承載重量WX和WY。根據(jù)計算結果查有關資料初選導軌：因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取根據(jù)計算額定靜載荷初選導軌:選擇漢機江機床廠HJGD系列滾動直線導軌,其型號為:HJGD25基本參數(shù)如下:額定載荷/N靜態(tài)力矩/N*M滑座重量導軌重量導軌長度動載荷靜載荷L(mm)17500