數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)

1、論文一一數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)姓名:專業(yè):指 導(dǎo) 老 師: 年級(jí)（春、秋）層次：學(xué)習(xí)中心、函授站:二00七年H一月十五日數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)摘要數(shù)控技術(shù)是機(jī)械加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)， 是數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)，其水平高低關(guān) 系到國(guó)家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力的水平， 近年來，PLC在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng) 域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機(jī)周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu) 勢(shì)是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。隨著 PLC技術(shù)的發(fā) 展，它在位置控制、過程控 制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也越來越多。 在機(jī)床的實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中， 為了 提高數(shù)控機(jī)床加工的精度，對(duì)其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。FBs系列PLC的NC定位功能較其

2、它PLC更精準(zhǔn)，且程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試相當(dāng)方便。本文 提出的是如何應(yīng)用PLC的NC定位控制實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)控制功能的方法來滿 足控制要求，在實(shí)際運(yùn)行中是切實(shí)可行的。整機(jī)控制系統(tǒng)具有程序設(shè)計(jì)思路活晰、 硬件電路簡(jiǎn)單實(shí)用、可靠性高、抗十?dāng)_能力強(qiáng)，具有良好的性能價(jià)格比等顯著優(yōu) 點(diǎn)，其軟硬件的設(shè)計(jì)思路可供工礦企業(yè)的相關(guān)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)改造借鑒。關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床、電氣控制系統(tǒng)、控制軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化、機(jī)電 傳動(dòng)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)控加工、CAD/CAM技術(shù)、電力電子技術(shù)、 機(jī)械設(shè)計(jì)原理、 電氣控制系統(tǒng)、 單片機(jī)、PLC;第一章緒論1.1課題的來源31.2目的和意義31.3機(jī)電一體化系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 3

3、1.3.1機(jī)電傳動(dòng)概述 41.3.2數(shù)控加工的概述41.3.3數(shù)控加工的設(shè)備51.4國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)71.4.1國(guó)內(nèi)研究的狀況71.4.2國(guó)外研究的狀況81.5機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與展望 9第二章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì).102.1機(jī)械部分102.2電氣控制系統(tǒng)方案 11注：附圖（共七張；元器件清單 1份）13第一章緒論本緒論主要是從本課題的來源、目的、意義、應(yīng)解決的主要問題 及應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求來介紹數(shù)控機(jī)床型，并且敘述了國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況以及存在的問題。最后簡(jiǎn)述了本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想。1.1課題的來源隨著各種學(xué)科的交義發(fā)展，原來的純機(jī)械加工已經(jīng)發(fā)展為機(jī)電一體化的加工 機(jī)床，現(xiàn)在隨著各種控制技術(shù)的日趨完善， 機(jī)電一體

4、化的加工系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 已經(jīng)毫無 疑問成為了工業(yè)生產(chǎn)的主力裝備。一方面，調(diào)查表明，我國(guó)要成為“世 界工廠”，需要培訓(xùn)和造就數(shù)十萬數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的操作人員、編程人員和維修人員，另一 方面，來自機(jī)電一體化專業(yè)在實(shí)踐方面對(duì)于專門的教學(xué)用的儀器 設(shè)備的需求，是本課題產(chǎn)生的主要的原因。1.2目的和意義本方案用于實(shí)驗(yàn)所需的數(shù)控機(jī)床。主要用于學(xué)校、工廠、以及科研所用，可 用于數(shù)控機(jī)床，數(shù)控編程,數(shù)控原理實(shí)驗(yàn)與培訓(xùn)。本課題是要求在指導(dǎo)的情況下 通過查閱相關(guān)的內(nèi)容的資料并進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)(包括機(jī)械總體結(jié)構(gòu)，電氣控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和控制軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))進(jìn)而最終完成適合實(shí)驗(yàn)使用的數(shù)控機(jī) 床。該機(jī)床能實(shí)現(xiàn)單軸定位及

5、兩軸聯(lián)動(dòng)聯(lián)動(dòng)， 從而可以完成對(duì)塑料制品的鐵、 皎 等基本的切削運(yùn)動(dòng)，并能加工形狀簡(jiǎn)單的零件。1.3機(jī)電一體化系統(tǒng)的簡(jiǎn)介機(jī)電一體化技術(shù)的基本概念是指將機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、信息處理和控制及專用軟件等當(dāng)代各種新技術(shù)進(jìn)行綜合集成的一種群體技術(shù)。機(jī)電一體化系統(tǒng)主要有五個(gè)組成部分：動(dòng)力、機(jī)構(gòu)、執(zhí)行器、計(jì)算機(jī)和傳感器，組成一個(gè)功能完善的柔性自 動(dòng)化系統(tǒng)，其中計(jì)算機(jī)、傳感器和計(jì)算機(jī)軟件是機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成要素。 機(jī)電一體化系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能多、效率高、精度高、能耗低的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品比較，機(jī)電一體化產(chǎn)品至少有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。(1) 原有的機(jī)構(gòu)產(chǎn)品中增加信息處理裝置及相應(yīng)軟件，來替代原有產(chǎn)品的部 分機(jī)

6、械控制機(jī)構(gòu)，不僅提高了自動(dòng)化程度，而且能大大提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也降低 了生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。(2) 以機(jī)電一體化技術(shù)為主的新型產(chǎn)品，與原機(jī)械產(chǎn)品相比，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 而且功能更加豐富，精度也得到提高。(3) 將電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與機(jī)械技術(shù)各自的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，形成綜合性優(yōu)勢(shì)，可開發(fā)出具有多種功能、智能化的高新技術(shù)產(chǎn)品。1.3.1機(jī)電傳動(dòng)概述機(jī)電傳動(dòng)就是指以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)之總稱。它的目的就是電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的啟動(dòng)， 停止以及速度控制，完成各種生產(chǎn) 工藝過程的要求，保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展愈來愈高。 現(xiàn)在機(jī)電傳動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)由微型操縱

7、桿， 敏感元件，計(jì)算機(jī)，伺服機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī) 構(gòu)等部分組成。當(dāng)操縱它時(shí)，電傳系統(tǒng)立刻將機(jī)械動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算放大后，通過電機(jī)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。電傳操縱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單， 體積和重量小，易于安裝和維修、操縱靈敏度高，無滯后現(xiàn)象。由于可以敷設(shè)多 條電纜，“生存力”大大增強(qiáng)。但就機(jī)電傳動(dòng)而言， 它的發(fā)展大體上經(jīng)歷了成組 拖動(dòng)，單電機(jī)拖動(dòng)和多電機(jī)拖動(dòng)三階段?？刂破陂g經(jīng)過了四階段：1. 接觸器與繼電器；2. 電機(jī)放大機(jī)控制；3. 磁放大器，大功率可控水銀整流器；4. 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制CNC就本次設(shè)計(jì)而言，系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分采用了步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制部分采用比較先進(jìn)的微機(jī)與 PLC控制。1.3.2

8、數(shù)控加工的概述數(shù)控加工是指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法， 數(shù)控機(jī)床加工與 傳統(tǒng)機(jī)床加工的工藝規(guī)程從總體上說是一致的， 但也發(fā)生了明顯的變化。以下是 數(shù)控加工的特殊之處：1. 工序集中：數(shù)控機(jī)床一般帶有可以自動(dòng)換刀的刀架、刀庫，換刀過程由程 序控制自動(dòng)進(jìn)行，因此，工序比較集中。工序集中帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益：a) .減少機(jī)床占地面積，節(jié)約廠房。b) .減少或沒有中間環(huán)節(jié)(如半成品的中間檢測(cè)、暫存搬運(yùn)等)，既省時(shí)間乂省人力。2. 加工自動(dòng)化：數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，不需人工控制刀具，自動(dòng)化程度高。帶來的好處很明顯：a) .對(duì)操作工人的要求降低：一個(gè)普通機(jī)床的高級(jí)工，不是短時(shí)間內(nèi)可以培 養(yǎng)的，而一個(gè)不

9、需編程的數(shù)控加工操作工人培養(yǎng)時(shí)間極短(如數(shù)控車工需要一周 即可，還會(huì)編寫簡(jiǎn)單的加工程序)。并且，數(shù)控工在數(shù)控機(jī)床上加工出的零件比 普通工在傳統(tǒng)機(jī)床上加工的零件精度要高、時(shí)間要省。b) .降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度：數(shù)控工人在加工過程中，大部分時(shí)間被排斥在 加工過程之外，非常省力。c) .產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定：數(shù)控機(jī)床的加工自動(dòng)化，免除了普通機(jī)床上工人操作 時(shí)所產(chǎn)生的疲勞、粗心、估計(jì)等人為誤差，提高了產(chǎn)品的一致性。d) .加工效率高：數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀等使加工過程緊湊，提高了勞動(dòng)生產(chǎn) 率。3. 柔性化程度高；傳統(tǒng)的通用機(jī)床，雖然柔性好，但效率低下；而傳統(tǒng)的專 機(jī)，雖然效率很高，但對(duì)零件的適應(yīng)性很差，剛性大，柔

10、性差，彳艮難適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng) 濟(jì)下的激烈競(jìng)爭(zhēng)帶來的產(chǎn)品頻繁改型。 只要改變程序，就可以在數(shù)控機(jī)床上加工 新的零件，且乂能自動(dòng)化操作，柔性好，效率高，因此數(shù)控機(jī)床能很好適應(yīng)市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)。4. 加工能力強(qiáng)：數(shù)控機(jī)床能精確加工各種輪廓，而有些輪廓在普通機(jī)床上無 法加工。數(shù)控機(jī)床特別適合以下場(chǎng)合：a) .不許報(bào)廢的零件。b) .新產(chǎn)品研制。c) .急需件的加工。1.3.3數(shù)控加工的設(shè)備數(shù)控加工所使用的主要設(shè)備-數(shù)控機(jī)床是信息技術(shù)與機(jī)械制造技術(shù)相結(jié)合 的產(chǎn)物，代表了現(xiàn)代基礎(chǔ)機(jī)械的技術(shù)水平與發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)控機(jī)床具有以下明顯特點(diǎn)：1) .適合于復(fù)雜異形零件的加工。2) .實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，排除人為誤差。3) .通過計(jì)算

11、機(jī)軟件可以實(shí)現(xiàn)精度補(bǔ)償和優(yōu)化控制。4) .加工中心、車削中心、磨削中心、電加工中心等帶有刀具庫并具有換刀 功能，從而減少了人工裝夾的次數(shù)，提高了加工精度。5) .數(shù)控機(jī)床使機(jī)械加工設(shè)備增加了柔性化的特點(diǎn)。柔性加工不僅適合于多 品種、中小批量生產(chǎn)也適合于大批量生產(chǎn)，且能交替完成兩種或更多種不同零件 的加工，增加了自動(dòng)變換工件的功能，可實(shí)現(xiàn)夜間無人看管的操作。由幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床(加工中心)組成的柔性制造系統(tǒng)( FMS具有更高柔性的 自動(dòng)化制造系統(tǒng)，包括 加工、裝配和檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床可劃分為三個(gè)層次：1) .高檔型數(shù)控機(jī)床：是指可以進(jìn)行復(fù)雜形狀的加工，具有多軸控制或工序 集中、自動(dòng)化程度高、高度柔性

12、的數(shù)控機(jī)床。2) .普及型數(shù)控機(jī)床：具有人機(jī)對(duì)話功能，應(yīng)用較廣，價(jià)格適中，通常稱之 為全功能數(shù)控機(jī)床。3) .經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度中等，但價(jià)格便宜，僅能滿足一般精 度要求的加工，能加工形狀較簡(jiǎn)單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件。選用數(shù)控機(jī)床需遵循的原則是：1) .實(shí)用性：是指明確數(shù)控機(jī)床來解決生產(chǎn)中的哪一個(gè)或哪幾個(gè)問題。2) . 經(jīng)濟(jì)性：是指所選用的數(shù)控機(jī)床在滿足加工要求的條件下，所支 付的代價(jià)是最經(jīng)濟(jì)的或者是較為合理的。3) .可操作性：用戶選用的數(shù)控機(jī)床要與本企業(yè)的操作和維修水平相適應(yīng)。4) .穩(wěn)定可靠性：是指機(jī)床本身的質(zhì)量，選擇名牌產(chǎn)品能保證數(shù)控機(jī)床工作 時(shí)

13、的穩(wěn)定和可靠。PLC (可編程邏輯控制器)發(fā)展的現(xiàn)狀及發(fā)展的趨勢(shì)PLC發(fā)展到現(xiàn)在共經(jīng)歷了四代?，F(xiàn)在的PLC采用16位以上的微處理器作為 CPU,內(nèi)存容量更大，還 可以將墮胎PLC連接起來，實(shí)現(xiàn)資源共享；還可以直接用于一些規(guī)模較大的復(fù)雜 控制系統(tǒng)；變成語言除了可使用傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖等還可以使用高級(jí)語言； 外設(shè)多樣化，可以配置CR麻日打印機(jī)等。目前國(guó)內(nèi)外用于這方面控制系統(tǒng)的PLC主要是由幾大主要生產(chǎn)商提供的。即：Siemens(GER),GE(U.S),Rockwell(U.S),Mitsubishi(Jap),Omron(Jap) 這幾 家主要的PLC供應(yīng)商占據(jù)了 PLC市場(chǎng)的75%80%現(xiàn)

14、在的主要的PLC的廠商都集 中在日本和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和制造PLC的工藝技術(shù)都還落后于這些國(guó) 家。其發(fā)展的趨勢(shì)是：1、人機(jī)界面更加友好PLC制造商紛紛通過收購或聯(lián)合軟件企業(yè)、或發(fā)展軟 件產(chǎn)業(yè)，大大提高了其軟件水平，多數(shù)PLC品牌擁有與之相應(yīng)的開發(fā)平臺(tái)和組態(tài)軟件，軟件和硬件的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的性能，同時(shí)，為用戶的開發(fā)和維護(hù)降低 了成本，使更易形成人機(jī)友好的控制系統(tǒng)，目前，PLC網(wǎng)絡(luò)+ IPC+ CRT的模式被廣泛應(yīng)用。2、網(wǎng)絡(luò)通訊能力大大加強(qiáng) PLC廠家在原來CPU棋板上提供 物理層 RS232/422/485接口的基礎(chǔ)上，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊 網(wǎng)絡(luò)。由于近來數(shù)據(jù)通

15、訊技術(shù)發(fā)展很快， 用戶對(duì)開放性要求很強(qiáng)烈，現(xiàn)場(chǎng)總線技 術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。3、開放性和互操作性大大發(fā)展 PLC在發(fā)展過程中，各PLC制造商為了壟斷和擴(kuò)大各自市場(chǎng)，處于群雄割據(jù)的局面，各自發(fā)展自己的標(biāo)準(zhǔn)，兼容性很差，這 給用戶使用帶來不便，并增加了維護(hù)成本。開放是發(fā)展的趨勢(shì)，這已被各廠商所認(rèn)識(shí)。4、PLC的功能進(jìn)一步增強(qiáng)，應(yīng)用范圍越來越廣泛 PLC的網(wǎng)絡(luò)能力、模擬量處理能力、運(yùn)算速度、內(nèi)存、復(fù)雜運(yùn)算能力均大大增強(qiáng)，不再局限于邏輯控制的 應(yīng)用，而越來越應(yīng)用于過程控制方面，有人統(tǒng)計(jì)，除石化過程等個(gè)別領(lǐng)域，PLC均有成功能應(yīng)用，PLC在相當(dāng)多的應(yīng)用取代了昂貴的 DCS從而使原來PLC （順 序控

16、制）+ DCS（過程控制）的模式變成 PLC IPC模式。5、工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展對(duì) PLC有重要影響，以太網(wǎng)應(yīng)用非常廣泛，與工業(yè)網(wǎng) 絡(luò)相比，其成本非常低，為此，人們致力于將以太網(wǎng)引進(jìn)控制領(lǐng)域。目前的挑戰(zhàn) 在于：1）.硬件上如合適應(yīng)工業(yè)惡劣環(huán)境；2）.通訊機(jī)制如何提高其可靠。以太網(wǎng)能否順利進(jìn)入工控領(lǐng)域， 還存在爭(zhēng)論。但以太網(wǎng)在工控系統(tǒng)的應(yīng)用卻 日益增多，適應(yīng)這一過程，各 PLC廠商紛紛推出適應(yīng)以太網(wǎng)的產(chǎn)品或中間產(chǎn)品。 從PLC的發(fā)展趨勢(shì)來看，PLC控制技術(shù)將成為今后工業(yè)自動(dòng)化的主要手段。在未 來的工業(yè)生產(chǎn)中，PLC技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、核CAD/CAMft術(shù)將成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn) 自動(dòng)化的三大支柱。1.4

17、國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)1.4.1國(guó)內(nèi)研究的狀況近十幾年來，我國(guó)各級(jí)政府在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及其系統(tǒng)，可編程序邏輯控制器(PL。、數(shù)控系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)都曾列入重點(diǎn)發(fā)展規(guī)劃，各項(xiàng) 都有上千萬元的投資，但真正能形成規(guī)模性產(chǎn)品生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)卻寥寥無幾，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占有率不足10%。跟蹤研究國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展、加大市場(chǎng)調(diào)研力度是 高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)中的一個(gè)嚴(yán)肅的課題， 不能不引起各層次決策者重視和積極支 持。外資企業(yè)進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)時(shí)，在市場(chǎng)調(diào)研方面的資金投入是驚人的重視。相比之下，我國(guó)各級(jí)政府、各企事業(yè)特別是國(guó)營(yíng)企業(yè)在跟蹤研究和市場(chǎng)調(diào)研方面的投 入?yún)s重視得不夠。同時(shí)機(jī)電一體化技術(shù)涉及的領(lǐng)域廣泛，不可能全面發(fā)展。就可

18、編程序邏輯控制器 (PL。而論，80年代末90年代初我國(guó)有三十多家企事業(yè)單 位小批量生產(chǎn)中低檔產(chǎn)品系列。面對(duì)年需求量十幾萬臺(tái)整機(jī)產(chǎn)品的龐大市場(chǎng)需 求,大多數(shù)國(guó)內(nèi)的企事業(yè)單位都未能越過國(guó)外大型企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)壁壘,沒有一家企業(yè)能達(dá)到規(guī)模性產(chǎn)業(yè)，紛紛退出競(jìng)爭(zhēng)， 國(guó)外企業(yè)幾乎獨(dú)霸了市場(chǎng)。數(shù)控機(jī)床是關(guān) 系到國(guó)家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力水平的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。在整個(gè)機(jī)床行業(yè)不景氣的時(shí)期，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展一枝獨(dú)秀，最近幾年，我國(guó)數(shù)控機(jī)床無論在產(chǎn)量、 品種還是在高檔機(jī)床的生產(chǎn)方面發(fā)展很快。自1999年以來，機(jī)床行業(yè)出現(xiàn)了止滑回升的好勢(shì)頭，尤其是隨著數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的開發(fā)，質(zhì)量和品質(zhì)可靠性的提高所 取得的顯著成效，增長(zhǎng)較

19、快。2003年數(shù)控機(jī)床出口額同比增長(zhǎng)了 15.87%。數(shù)控 機(jī)床已經(jīng)成為了當(dāng)代機(jī)械行業(yè)的主流裝備。 如國(guó)內(nèi)的北京第一機(jī)床廠就與大連理 工大學(xué)等高校合作生產(chǎn)出 XK4860五坐標(biāo)數(shù)控螺旋槳鐵床等國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的數(shù)控機(jī) 床。但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)需求， 國(guó)產(chǎn)數(shù)控 機(jī)床僅占我國(guó)總消費(fèi)額的50知右。臺(tái)灣、日本成為我國(guó)大陸數(shù)控機(jī)床進(jìn)口的主 要來源地。1.4.2國(guó)外研究的狀況目前國(guó)際先進(jìn)制造業(yè)不斷改善自動(dòng)控制系統(tǒng)、 提高傳統(tǒng)制造業(yè)的技術(shù)水平和 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整， 各行業(yè)不斷融合，數(shù)控技術(shù)趨于模 塊化、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體和智能化?，F(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)前自動(dòng)化控制與儀器儀表領(lǐng)

20、域技 術(shù)發(fā)展的第一熱點(diǎn)。電力電子技術(shù)成為改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)， 它拓寬了微電子技 術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，為機(jī)電一體化、新能源技術(shù)、核技術(shù)、航天技術(shù)、超導(dǎo)應(yīng)用、激 光裝置、生物工程、新材料技術(shù)提供了高性能、高精度、高效率和高質(zhì)量小型的 電控設(shè)備和電源設(shè)備，成為發(fā)展高新技術(shù)的基礎(chǔ)。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用機(jī)電一體化 技術(shù)已十分廣泛，不僅在單機(jī)產(chǎn)品中占有重要位置，而且在生產(chǎn)制造系統(tǒng)內(nèi)也十分活躍。例如，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS、快速成型制造系統(tǒng)（RPM、智能 制造系統(tǒng)（IMS）等。機(jī)電一體化產(chǎn)品模塊化的發(fā)展促進(jìn)了新產(chǎn)品的開發(fā)，品種 不斷增多，花樣不斷翻新，縮短了開發(fā)周期。以驅(qū)動(dòng)為核心的驅(qū)動(dòng)模塊單元（簡(jiǎn) 稱D）,以伺

21、服為核心的運(yùn)動(dòng)控制模塊單元（簡(jiǎn)稱 M,以二根導(dǎo)線把各功能單元 連接起來的總線或現(xiàn)場(chǎng)總線等，已形成了標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。智能制造技術(shù)是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。所謂智能制造技術(shù)是指90年代初由日本發(fā)起的“智能制造系統(tǒng)” （IMS）國(guó)際合作研究計(jì)劃提出的技術(shù)。這個(gè)合作研究組 織包括日、美、歐盟、澳大利業(yè)等，計(jì)劃在十年中投資10億美元，設(shè)立100個(gè)研究開發(fā)項(xiàng)目，開展智能制造的前期研究工作，目標(biāo)是開發(fā)出能使人和智能設(shè)備 都不受操作者和國(guó)界限制的合作系統(tǒng)。而數(shù)控加工的主力設(shè)備數(shù)控機(jī)床技術(shù)在國(guó) 外的發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)出五大特點(diǎn)：1. 高速、高效和復(fù)合加工機(jī)床發(fā)展迅速2. 機(jī)床更強(qiáng)調(diào)安全和環(huán)保要求3. 功能

22、部件發(fā)展迅速，已形成完整配套件產(chǎn)業(yè)4. 控制系統(tǒng)功能更加完善、強(qiáng)大，開放式結(jié)構(gòu)趨勢(shì)明顯5. 機(jī)床的外觀、質(zhì)量水平更高。1.5機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與展望（1）.數(shù)控化和綜合化將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)及多種控制技術(shù)手段、以及高精度和自 動(dòng)化的工件定位系統(tǒng)相結(jié)合，從而形成研制和生產(chǎn)的加工中心，已成為數(shù)控加工 技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。（2）.小型化和組合化國(guó)外已把切割銖削和模具沖壓多種加工方法組合在一 臺(tái)機(jī)床上，制成多功能的沖床，它兼有切割銖削的多功能性和沖壓加工的高速高 效的特點(diǎn)，可完成切割銖削復(fù)雜 外形、打孔、打標(biāo)、劃線等加工任務(wù)。第二章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)一個(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，包括以下幾個(gè)要素：機(jī)械本體、

23、 能源部分、測(cè)試傳感部分、驅(qū)動(dòng)裝置、控制及信息處理單元，各要素 之間通過接口相聯(lián)系。2.1機(jī)械部分機(jī)械部分設(shè)計(jì)與分析將根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)原理提出幾種機(jī)械設(shè)計(jì)方案，并對(duì)這些方案進(jìn)行比較選擇，闡明設(shè)計(jì)方案選擇的理由以及所采用方案的特點(diǎn)；同時(shí)， 就 設(shè)計(jì)過程闡述本人對(duì)有關(guān)設(shè)計(jì)的一些表述.本設(shè)計(jì)是一個(gè)主要用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)用的 數(shù)控鐵床系統(tǒng)，是要對(duì)零件進(jìn)行銖削加工的。我們要論證教學(xué)實(shí)驗(yàn)用的數(shù)控銖床 系統(tǒng)的總體方案，就需要對(duì)該系統(tǒng)有一個(gè)整體的了解。要進(jìn)行總體方案論證，先要熟悉設(shè)計(jì)參數(shù)，我們才能以此為依據(jù)進(jìn)行取舍。下面就是我這次設(shè)計(jì)的參數(shù)。 實(shí)驗(yàn)用的數(shù)控鐵床系統(tǒng)，其工作參數(shù)如下：機(jī)床尺寸(寬x長(zhǎng)X高)： 760X 1

24、475X 1400 ( mm X X )； 最大加工范圍(X X YX Z): 400X 300X 150 ( mm X rnn )；主軸電機(jī)功率：60 (W);主軸轉(zhuǎn)速： 3000 (r/min) 平；工作 臺(tái)尺寸 160X 160 ( mm X )；空間加工范 圍 170X 160( mm X mm);工作臺(tái)最大承重s50 ( kg);工作速度 ：05( m/ min) 快速移動(dòng)速度8 m/min ;數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式有很多，通過對(duì)其主要的結(jié) 構(gòu)形式的分析，大體上最常見的可分為如下兩類：<1>工件沿X坐標(biāo)方向移動(dòng)的類型，這類機(jī)床主要采用的是龍門式結(jié)構(gòu)，其 工作的原理為：工作臺(tái)沿

25、X方向移動(dòng)。而Y坐標(biāo)則為打印頭在由雙立柱及橫梁構(gòu) 成的龍門上的運(yùn)動(dòng)，既可用于二、三坐標(biāo)作平面銖削，乂可以擴(kuò)展為四坐標(biāo)機(jī)床用于切割管件和型材，還能構(gòu)成五坐標(biāo)機(jī)床加工空間曲面。這類機(jī)床的規(guī)格尺 寸較大。另外工件沿X坐標(biāo)方向移動(dòng)式結(jié)構(gòu)還有兩種懸臂式的結(jié)構(gòu)，一者是為工 作臺(tái)沿X坐標(biāo)方向移動(dòng)，另一者為工件及夾具同時(shí)沿X坐標(biāo)方向移動(dòng)，其規(guī)格尺 寸都比龍門式的要小。<2>工件沿X,Y二坐標(biāo)方向移動(dòng)的類型這類機(jī)床多為單純用于切割的二、三 坐標(biāo)機(jī)床，其切割頭懸臂伸出，在水平面內(nèi)并無移動(dòng)；而工件則可以沿X、Y兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，這類機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，規(guī)格尺寸也較小，最大 2000x1500(mm<

26、mm。工件沿二坐標(biāo)方向移動(dòng)的類型乂可分為十字工作臺(tái)式和工件與夾具 移動(dòng)式兩種；前者工件與工作臺(tái)連動(dòng)，規(guī)格更小些；后者規(guī)格尺寸稍大，工作臺(tái) 固定不動(dòng)，而工件則由夾具夾持著移動(dòng)，大多是與自動(dòng)沖裁技術(shù)結(jié)合在一起成為 可完成切割銖削，沖裁等多種加工功能的多功能機(jī)床。2.2電氣控制系統(tǒng)方案要實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電一體化的數(shù)控機(jī)床的有效控制，這樣的電氣控制系統(tǒng)有多種方 案可以選擇。其中最主要的是采用：<1>采用單片機(jī)的控制系統(tǒng)；<2小用了集成DS毗片的控制板與PC機(jī)相聯(lián)系的控制系統(tǒng)；<3小用PLg PC機(jī)相聯(lián)系的控制系統(tǒng)。各控制系統(tǒng)方案的特點(diǎn)與比較：<1>采用單片機(jī)的控制系統(tǒng)所謂的

27、單片機(jī)即是一塊集成了 CPURAMROM(EPROMEEPROM)定時(shí)/計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘、多種功能的申行和并行 I/O 口 的芯片。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的單片機(jī)還集 成有A/D、D/A,如Intel公司的8098系列。概括起來說，單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：(1) 可靠性好。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，其抗工業(yè)噪聲十?dāng)_優(yōu)于一般通用CPU程序指令，常數(shù)，表格固化在 RO神不易破壞；許多信號(hào)通 道 都在一個(gè)芯片內(nèi)部，故可靠性高。(2) 易于擴(kuò)展。片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必須的部件，芯片外部有許多供 擴(kuò)展用的三總線及并行、申行I/O管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。(3) 控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有豐 富的條件分支、I/O 口的邏輯操作以及位處理指令。一般來說，單片機(jī)的邏輯控 制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微處理器。(