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中央廣播電視大學
畢業(yè)設計（論文）開題報告
題 目
姓 名 教育層次 本 科
學 號 省級電大 沈陽廣播電視大學
專 業(yè) 機械制造及自動化 分 校
指導教師 教 學 點
論文（設計）題目
C620普通車床進行數(shù)控改造
文獻綜述：
1. 課題目的、意義
針對現(xiàn)有常規(guī)C620普遍車床的缺點提出數(shù)控改裝方案和單片機系統(tǒng)設計，對C620進行機械改造部分的設計及數(shù)控系統(tǒng)部分的設計。采用以8031為CPU的控制系統(tǒng)對信號進行處理，由I/O接口輸出步進脈沖，經一級齒輪傳動減速后，帶動滾動絲杠轉動，從而實現(xiàn)縱向、橫向的進給運動。
本課題的設計提高了機床加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產率，改善加工工藝，還可以減少資金投入，減輕工人的勞動強度，縮短訂購新的數(shù)控機床的交貨周期時間。實踐已經證明普通車床的經濟型數(shù)控改造具有重大的實際價值，為此，在舊有車床上進行數(shù)控改造有著較好的市場前景。
2. 相關研究動態(tài)，國內外現(xiàn)狀：
現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，特別是能源部門的需求，使高溫高壓水廣泛應用于相關的領域中，對國民生產和人民生活起著越來越重要的作用，例如：機床作為機械制造業(yè)的重要基礎裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關注，由于計算機技術的興起，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質的突破，導致了應用數(shù)字化技術進行柔性自動化控制的新一代機床－數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。計算機的出現(xiàn)和應用，為人類提供了實現(xiàn)機械加工工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)控機床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結構的概念發(fā)生了根本的轉變。數(shù)控機床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機械產品向機電一體化發(fā)展的先河。
數(shù)控機床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機，經過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。
國外利用數(shù)字計算機進行控制加工是從40年代開始的。1952年美國麻省理工學院在一臺立式銑床上裝了一套試驗性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實現(xiàn)同時控制三軸的運動，它成了世界上第一臺數(shù)控機床。此后，從60年代開始，其他一些工業(yè)國家如德國、日本等陸續(xù)地開發(fā)生產及使用數(shù)控機床。1974年微處理機直接用于數(shù)控機床，進一步促進了數(shù)控機床的普及應用和大力發(fā)展。隨著數(shù)控機床的功能越來越完善，可靠性和性能越來越高，它在制造業(yè)中逐漸擔當了越來越重要的角色。
我國數(shù)控機床的研制是從1958年開始的，經歷了幾十年的發(fā)展，直至80年代后引進了日本、美國、西班牙等國數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術后，我國的數(shù)控技術才有質的飛躍，應用面逐漸鋪開，數(shù)控技術產業(yè)才逐步形成規(guī)模。由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，市場需求變的越來越多樣化，多品種、中小批量甚至單件生產占有相當大的比重，普通機床已越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞動生產率的要求。如果設備全部更新替換，不僅資金投入太大，成本太高，而且原有設備的閑置又將造成極大的浪費。如今科學技術發(fā)展很快，特別是微電子技術和計算機技術的發(fā)展更快，應用到數(shù)控系統(tǒng)上，它既能提高機床的自動化程度，又能提高加工精度，所以最經濟的辦法就是進行普通機床的數(shù)控改造。這樣既可以提高加工生產率，改善加工工藝，還可以減少資金投入，減輕工人的勞動強度，縮短訂購新的數(shù)控機床的交貨周期時間。實踐已經證明普通車床的經濟型數(shù)控改造具有重大的實際價值，為此，在舊有車床上進行數(shù)控改造有著較好的市場前景。
方案論證：
1.1 設計任務
本設計任務是對C620普通車床進行數(shù)控改造。利用單片機對縱、橫向進給系統(tǒng)進行控制，縱向（Z向）脈沖當量為0.01mm/脈沖，橫向（X向）脈沖當量為0.005mm/脈沖，驅動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副。
1.2 總體方案的論證
對于普通機床的經濟型數(shù)控改造，在確定總體設計方案時，應考慮在滿足設計要求的前提下，對機床的改動應盡可能少，以降低成本。
1.2.1 機械部分的改造設計
為了實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經齒輪減速再傳動絲杠。為了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，為了提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加負載荷的結構。傳動齒輪也要采用消除齒側間隙的結構。此設計過程主要是縱向進給和橫向進給的改造，關鍵是步進電機和滾珠絲杠的選用。
改進后的車床簡易傳動系統(tǒng)如圖1-1：
圖1-1 改進后的車床傳動系統(tǒng)
1.小刀架 2.橫向步進電動機 3.橫向滾珠絲桿 4.大拖板
5.縱向滾珠絲桿 6.縱向步進電動機??
1.2.2伺服進給系統(tǒng)的改造設計
數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。 因為開環(huán)控制具有結構簡單、設計制造容易、控制精度較好、容易調試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。所以，本設計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。
1.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設計
任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運行。
在設計的數(shù)控裝置中，CPU的選擇是關鍵，選擇CPU應考慮以下要素：1.時鐘頻率和字長與被控對象的運動速度和精度密切相關；
2. 可擴展存儲器的容量與數(shù)控功能的強弱相關；
3. I/O口擴展的能力與對外設控制的能力相關。
在我國，普通機床數(shù)控改造方面應用較普遍的是Z80CPU和MCS-51系列單片機，主要是因為它們的配套芯片便宜，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能滿足經濟型數(shù)控機床的改造需要。本設計以8031芯片為核心，增加存儲器擴展電路、接口和面板操作開關組成的控制系統(tǒng)。
1.3 總體方案的確定
經總體設計方案的論證后，確定C620車床經濟型數(shù)控改造方案。C620車床的主軸轉速部分保留原機床的功能，即手動變速。車床的縱向（Z軸）和橫向（X軸）進給運動采用步進電機驅動。將原來機床的普通絲杠改為滾珠絲杠以減小摩擦力。并將8031單片機組成的微機作為數(shù)控裝置的核心，由I/O接口、環(huán)形分配器與功率放大器一起控制步進電機轉動，經齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉動，從而實現(xiàn)車床的縱向、橫向進給運動。
進程計劃：
1.2008.02.15 ------ 2008.03.15 查閱、搜索相關資料和專業(yè)英語翻譯；
2.2008.03.16 ------ 2008.03.31 畢業(yè)實習與調研及開題報告階段；
3.2008.04.03 ------ 2008.05.19 畢業(yè)設計主要工作階段，完成各種運動和動力設計計算、校核及所有圖紙；
4.2008.05.21 ------ 2008.06.02 完成說明書的編寫和收尾工作。
指導教師意見：
簽名： 年 月 日
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與
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人
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職務（職稱）
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年 月 日