數(shù)控銑床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)控銑床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),數(shù)控,銑床,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院、系： 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化設(shè) 計(jì) 題 目：數(shù)控銑床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師: 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)論文情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述一、機(jī)床數(shù)控技術(shù)的概況機(jī)床數(shù)控技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種機(jī)床自動(dòng)控制技術(shù)。30多年來(lái)，隨著電子器件、計(jì)算機(jī)、傳感與檢測(cè)、機(jī)械制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，以電子信息技術(shù)為基礎(chǔ)，集傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、成組技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)，傳感測(cè)控技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)、光機(jī)電技術(shù)于一體的數(shù)控技術(shù)得到迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用l。使得普通機(jī)械逐漸被高效率、高精度的數(shù)控設(shè)備所替代，從而形成了巨大的生產(chǎn)力，導(dǎo)致了制造業(yè)發(fā)生了根本性變化。數(shù)控技術(shù)已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，其水平高低和數(shù)控機(jī)床擁有量多少是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志2。數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗行У亟鉀Q了復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問(wèn)題，能適應(yīng)各種機(jī)械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的需要，使企業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)需求的能力大大加強(qiáng)，其經(jīng)濟(jì)效益顯著，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面3:1、生產(chǎn)效率高，比普通機(jī)床提高3.5倍。2、減少工裝，減少人為誤差，提高加工精度，具有廣泛的適用性和靈活性。3、縮短新產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期，易于組織多品種生產(chǎn)，使企業(yè)能對(duì)市場(chǎng)需求做出快速響應(yīng)。4、能加工普通機(jī)床不能加工的大型復(fù)雜零件。5、能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，節(jié)省人力,能降低勞動(dòng)成本。6、可實(shí)現(xiàn)軟件誤差補(bǔ)償和優(yōu)化控制。二、數(shù)控銑床的主要功能4各種類型數(shù)控銑床所配置的數(shù)控系統(tǒng)雖然各有不同，但各種數(shù)控系統(tǒng)的能，除一些特殊功能不盡相同外，其主要功能基本相同。 1、 點(diǎn)位控制功能 此功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相互位置精度要求很高的孔系加工。 2、 連續(xù)輪廓控制功能 此功能可以實(shí)現(xiàn)直線、圓弧的插補(bǔ)功能及非圓曲線的加工。 3、 刀具半徑補(bǔ)償功能 此功能可以根據(jù)零件圖樣的標(biāo)注尺寸來(lái)編程，而不必考慮所用刀具的實(shí)際半徑尺寸，從而減少編程時(shí)的復(fù)雜數(shù)值計(jì)算。 4、 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能 此功能可以自動(dòng)補(bǔ)償?shù)毒叩拈L(zhǎng)短，以適應(yīng)加工中對(duì)刀具長(zhǎng)度尺寸調(diào)整的要求。 5、 比例及鏡像加工功能 5比例功能可將編好的加工程序按指定比例改變坐標(biāo)值來(lái)執(zhí)行。鏡像加工又稱軸對(duì)稱加工，如果一個(gè)零件的形狀關(guān)于坐標(biāo)軸對(duì)稱，那么只要編出一個(gè)或兩個(gè)象限的程序，而其余象限的輪廓就可以通過(guò)鏡像加工來(lái)實(shí)現(xiàn)。 6、 旋轉(zhuǎn)功能 該功能可將編好的加工程序在加工平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)任意角度來(lái)執(zhí)行。 7、 子程序調(diào)用功能 6有些零件需要在不同的位置上重復(fù)加工同樣的輪廓形狀，將這一輪廓形狀的加工程序作為子程序，在需要的位置上重復(fù)調(diào)用，就可以完成對(duì)該零件的加工。 8、 宏程序功能 該功能可用一個(gè)總指令代表實(shí)現(xiàn)某一功能的一系列指令，并能對(duì)變量進(jìn)行運(yùn)算，使程序更具靈活性和方便性。 三、數(shù)控系統(tǒng)的簡(jiǎn)介7-8一般整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)由三大部分組成，即控制系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)和位置測(cè)量系統(tǒng)。控制系統(tǒng)按加工工件程序進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，發(fā)出控制指令到伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將控制指令放大，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械按要求運(yùn)動(dòng)；測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)位置或速度，并反饋到控制系統(tǒng)，來(lái)修正控制指令。這三部分有機(jī)結(jié)合，組成完整的閉環(huán)控制的數(shù)控系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)主要由總線、CPU、電源、存貯器、操作面板和顯示屏、位控單元、可編程序控制器邏輯控制單元以及數(shù)據(jù)輸入/輸出接口等組成。最新一代的數(shù)控系統(tǒng)還包括一個(gè)通訊單元，它可完成CNC、PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)通訊和外部高次網(wǎng)絡(luò)的連接。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括伺服驅(qū)動(dòng)裝置和電機(jī)。位置測(cè)量系統(tǒng)主要是采用長(zhǎng)光柵或圓光柵的增量式位移編碼器。四、國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)數(shù)控技術(shù)起步于20世紀(jì)50年代末期，經(jīng)歷了初期的封閉式開發(fā)階段，“六五”、“七五”期間的消化吸收、引進(jìn)技術(shù)階段，“八五”期間建立國(guó)產(chǎn)化體系階段，“九五”期間產(chǎn)業(yè)化段，現(xiàn)已基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控專業(yè)人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)9。目前，較具規(guī)模的企業(yè)有廣州數(shù)控設(shè)備有限公司、北京凱恩帝數(shù)控技術(shù)有限責(zé)任公司等。廣州數(shù)控設(shè)備有限公司研制了基于Linux和PC104總線的車床數(shù)控系統(tǒng)GSK980Ti，具有邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算的用戶宏功能、完成小線段NC代碼的高精度刀具路徑規(guī)劃的改進(jìn)刀補(bǔ)機(jī)能、小線段高速加工控制技術(shù)等；研制了以16位CPU進(jìn)行軟件插補(bǔ)、加減速運(yùn)算，以大規(guī)?？删幊唐骷‵PGA、CPLD）進(jìn)行硬件插補(bǔ)、速度平滑處理相結(jié)合的控制器結(jié)構(gòu)，開發(fā)了嵌入式中檔車床數(shù)控系統(tǒng)GSK928TE和GSK980TA。北京凱恩帝數(shù)控技術(shù)有限責(zé)任公司的新一代數(shù)控系統(tǒng)K1000系列采用32位處理器ARM7和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA實(shí)現(xiàn)高速、高精度控制；采用日本高分辨率液晶顯示器，全中文操作界面；兼容K100系列功能，且與日本FANUC系統(tǒng)兼容。目前國(guó)內(nèi)數(shù)控廠家生產(chǎn)的中檔數(shù)控系統(tǒng)大多采用16/32位處理器與CPLD/FPGA相結(jié)合的硬件結(jié)構(gòu)，在功能上仿制日本法那科公司早期的產(chǎn)品FANUC 0i系列。雖然最近幾年來(lái)我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但大多僅停留在產(chǎn)品的規(guī)格化、機(jī)械部件可靠性的提高、外觀造型與外觀質(zhì)量的改觀等方面，對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)的核心部分，發(fā)展的步伐相對(duì)較小。國(guó)產(chǎn)機(jī)床的產(chǎn)量數(shù)控化率只有約13%，與日本、德國(guó)和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家60%70%的水平差距很大10，同時(shí)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)方面與國(guó)外的差距仍很明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口，由此可以看出國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，支撐控制高檔數(shù)控機(jī)床的高檔數(shù)控系統(tǒng)仍以國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)占絕對(duì)統(tǒng)治地位11。近年來(lái)，由于國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)持續(xù)需求旺盛，國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的系列產(chǎn)品高中低三檔齊備，在占據(jù)高檔的同時(shí)，從未放棄中低檔數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)占有份額，相繼推出適宜的中低檔數(shù)控系統(tǒng)，以爭(zhēng)取占領(lǐng)更大的市場(chǎng)，使得這一領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。如西門子數(shù)控系統(tǒng)從經(jīng)濟(jì)型的802S到高端全功能的840D可以滿足用戶在數(shù)控應(yīng)用中的各種需要。12五、 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1、性能發(fā)展方向13-14(1)高速高精高效化、速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。(2)柔性化包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。(3)工藝復(fù)合性和多軸化以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。(4)實(shí)時(shí)智能化早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為。科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。2、功能發(fā)展方向15-16(1)用戶界面圖形化用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口。由于不同用戶對(duì)界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)也對(duì)用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過(guò)窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。(2)科學(xué)計(jì)算可視化科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語(yǔ)言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無(wú)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動(dòng)編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理和顯示以及加工過(guò)程的可視化仿真演示等。(3)插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)(非均勻有理B樣條插補(bǔ))、樣條插補(bǔ)(A、B、C樣條)、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?4)內(nèi)裝高性能PLC數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級(jí)語(yǔ)言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序?qū)嵗脩艨稍跇?biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。(5)多媒體技術(shù)應(yīng)用多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)監(jiān)測(cè)等方面有著重大的應(yīng)用價(jià)值。3、體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展17(1)集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過(guò)提高集成電路密度、減少互連長(zhǎng)度和數(shù)量來(lái)降低產(chǎn)品價(jià)格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。(2)模塊化硬件模塊化易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲(chǔ)器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過(guò)積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。(3)網(wǎng)絡(luò)化機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無(wú)人化操作。通過(guò)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺(tái)機(jī)床上對(duì)其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行，不同機(jī)床的畫面可同時(shí)顯示在每一臺(tái)機(jī)床的屏幕上。(4)通用型開放式閉環(huán)控制模式采用通用計(jì)算機(jī)組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和升級(jí)，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過(guò)程是一個(gè)具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過(guò)程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動(dòng)、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時(shí)加工過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整加工過(guò)程變量。加工過(guò)程中采用開放式通用型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。六、參考文獻(xiàn)1 席俊杰.數(shù)控技術(shù)和機(jī)床數(shù)控化改造.機(jī)械工程師，2002(08):6一7頁(yè)2 諸小麗.普通機(jī)床數(shù)控技術(shù)改造探討.南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003(04):3 朱文伯，竺文俊.西門子數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床改造中的應(yīng)用J.航空制造技4 郭文成，胡崢嶸.數(shù)控原理. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2001.5 廖效果.數(shù)控技術(shù). 湖北: 湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2000.6數(shù)控機(jī)床與編程實(shí)用教程，化學(xué)工業(yè)出版社.7 李宏勝.機(jī)床數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用. 北京: 高等教育出版社，2001.8張柱銀，陳思義，明興祖.數(shù)控原理與數(shù)控機(jī)床M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.9 王玉琪.性能優(yōu)越的FANUC數(shù)控系統(tǒng).數(shù)控機(jī)床市場(chǎng),2005年第1期:51-53.10 北京發(fā)那科機(jī)電有限公司.暢銷世界的FANUC 0系列數(shù)控系統(tǒng).制造技術(shù)與機(jī)床,2001年第10期.11 張楊林.我國(guó)數(shù)控技術(shù)的進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì).輕工機(jī)械,2006年第1期:6-8.12 徐寧,楊秀云.數(shù)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2006年第4期:132-134.13 李宏勝.機(jī)床數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用. 北京: 高等教育出版社，2001.14 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，中國(guó)科技出版社.15 吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版M.北京:高等教育出版社，1999.16 張柱銀，陳思義，明興祖.數(shù)控原理與數(shù)控機(jī)床M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.17林東.數(shù)控技術(shù)M.北京:北京理工大學(xué)出版社，1995.畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：一、本課題要研究的問(wèn)題：1、對(duì)數(shù)控銑床的發(fā)展、組成、工作原理、加工特點(diǎn)等進(jìn)行了解。2、數(shù)控系統(tǒng)的選擇。3、伺服驅(qū)動(dòng)的連接。4、主軸電機(jī)的控制及系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定。二、本課題的研究方案對(duì)數(shù)控銑床控制系統(tǒng)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)方案的可行性進(jìn)行論證，要能較好的滿足工作臺(tái)靜、動(dòng)態(tài)特性等要求。由于所涉及的研究問(wèn)題較多，所以我們需要制定與之相關(guān)的研究方案與研究手段。以下是研究方案（研究手段）的總體簡(jiǎn)述。一、根據(jù)課題的相應(yīng)要求，確定所需改造的機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)、機(jī)床動(dòng)作。（1）數(shù)控銑床總體布局?jǐn)?shù)控銑床的基本組成見圖一，它由床身、立柱、主軸箱、工作臺(tái)、滑鞍、滾珠絲杠、伺服電機(jī)、伺服裝置、數(shù)控系統(tǒng)等組成。床身用于支撐和連接機(jī)床各部件。主軸箱用于安裝主軸。主軸下端的錐孔用于安裝銑刀。當(dāng)主軸箱內(nèi)的主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，銑刀能夠切削工件。主軸箱還可沿立柱上的導(dǎo)軌在Z 向移動(dòng)，使刀具上升或下降。工作臺(tái)用于安裝工件或夾具。工作臺(tái)可沿滑鞍上的導(dǎo)軌在X 向移動(dòng)，滑鞍可沿床身上的導(dǎo)軌在Y 向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件在X和Y 向的移動(dòng)。無(wú)論是X、Y 向，還是Z 向的移動(dòng)都是靠伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)的。伺服裝置用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)?？刂破饔糜谳斎肓慵庸こ绦蚝涂刂茩C(jī)床工作狀態(tài)?？刂齐娫从糜谙蛩欧b置和控制器供電。圖一 數(shù)控銑床的組成（2）數(shù)控銑床工作原理根據(jù)零件形狀、尺寸、精度和表面粗糙度等技術(shù)要求制定加工工藝，選擇加工參數(shù)。通過(guò)手工編程或利用CAM 軟件自動(dòng)編程，將編好的加工程序輸入到控制器?？刂破鲗?duì)加工程序處理后，向伺服裝置傳送指令。伺服裝置向伺服電機(jī)發(fā)出控制信號(hào)。主軸電機(jī)使刀具旋轉(zhuǎn)，X、Y 和Z向的伺服電機(jī)控制刀具和工件按一定的軌跡相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件的切削。 能夠完成基本的銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋及自動(dòng)工作循環(huán)等工作，可加工各種形狀復(fù)雜的凸輪、樣板及模具零件等。數(shù)控銑床的床身固定在底座上，用于安裝和支承機(jī)床各部件，控制臺(tái)上有彩色液晶顯示器、機(jī)床操作按鈕和各種開關(guān)及指示燈?？v向工作臺(tái)、橫向溜板安裝在升降臺(tái)上，通過(guò)縱向進(jìn)給伺服電機(jī)、橫向進(jìn)給伺服電機(jī)和垂直升降進(jìn)給伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，完成X、Y、Z坐標(biāo)的進(jìn)給。電器柜安裝在床身立柱的后面，其中裝有電器控制部分。三、研究方案：1、數(shù)控系統(tǒng)的選擇在可供選擇的系統(tǒng)中，性能高低差別很大，直接影響到設(shè)備價(jià)格構(gòu)成。目前數(shù)控系統(tǒng)種類、規(guī)格極其繁多，進(jìn)口系統(tǒng)主要有日本FANUC、德國(guó)SINUMERIK、日本MITSUBISHI、法國(guó)NUM、意大利FIDIA、西班牙FAGOR、美國(guó)A-B等。國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)主要有廣州系統(tǒng)、航天系統(tǒng)、華中系統(tǒng)、遼寧藍(lán)天系統(tǒng)、南京大方系統(tǒng)、北方凱奇系統(tǒng)、清華系統(tǒng)、KND系統(tǒng)等，每家公司都有一系列各種規(guī)格的產(chǎn)品。減少數(shù)控系統(tǒng)選型風(fēng)險(xiǎn)的基本原則是：性能價(jià)格比大，使用維修方便，系統(tǒng)的市場(chǎng)壽命長(zhǎng)。本次設(shè)計(jì)選華中的世紀(jì)星HNC-21MC銑削系統(tǒng)，能夠滿足低價(jià)格、高性能、簡(jiǎn)單、可靠的要求。該系統(tǒng)采用了9.4寸真彩TFT液晶顯示器（分辨率為640480,色彩256K色），具有高亮度、高對(duì)比度，色彩豐富，視角范圍寬廣等優(yōu)點(diǎn)。2、變頻調(diào)速主軸單元主軸采用7.5kw一下的普通變頻器控制交流變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，變頻器可選擇三菱、安川、臺(tái)達(dá)或日立普通型變頻器，可在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)變速。3、伺服驅(qū)動(dòng)單元伺服驅(qū)動(dòng)器采用華中數(shù)控HSV-11D25伺服驅(qū)動(dòng)器和北京中創(chuàng)天勤科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的130系列伺服電機(jī)。4、輸入與輸出裝置輸入接線端子板提供NPN和PNP兩種類型開關(guān)量信號(hào)輸入，輸出繼電器板集成八個(gè)單刀投繼電器和兩個(gè)雙刀投繼電器。5、工作臺(tái)機(jī)械部分采用滾珠絲桿傳動(dòng)的模塊化十字工作臺(tái)，用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)軌跡和動(dòng)作X軸執(zhí)行裝置采用四相混合式步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有不需要反饋，用于實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制。Y軸裝置采用交流伺服電機(jī)，交流伺服和交流伺服電機(jī)組成一個(gè)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)。安裝在交流伺服電機(jī)軸上的增量式碼盤充當(dāng)位置傳感器，用于間隙測(cè)量機(jī)械部分的移動(dòng)距離，構(gòu)成一個(gè)位置半閉環(huán)控制系統(tǒng)；也可用安裝在十字工作臺(tái)上的光柵尺直接測(cè)量機(jī)械部分移動(dòng)位移，構(gòu)成一個(gè)位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。四、數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行前的檢查（1）運(yùn)行前得檢查1）接線檢查 2）電源檢查 3）設(shè)備檢查（2）試運(yùn)行1）通電 2）參數(shù)設(shè)置 3）外部狀態(tài)檢查五、數(shù)控系統(tǒng)的外部連接如圖二數(shù)控裝置開關(guān)量輸入/輸出手搖開關(guān)電源軟驅(qū)主軸單元步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器交流伺服單元交流伺服電機(jī)測(cè)量裝置步進(jìn)電機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)裝置圖二 數(shù)控系統(tǒng)外部連接框圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告指導(dǎo)教師意見：李正祿同學(xué)本次設(shè)計(jì)的題目是“數(shù)控銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”，該同學(xué)在查閱了大量的和畢業(yè)設(shè)計(jì)工作有關(guān)的資料、書籍后，撰寫完成了開題報(bào)告。開題報(bào)告語(yǔ)言通順，格式規(guī)范。“文獻(xiàn)綜述”部分對(duì)研究此課題的意義，國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了較為詳細(xì)的敘述，并對(duì)相關(guān)技術(shù)和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了查閱，有一定的深度。“本課題要研究或解決的問(wèn)題和本課題的研究方案”部分中，提出問(wèn)題明確，方法基本可行，應(yīng)盡快理清思路，找準(zhǔn)研究手段和途徑，圓滿完成畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。 指導(dǎo)教師： 年 月 日所在系審查意見： 系主任： 年 月 日