三自由度工作臺(tái)設(shè)計(jì)

三自由度工作臺(tái)設(shè)計(jì),三自由度工作臺(tái)設(shè)計(jì),自由度,工作臺(tái),設(shè)計(jì) 編號(hào)： 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告 題 目： 三自由度工作臺(tái)設(shè)計(jì) 院 （系）： 機(jī)電工程系 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師單位：桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 姓 名： 職 稱： 工程師 ■ 題目類(lèi)型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 ■工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開(kāi)發(fā) ¨應(yīng)用研究 2014年3月3日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文）開(kāi)題報(bào)告 1．本課題的目的及研究意義 數(shù)控工作臺(tái)的技術(shù)是用數(shù)控指令來(lái)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制的技術(shù)。它廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造和自動(dòng)化領(lǐng)域，數(shù)控工作臺(tái)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來(lái)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)控工作臺(tái)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，所以數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT 汽車(chē) 輕工 醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。 目前國(guó)內(nèi)中小企業(yè)加工速度慢、編程復(fù)雜、人機(jī)界面不友好，因此生產(chǎn)效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此研制和開(kāi)發(fā)一套數(shù)控工作臺(tái)，用于簡(jiǎn)單裝配線上的傳送帶，能夠有效的改善人機(jī)界面、提高加工速度、方便操作人員編寫(xiě)用戶加工程序，對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)效率、改善工人的工作環(huán)境有很大的實(shí)際意義,工作臺(tái)是機(jī)器設(shè)備上必不可少的部件，工作臺(tái)的自動(dòng)化能大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)械行業(yè)的許多普通機(jī)器設(shè)備和閑置設(shè)備，經(jīng)過(guò)數(shù)控改造以后，不但可以提高加工精度和生產(chǎn)率，而且能有效的適應(yīng)多種品種，小批量的市場(chǎng)需求，使之更有效的發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益和設(shè)計(jì)效益。 目前，數(shù)控工作臺(tái)的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開(kāi)放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化以成為數(shù)控工作臺(tái)發(fā)展的趨勢(shì)和方向。中國(guó)作為一個(gè)制作大國(guó)，主要還是依靠勞動(dòng)力、價(jià)格、資源等方面的優(yōu)勢(shì)，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外同行的差距還很大。中國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)不斷發(fā)展，努力縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。 2．本課題的國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 一個(gè)國(guó)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(jī)器作為輔助，工作臺(tái)作為數(shù)控機(jī)器設(shè)備的重要組成部分，也是影響加工精度的重要組成環(huán)節(jié)。從一開(kāi)始為了滿足加工簡(jiǎn)單的零件而設(shè)計(jì)的直線運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，到現(xiàn)在為了實(shí)現(xiàn)多工位工作臺(tái)作為簡(jiǎn)單裝配線上的傳送帶。為了滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，也為了環(huán)境的要求，一作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)裝置從原來(lái)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)變?yōu)橐簤候?qū)動(dòng)，現(xiàn)在更多的采用了氣動(dòng)裝置，更好的保護(hù)了環(huán)境，節(jié)約了資源。由于工作臺(tái)是一臺(tái)機(jī)器設(shè)備的關(guān)鍵配套部件，因此世界各國(guó)都有對(duì)其進(jìn)行研究，我國(guó)在工作臺(tái)的研究開(kāi)發(fā)方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 目前工作臺(tái)的種類(lèi)繁多，傳統(tǒng)的工作臺(tái)只能安裝在某一指定機(jī)器設(shè)備上，伴隨著科技的與時(shí)俱進(jìn)，它們的功能也由傳統(tǒng)單一性向現(xiàn)代的多功能性方向發(fā)展，現(xiàn)在一些工作臺(tái)，。國(guó)外工作臺(tái)的功能與我國(guó)所生產(chǎn)的工作臺(tái)功能基本相似，但是在其精度方面，國(guó)外的一些公司所生產(chǎn)的工作臺(tái)要略高于我國(guó)所生產(chǎn)的工作臺(tái)。因此我國(guó)與國(guó)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(guó)成為具有領(lǐng)先技術(shù)的綜合性強(qiáng)國(guó)。 3．本課題的研究?jī)?nèi)容 1、論述目前國(guó)內(nèi)外三自由度工作臺(tái)的研究現(xiàn)狀，針對(duì)相設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出出符合要求的天線的基本框架，校核其可行性； 2、按照畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的任務(wù)和要求，明確研究思路和方向；在廣泛調(diào)研、收集資料后，完成三自由度工作臺(tái)多種方案設(shè)計(jì)（兩種以上設(shè)計(jì)方案）。通過(guò)分折、比較、論證，選出最佳設(shè)計(jì)方案。 3、完成三自由度工作臺(tái)總裝配圖設(shè)計(jì), 主要零、部件的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核。 4、完成部分零件工作圖（公差,形位公差等）。（具體由指導(dǎo)老師指定）。 5、完成2萬(wàn)字符的原版英文文獻(xiàn)翻譯、完成兩萬(wàn)字的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 6、完成三自由度工作臺(tái)的單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件配置圖。 7、完成三自由度工作臺(tái)的使用和維護(hù)說(shuō)明書(shū)。 4．本課題的實(shí)行方案、進(jìn)度及預(yù)期效果 實(shí)行方案： 設(shè)計(jì)方案比較 ①數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌類(lèi)型分為：滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等類(lèi)型。 在本設(shè)計(jì)中采用滾動(dòng)導(dǎo)，其原因是： a.靈敏度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，低速移動(dòng)時(shí)不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)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(zhǎng)。 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(shè)計(jì)中采用滾珠絲桿傳動(dòng)，因?yàn)椴捎脻L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。 ③驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有直線電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等，在經(jīng)濟(jì)數(shù)控機(jī)床上，考慮其成本和性能，通常采用開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)，所以在本設(shè)計(jì)中選擇步進(jìn)電機(jī)。 ④在控制系統(tǒng)方面，可采用單片機(jī)和PLC進(jìn)行控制，在本設(shè)計(jì)中采用的是MCS-51系列單片機(jī)，因?yàn)樗鼉r(jià)格低廉、性能優(yōu)越，完全能滿足本設(shè)計(jì)的要求。 選型分析 ①系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 該系統(tǒng)要求工作臺(tái)沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有精確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。 ②伺服系統(tǒng)的選擇 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī).開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)由于沒(méi)有檢測(cè)反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。但開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)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(yīng)用。 閉環(huán)伺服系統(tǒng)具有裝在機(jī)床移動(dòng)部件上的檢測(cè)反饋元件來(lái)檢測(cè)實(shí)際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電動(dòng)機(jī)或交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。閉環(huán)系統(tǒng)造價(jià)高，結(jié)構(gòu)和調(diào)試較復(fù)雜，多用于精度要求高的場(chǎng)合。 考慮到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。 ③計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇 采用MCS-51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性價(jià)比高?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)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(tǒng)的工作程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)。 ④三自由度工作臺(tái)的傳動(dòng)方式 為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳 動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。 由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái) 的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。 考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率0.01mm的要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動(dòng)。 實(shí)行進(jìn)度： 1 2013.12.17—12.23 熟悉畢業(yè)設(shè)計(jì)課題內(nèi)容，明確選題的方向 2 2013.12.24—12.30 廣泛收集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，完成開(kāi)題報(bào)告 3 2013.12.31-2014.1.6 查找外文資料，并選擇4萬(wàn)字符的原版外文資料或文獻(xiàn)，并開(kāi)始翻譯 4 2014.1.7-1.13 基本完成翻譯4萬(wàn)字符的原版外文資料 5 3.4-3.10 總體方案的構(gòu)思，設(shè)計(jì)多種方案，從中選擇最合適的一種設(shè)計(jì)方案 6 3.11-3.17 各單元結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)，進(jìn)行必要理論分折與計(jì)算 7 3.18-3.24 繼續(xù)進(jìn)行各單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析計(jì)算 8 3.25-3.31 基本完成主要單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析計(jì)算 9 4.01-4.07 繪制總裝配圖 10 4.08-4.14 完成部分機(jī)構(gòu)、零件工作圖 11 4.15-4.21 整理資料，開(kāi)始撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 4.22-4.28 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 4.29-5.05 初步完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 5.06-5.12 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的審核 15 5.13-5.19 論文的修改、定稿、打印、裝訂畢業(yè)論文 16 5.20-5.26 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，提交論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文）開(kāi)題報(bào)告 5、已查閱參考文獻(xiàn)：（10篇以上中文，至少1篇英文） [1] 鄭學(xué)堅(jiān),周斌.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社,2003 [2] 李廣弟,朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ).北京航空航天大學(xué)出版社,2001 [3] 房小翠.單片微型計(jì)算機(jī)與機(jī)電接口技術(shù).國(guó)防工業(yè)出版社,2002 [4] 王小明. 電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制. 北京航空航天大學(xué)出版社,2002 [5] 李建勇.機(jī)電一體化技術(shù).科學(xué)出版社.2004 [6] 王愛(ài)玲，白恩遠(yuǎn)，趙學(xué)良.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.國(guó)防工業(yè)出版社,2001 [7] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（3）.機(jī)械工業(yè)出版社,2003 [8] 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