數(shù)控銑床工作臺仿真實驗系統(tǒng)的開發(fā)設計【說明書+CAD】

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畢業(yè)設計（論文）進度表 機械工程及自動化 系 月 日 周次 任務階段名稱及詳細項目 檢查 日期 檢 查 結(jié) 果 3 13 3 查閱資料并熟悉畢業(yè)設計任務 20 4 查閱資料并熟悉畢業(yè)設計任務 27 5 閱讀資料撰寫并提交開題報告和文獻 綜述 4 3 6 了解數(shù)控銑床工作臺仿真系統(tǒng)工作原理 10 7 研究單片機電路結(jié)構(gòu)及接口技術(shù) 17 8 工作臺設計方案的論證與選擇 24 9 確定工作臺結(jié)構(gòu)設計 5 1 10 計算機繪制一張A0工作臺裝配圖 8 11 確定硬件電路整體方案及主電路設計 月 日 周次 任務階段名稱及詳細項目 檢查 日期 檢 查 結(jié) 果 15 12 計算機繪制一張A0硬件系統(tǒng)電路原理圖 22 13 編制并調(diào)試系統(tǒng)控制程序 29 14 繪制一張A1脈沖分配器程序框圖 6 5 15 整理畢業(yè)設計材料翻譯外文資料 12 16 撰寫畢業(yè)設計論文準備答辯 19 17 畢業(yè)設計答辯 指導教師(簽名) 學生(簽名) 年 月 日 年 月 日 數(shù)控銑床用于螺旋斜面齒輪的表面雕刻加工 摘要： 齒輪作為動力傳動系統(tǒng)是現(xiàn)代精密機器中關鍵的組成部分，由于它的復雜和唯一特點，齒輪經(jīng)常被一些特定的工具設計制造，例如滾齒和插齒機器，這個論文中，我們打算用一個三軸數(shù)控銑床和一個旋轉(zhuǎn)平臺來制造螺旋斜面齒輪（齒輪生產(chǎn)中最復雜的一種），這其中包括A落選斜面齒輪的幾何模型，B數(shù)控銑床的加工計劃，C為四軸和四分之三軸控制的刀具走刀途徑和執(zhí)行計算程序，在這種方法下，實驗性的切割已經(jīng)做的很有效，這種方法是在四分之三軸的代碼下控制的數(shù)控銑床下工作的。 1介紹： 作為動力傳動方式，在現(xiàn)在工業(yè)機械中齒輪是非常有效和準確的系統(tǒng)，在各種類型的齒輪中（圖片一），螺旋斜面齒輪是最復雜的一種，在有角度錯開的軸中傳遞扭矩先前的研究主要關注于齒輪的設計于分析，在【1-9】中螺旋斜面齒輪的幾何特點和設計參數(shù)已經(jīng)做了詳細的研究，TSAI 和CHIN在基本齒輪動力學和切面漸開線幾何學的基礎上提出了斜齒面數(shù)學表面模型。之后，在球面漸開線的基礎上，這個模型與其它的模型相比較，最近SHUNMUGAM在【8，9】提出了一個完全不同的模型，在正常的偏離情況下已經(jīng)證明了他的精確性（與在特定工具下加工制造的螺旋斜面齒輪相比較） 在能涉及到的制造業(yè)中，在先前的工作中，齒輪都是在特定的機器刀具類型下被加工的，比如滾齒和插齒加工，這有可能是為什么在開放研究的領域齒輪加工稀少的原因。事實上，沒有螺旋斜面齒輪的表面加工的走刀路徑的研究結(jié)果，雖然有一些權(quán)威人士提出用數(shù)控銑床進行螺旋齒面加工的可能性。最近，基于數(shù)控機床的齒輪加工刀具在工業(yè)實踐中已經(jīng)有了發(fā)展和提高（圖片2）。然而，他們的結(jié)構(gòu)框架還是與工業(yè)數(shù)控機床有著不同，因為先前的是位一些特定的刀具設計的。 在這篇論文中，我們嘗試用一臺三軸銑床和一個旋轉(zhuǎn)平臺通過表面雕刻加工的方法來制造加工螺旋斜面齒輪。從加工效率上說，很顯然表面雕刻加工要明顯的低于用特定工具加工，除了加工效率問題，表面雕刻加工方法在以下方面具有優(yōu)勢，(1)傳統(tǒng)的加工方法需要在專用于各種不同類型大小，幾何形狀的各種齒輪特定刀具和機器有一部分的投資，（2）通過表面加工方法，用工業(yè)數(shù)控銑床可以加工制造很寬范圍的齒輪，（3）有些特定的齒輪，例如直徑超過1000毫米的大齒輪，還有重齒輪，都可以用表面雕刻方法來加工，而不是用專用齒輪加工工具，除了一些特定限制的情況。 從以上觀點可以看出，我們主要關注于表面雕刻加工方法的能力方面，包括幾何加工精度，表面質(zhì)量，還有加工時間。除了加工效率方面，如果表面雕刻加工方法表現(xiàn)的不錯的話，它可以在工業(yè)生產(chǎn)中通過數(shù)控機床加工大型的螺旋斜面加工。同時加工效率不被重視。在這篇論文中，提供了一個全面的加工技術(shù)包括幾何模型，加工工序，刀具途徑計算程序和實驗證據(jù)。 2 螺旋斜面齒輪的幾何模型 一般的，螺旋斜面齒輪的幾何模型會給定一系列的特定參數(shù)，這些特定參數(shù)有一個工程制圖提供，像圖片3中展示，一些參數(shù)（主要參數(shù)）需要用幾何定義，一些參數(shù)（輔助參數(shù)）通過計算方程式獲得，表一總結(jié)了一些關鍵的參數(shù)以及一些參數(shù)的之間的關系。 利用一些參數(shù)，表面模型可以通過以下獲得，根據(jù)圖片4的說明，在兩齒輪中的表面可以通過一大部分曲線沿著螺旋線來做模型，這部分曲線有五部分組成，S是部分I的參數(shù)，沿著螺旋曲線命名W為參數(shù)，表面模型可以在圖片4中通過S來表現(xiàn)。 S和S是漸開線曲面，S和S是切平面曲面，S是地平面曲面，SS和S提供間隙在運動過程中。漸開線曲面在大齒輪（齒輪有這樣的分類，大的一個叫做GEAR，小的一個叫做PINION）和小齒輪的接觸旋轉(zhuǎn)運動中是關鍵曲面。.在下面中，我們提供一種方法來獲得小齒輪的表面模型S。 落選斜面齒輪的漸開線在球體中被定義，叫做球面漸開曲線，考慮螺旋斜面小齒輪的大部分，W是在圖表一中的圓錐半徑，這時，一個參照圓的半徑W和一個基圓的半徑R，D和@分別代表了小齒輪的內(nèi)徑和壓力角，這個可以從參考面通過角度距離在基圓上限制這些點，這些點可以唯一的定義為參數(shù)U，還有通過參數(shù)U的利用，源自參考圓中心的？圓的半徑W也將被唯一的確定，這是，螺旋切點是在？圓上，他的長度與沿著基圓的長度相同，通過改變參數(shù)U從0到U，和改變參數(shù)W從R到R-b，在直斜面齒輪上球面螺旋曲線可以確定， 是基圓圓錐角度，涉及參考配合框架A提出P，涉及B找到P的位置的過程如下， 在螺旋斜面小齒輪，球面漸開線是沿著螺旋曲線而旋轉(zhuǎn)，在對數(shù)函數(shù)，螺旋曲線，圓形曲線，螺旋線的廣泛應用下，圓切割螺旋曲線在本論文中應用。 3.斜面齒輪的加工制作 用數(shù)控銑床來加工落選斜面齒輪，得到成功結(jié)果的關鍵在于走刀途徑，在走刀過程中，各種各樣的因素都要考慮進去，（1）機械加工的表面精度和加工質(zhì)量，（2）加工時間，（3）加工的機械刀具的機構(gòu)表面。 3.1 刀具結(jié)構(gòu)表面 關于刀具結(jié)構(gòu)加工表面，很顯然在加工過程中數(shù)控銑床要進行旋轉(zhuǎn)運動，基于機械運動分析，數(shù)控銑床加工螺旋斜面齒輪至少通過四軸控制機構(gòu)來滿足要求，這樣一個旋轉(zhuǎn)平臺也要三軸的銑床，機械加工工具的能力基本要求是：（A）四軸必須同時控制（一軸為旋轉(zhuǎn)平臺，另三軸運動為切削工具）（B）只有四分之三可以同時控制，后者叫做輔助軸控制系統(tǒng)，在工業(yè)實踐中我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)第四軸控制旋轉(zhuǎn)平臺運動，其他三軸控制刀具切割運動，在這篇論文中，我們提供一種刀具計算程序關于其結(jié)構(gòu)表面。 3.2 加工步驟 工件以圓錐線通過回轉(zhuǎn)制作加工出來，工序加工通過幾個步驟完成，（1）用幾把端銑刀進行粗加工，（2）幾把球銑刀進行半精加工，（3）一把球銑刀進行精加工，為縮短加工時間，粗加工和半精加工我們選用一把大的刀具，精加工的要求已經(jīng)確定，半精加工去除不平滑表面，在精加工過程中，整個表面用一把直徑為D的銑刀加工，這是為了防止在換刀過程中在表面上留下切削痕跡，在本片論文中為簡便省略了粗加工和半精加工的計算程序。 3.3精加工的走刀途徑 表面模型S是一把半徑是R的球形銑刀加工的，根據(jù)以上提到的漸開線表面S和S是最重要的表面，其精度要嚴格的控制，我們的方法是基于CC特定參數(shù)框架，CC點是特定參數(shù)表面模型的樣本，為了提高加工效率，刀具沿著W方向的運動是可以選擇的。在下列中，自由干涉CL數(shù)據(jù)S已經(jīng)給出，相同的他可以求出S和C，在切線上定義O而C由銑刀中心確定，基于【6】可以由W通過以下所得，，其中 在相配框架的切線平面中圖片5的已經(jīng)給出，我們可以通過以下方式把他轉(zhuǎn)化成，如下所示，其中 這說明的是螺旋線的特定要素不僅由球面漸開線的大小決定，還有螺旋線的旋轉(zhuǎn)數(shù)量決定，截止以前的討論螺旋點的半表面模型可以有以下公式得到。，其中 3.31刀具球面干涉處理 在獨立特定參數(shù)CC點，這個刀具中心是 是在上的正常結(jié)矢量?？紤]這些東西，（a）刀具大小比小邊橫截面要小，（b）是凸面的不會跟大部分的cc點發(fā)生干涉，除非它們與相接近，。準確的說，在邊界區(qū)域CC點是唯一刀具球面干涉發(fā)生的地方，如果有刀具干涉發(fā)生，在隨后的加工過程中CC點將要移動一小段刀具尺寸。可供選擇的，我們可以允許刀具半圓鑿出現(xiàn)在這一區(qū)域因為，（a）過度切割的在S區(qū)域，(b)這個區(qū)域提供了大齒輪與小齒輪的間隙，（c）輕微的過度切割是可以允許的，基于上述有效的計算干涉檢測和處理，計算程序得到了發(fā)展。 3.3.2刀具軸線干涉處理 相對與刀具干涉，還有另一種干涉叫做刀具軸線干涉在混合軸的機器中，這里刀具目標發(fā)生了變化，刀具軸線干涉可以通過改變刀具目的而避免，這樣刀具本體就不會與表面區(qū)域發(fā)生干涉，刀具軸線干涉可以用兩種方法處理（a）發(fā)現(xiàn)刀具發(fā)生干涉，接著對刀具軸線進行調(diào)整，（b）找出一個可以接受的刀具軸線干涉范圍，我們選擇第二中方法，在下面我們提供一種非常有效的方法來找出可行的范圍如圖8所描述的兩條邊界線A和A中的CC點。 設想刀具中心和他的正常聯(lián)合矢量分別有C和來表示，在四軸結(jié)構(gòu)的道具運動被定義為CL線，C作為CL線上的補償點，說明，認為找到T是一個問題，定義干涉軸為為V和左邊的切線為C，關于干涉軸的旋轉(zhuǎn)如下：, 初始化T在左邊切線上，T跟這C更新如果下邊更新條件滿足這個條件可以通過以下幾何觀察獲得定義?為繞A旋轉(zhuǎn)沿CC的角度，第一最關鍵的點是有最大角度的補償點，這樣Ｔ根據(jù)Ｃ變化，但是Ｔ不根據(jù)Ｃ變化，從Ｃ穿過Ｃ找到Ｔ，找到Ｔ是非常簡單出了一些更新條件： 3.4四軸同步控制的數(shù)控機床代碼編輯 因為ＣＣ點，我們將得到兩點，自由評測中心Ｃ點，可行的刀具軸線范圍的關鍵兩點和，通過這些，數(shù)控機床代碼，前三個參數(shù)是刀具頂部位置和＠是旋轉(zhuǎn)平臺的旋轉(zhuǎn)角度，可以通過以下公式計算。說明可行的范圍是刀具軸線不發(fā)生干涉的，他可以被認為有點Ｃ和兩個關鍵軸Ａ和Ａ所定義的圓錐體，通過刀具中心和兩個關鍵點Ｔ和Ｔ，通過這兩個點自由干涉刀具中心可以由中間軸決定，一般來說，刀具軸線矢量不與旋轉(zhuǎn)軸線統(tǒng)一在四軸結(jié)構(gòu)中工件由旋轉(zhuǎn)平臺定位他必須沿著刀具軸線矢量在一直線上，在接近ＣＣ點的旋轉(zhuǎn)角度由刀具軸線矢量平行與ＸＺ線決定，分解刀具軸線為，旋轉(zhuǎn)角度為＠，義＠度旋轉(zhuǎn)工件，刀具頂部位置由以下確定 3.5四分之三軸的數(shù)控機床代碼編輯 為了執(zhí)行以上數(shù)控機床代碼，與四軸控制同步是必須的，因為四軸同步數(shù)控機床代碼有可能隨時變化。這樣，在四分之三軸不能執(zhí)行以上的數(shù)控機床代碼，最多三軸可以同時控制。像早前描述的，四分之三軸控制一般應用與旋轉(zhuǎn)平臺與第四軸相干涉的機器刀具控制的工業(yè)生產(chǎn)中，對于四分之三軸控制，四軸中必須有一個保持固定不變，在這篇論文中，我們保持Y與刀具的頂部位置相配合為Y，對于四軸控制，我們用可取范圍的中心軸為刀具軸線，對于四分之三軸，中心軸不在是刀具軸心，在因為刀具頂端位置y不是與其他類型相同，我們的方法是通過Y來決定刀具軸矢量如下， 步驟1ＣＣ在１到Ｎ之間，ＣＣ是在Ｗ方向獨立參數(shù)曲線第ICC點，N是在曲線撒謊那個的CC點的一點。 1轉(zhuǎn)換可選范圍成旋轉(zhuǎn)角度 2轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)角度成Y值 值得注意的是改變Y值就是改變結(jié)構(gòu)，一般情況，只要Y可取，我們要縮小結(jié)構(gòu)的數(shù)量，這是為了提高生產(chǎn)效率，還有這種結(jié)構(gòu)的改變不會影響道結(jié)構(gòu)的表面質(zhì)量，通過重新設定刀具的切割方向，從先前的CC點到下一組的CC點。 4 試驗證明 提出的方法由一種發(fā)展的CAM雛形來檢測，包括幾何模型，刀具途徑計算程序，圖線模擬模型。檢查刀具途徑計算程序像圖表12所表示，（這個實體模型由CAM幾何模型系統(tǒng)產(chǎn)生），這個例子也是大小齒輪的一部分，參數(shù)像圖3中表示的一樣，這個工件是合金材料，。 銑削運動在有圖表2中所示的試驗條件在我們的實驗室中有四分之三軸數(shù)控機床完成，這個被叫做的補充四周的旋轉(zhuǎn)平臺與原先的三軸控制是相互沖突的，機器的部件在圖表13中表示，刀具的結(jié)構(gòu)表面和試驗刀具的享百年分別在圖表14和15中表示。 很顯然，機器表面的形狀和質(zhì)量是相當好，與通過偏離機器刀具生產(chǎn)的齒輪相比看不出有什么問題，為了要精度更準確些我們用CMM來測量機器齒輪的齒，顯示單一約束錯誤，比鄰約束錯誤，還有形成約束錯誤。（第15齒的刀具加工有可能引起過度約束錯誤，精加工用幾把刀具，但要有一把來加工第15齒），為了工作效率大小齒輪的都安置在一個機床上，齒輪嚙合檢測通過旋轉(zhuǎn)小齒輪到1000RPM 這種旋轉(zhuǎn)很柔和沒有噪音，在圖表16中表示了齒輪嚙合區(qū)域的情況，別的錯誤例如齒輪輪廓和旋轉(zhuǎn)曲線的構(gòu)成都與計算機的模型有很好的符合，詳細的結(jié)果與錯誤測量方法進會在以后的論文中給出。 5總結(jié)評論 在這篇論文中我們試圖用表面雕刻方法通過數(shù)控銑床來加工旋轉(zhuǎn)斜面齒輪，為了這個目的，我們提供表面模型和刀具途徑計算程序，表面模型接受齒輪參數(shù)作為輸出和輸入半?yún)?shù)的表面模型這樣可以通過CC參數(shù)框架來獲得刀具的加工途徑，前期的工作涉及到了設計方面和半?yún)?shù)表面米型不能獲得，在這篇論文中，刀具途徑的計算程序是基于CC參數(shù)框架的，刀具途徑計算程序，幾何精度和表面質(zhì)量還有機器刀具結(jié)構(gòu)是在一起開發(fā)的， 通過刀具計算程序，旋轉(zhuǎn)曲面精確加工可以在沒有刀具大小和軸線干涉的情況下通過四軸和四分之三軸控制。還有，我們通過齒輪的幾何特性來減少計算的復雜性。 表面模型的有效性已經(jīng)由是基督生產(chǎn)所證明，顯示很好的 吻合性，因為半?yún)?shù)模型是在齒輪的參數(shù)定義的基礎上獲得的，即使稍有點不吻合，一對齒輪的配合也是可以接受的，一對齒輪是通過齒輪嚙合來檢測的，顯示平滑的沒有噪音的運動，比較傳統(tǒng)方法和偏離機器刀具，這個方法可以提供任何螺旋斜面齒輪的加工，只要提供了幾何模型，還有他可以用來實際生產(chǎn)一些大的或者重載的齒輪，這些是傳統(tǒng)加工方法不能生產(chǎn)的，加工步驟的簡化和時間的縮短還需要深一步的研究。 附件2 外文資料 系 機械工程及自動化 系 主 任 批準日期 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 機械工程及自動化 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 班 學生 一、畢業(yè)設計(論文)課題 數(shù)控銑床工作臺仿真實驗系統(tǒng)的開發(fā) 二、畢業(yè)設計(論文)工作 自 2006 年 3 月 13 日起至 2006 年 6 月 25 日止 三、畢業(yè)設計(論文)進行地點 本 校 四、畢業(yè)設計(論文)的內(nèi)容要求 ㈠．設計參數(shù) 開發(fā)一套數(shù)控銑床工作臺仿真實驗系統(tǒng)。系統(tǒng)分辨率為0.05mm 工作臺工作范圍 x=175mm，y=175mm，最大移動速度為0.5m/min，傳動方式可采用普通絲杠螺母傳動，結(jié)構(gòu)材料可選用鋁材。 ㈡．調(diào)研、查閱參考資料、撰寫開題報告和文獻綜述 ㈢．設計方案的論證及選擇。 1.控制計算機及點位、連續(xù)、開環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)的選擇。 2.傳動方式選擇。 ㈣．工作臺的結(jié)構(gòu)設計 1.脈沖當量的確定。 2.確定伺服電機。 3.傳動和導向元件的設計和選用。 4.計算機繪制一張A0工作臺結(jié)構(gòu)設計裝配圖。 ㈤．工作臺控制系統(tǒng)硬件電路設計 1.確定硬件電路整體方案及主電路設計。 2.存儲器擴展電路的設計。 3.步進電機驅(qū)動電路設計。 4.其他輔助電路設計。 5.繪制一張A0控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。 ㈥．插補程序設計 1.編制脈沖分配器、直線插補、圓弧插補三個程序并演示通過。 2.繪制一張A1脈沖分配器程序框圖。 ㈦．撰寫論文 ㈧．翻譯2000字外文資料 負責指導教師 指 導 教 師 接受設計論文任務開始執(zhí)行日期  學生簽名 畢業(yè)設計（論文） 題 目 數(shù)控銑床工作臺仿真 實驗系統(tǒng)的開發(fā) 專 業(yè) 機械設計制造及其 自動化 班 級 學 生 指導教師 2006 年 畢業(yè)設計（論文） 文獻綜述 題 目 數(shù)控銑床工作臺仿真 實驗系統(tǒng)的開發(fā) 專 業(yè) 機械設計制造及其 自動化 班 級 學 生 指導教師 2006 年 畢業(yè)設計（論文） 外文翻譯 題 目 數(shù)控銑床工作臺仿真 實驗系統(tǒng)的開發(fā) 專 業(yè) 機械設計制造及其 自動化 班 級 學 生 指導教師 2006 年 畢業(yè)設計（論文） 開題報告 題 目 數(shù)控銑床工作臺仿真 實驗系統(tǒng)的開發(fā) 專 業(yè) 機械設計制造及其 自動化 班 級 學 生 指導教師 2006 年 畢業(yè)設計（論文） 開 題 報 告 題 目 數(shù)控銑床工作臺仿真 實驗系統(tǒng)的開發(fā) 專 業(yè) 機械設計制造及自動化 班 級 學 生 指導教師 2006 年 一、 畢業(yè)設計(論文)課題來源、類型 本次畢業(yè)設計的課題是“數(shù)控銑床工作臺仿真實驗系統(tǒng)的開發(fā)”，其來源為科學研究，類型為科研論文。 二、選題的目的及意義 隨著機械制造工業(yè)的迅速發(fā)展和科技水平的不斷進步，用于自動控制的數(shù)控機床代替?zhèn)鹘y(tǒng)的普通機床，得到迅速而廣泛地應用,機床的傳動系統(tǒng)由原來的齒輪有級變速傳動到現(xiàn)在的由計算機控制伺服電機的無級變速傳動。因此，我們對機床工作臺的設計就顯得非常重要；由于數(shù)控機床技術(shù)含量高、成本昂貴，若中小企業(yè)廣泛采用數(shù)控機床不僅費用高而且資源浪費。因此，對普通機床進行數(shù)控化改造也成了人們近年來研究的課題。本次畢業(yè)設計課題“數(shù)控銑床工作臺仿真實驗系統(tǒng)的開發(fā)”就是從以上幾點出發(fā)，綜合運用機械、電子和計算機知識而進行的一項機電結(jié)合的基本訓練，其主要目的是強化機械結(jié)構(gòu)設計，同時進一步掌握數(shù)空機床控制系統(tǒng)的設計思路，通過對控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計，掌握數(shù)控系統(tǒng)硬件及軟件設計的基本方法；通過對數(shù)控銑床工作臺結(jié)構(gòu)的設計，培養(yǎng)我們分析問題和解決問題的能力，對自己而言這也是很大的進步和提高，從而達到選題的目的；通過開發(fā)這樣一套仿真系統(tǒng)也為數(shù)空機床控制系統(tǒng)的研究和普通機床的數(shù)控化改造，提供了必要的參考依據(jù)；開發(fā)的這套仿真系統(tǒng)也可以作為一套實驗室設備，對數(shù)控系統(tǒng)的研究也有一定的現(xiàn)實意義。 三、 本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，機床工業(yè)的發(fā)展也日新月異。用于自動控制的數(shù)控機床在提高效率，節(jié)省人力，提高加工精度，降低加工費用等方面都具有很大的優(yōu)越性。目前，數(shù)控機床、加工中心、分布式數(shù)控（DNC）所配置的數(shù)控系統(tǒng)大多依據(jù)專用的計算機而設計，一般都采用非標準接口，而且使用不同的匯編語言及操作系統(tǒng)，不少機床產(chǎn)品已在PC控制的基礎上采用Windows、Windows NT制作用戶界面，PC操作程序更便于用戶接受及操作。近年來，國際上又出現(xiàn)了柔性制造單元FMC，F(xiàn)MC和FMS是實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng)CIMS的基礎，使數(shù)控機床向著高柔性、高集成度、智能化方向發(fā)展。相比之下，我國的機床工業(yè)水平雖然發(fā)展很快，但與國際先進水平還有一定的差距，尤其是高級型數(shù)控機床還處在一個低水平階段，主要表現(xiàn)在：可靠性差，質(zhì)量不好，產(chǎn)品開發(fā)周期長，科技含量低，我國已經(jīng)是世界上數(shù)控機床產(chǎn)量大國，但還不是制造強國，生產(chǎn)的數(shù)控機床大多是經(jīng)濟型、普及型 。開發(fā)高檔次的數(shù)控機床要借鑒國外經(jīng)驗，不斷創(chuàng)新，使我國的數(shù)控機床水平有一個質(zhì)的飛躍。 隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的發(fā)展也越來越快，正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展，數(shù)控機床的加工速度越來越快，加工精度越來越高，可靠性越來越好，隨著數(shù)控系統(tǒng)集成度的增強，數(shù)控機床也將會實現(xiàn)多臺集中控制，甚至遠距離遙感。目前，國內(nèi)外正在研究根據(jù)人的聲音來控制機床的技術(shù)，由機器自己識別圖樣并進行自動CNC加工的技術(shù)，使數(shù)控機床向著更高人工智能方向發(fā)展。面對日益激烈的國際競爭，我國必須振興傳統(tǒng)的制造業(yè)，采用先進的技術(shù)，大力發(fā)展機床工業(yè)，只有不斷創(chuàng)新，趕超國際先進水平，使我國的數(shù)控機床業(yè)向著多品種、高質(zhì)量、高檔次方向發(fā)展，使我國在國際競爭中立于不敗之地。 四、 本課題主要研究內(nèi)容 隨著機械制造水平的不斷發(fā)展，數(shù)控機床在各個領域得到迅速而廣泛的應用。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，用戶可輸入零件程序，或用于存儲信息，變換數(shù)據(jù)，插補運算以及實現(xiàn)其他控制功能。針對這一現(xiàn)象，本次畢業(yè)設計選題研究的主要內(nèi)容是開發(fā)一套數(shù)控銑床工作臺仿真實驗系統(tǒng)，通過對工作臺結(jié)構(gòu)的設計研究來模擬仿真數(shù)控銑床工作臺X-Y的兩軸運動。在這過程中要求對設計方案論證、分析、比較，從而選擇設計合適的設計方案；選用MCS-51系列單片機設計開發(fā)一套與之相配套的控制系統(tǒng)，其中包括對硬件電路的研究和對插補程序的設計，編寫程序并在實驗設備上調(diào)試完成。通過開發(fā)這樣一套仿真實驗系統(tǒng)，達到選課研究的目的，對數(shù)控改造和數(shù)控技術(shù)研究具有一定的現(xiàn)實意義。 五、 完成論文的條件和擬采用的研究手段（途徑） 為了順利完成論文，我們應當從雜志、教材及網(wǎng)絡上廣泛搜集資料，從本課題研究的內(nèi)容出發(fā)，了解本課題在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，搜集較多的外文資料，以豐富本課題的豐富性、完整性。根據(jù)數(shù)控銑床機械部分的設計，查手冊、教材以及與機械相關的資料，確定脈沖當量和伺服電機，設計、選用傳動和導向元件，繪制機械結(jié)構(gòu)裝配圖。學習MCS-51系列單片機原理及應用，了解單片機電器元件如8031、6264、2764的原理、功能及應用，學習編程知識，編寫匯編程序并在實驗設備上調(diào)試通過，使本課題的研究內(nèi)容真實有效。與此同時，虛心請教老師和同學，互相交流、認真對待 ，最終順利完成畢業(yè)設計論文。 六、本課題進度安排、各階段預期達到的目標： 1-3周 查閱資料填寫任務書并撰寫開題報告。 4-7周 研究數(shù)控銑床工作臺仿真系統(tǒng)的工作原理，并完成工作 臺設計方案的論證、比較、選擇工作。 8-11周 繪制一張A0工作臺結(jié)構(gòu)裝配圖和一張A0控制系統(tǒng)硬件 電路原理圖，以及編制匯編程序并調(diào)試通過。 12-15周 繪制一張A1的脈沖分配器程序框圖，整理材料，編寫 畢業(yè)設計論文及外文資料 七、指導教師意見 對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結(jié)果的預測： 指導教師： 八、所 在 專 業(yè) 審 查 意 見 負責人： 數(shù)控銑床工作臺仿真實驗系統(tǒng)的開發(fā) 摘要 本文主要是設計一套以MCS—51單片機為主控制器的數(shù)控銑床工作臺仿真實驗系統(tǒng)，首先對數(shù)控技術(shù)的發(fā)展作了分析和總結(jié)，探討了數(shù)控機床的開放化、智能化、高精度、高速度和網(wǎng)絡化的發(fā)展趨勢；著重分析了單片機數(shù)控系統(tǒng)的控制原理，指出了設計數(shù)控系統(tǒng)的一般方法和步驟，并闡述了MCS—51系列單片機的功能以及在機床數(shù)控系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用；設計開發(fā)了系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)的I/O接口電路、步進電機驅(qū)動電路；通過編寫匯編程序，從而實現(xiàn)系統(tǒng)設計要求。開發(fā)的這套系統(tǒng)可以作為一套實驗室設備，對機床數(shù)控化改造、數(shù)控技術(shù)的教學和研究有深遠意義。 關鍵字： 單片機 銑床工作臺 步進電機 接口電路 匯編程序 The Simulating Experiment System for Numerical Control of Milling Machine’s Worktable Exploitation ABSTRACT In this article, a set of numerical control of milling machine worktable experiment system for teaching based on single chip microprocessor for MCS—51 is designed. First, the CNC system model and characteristics based on microcomputer and status of CNC in China are presented. The development trends about open architecture, intelligence, suppression, high speed and network of CNC are analyzed and explain the function of single chip microprocessor and their calling into play in the CNC, and controlling principle of single chip microprocessor for MCS—51. This article introduces the methods and steps of the digital control system design. Emphasis is given to I/O circuit, stepping motor drive and authorized assembler and carry out the system designing request. The system offer a set of equipment for teaching, and is designed for teaching as a set of experiment or has a great affect to the digital control reform of the machine tool. KEY WORDS: Single Chip Microprocessor; Worktable of Milling Machine; Stepping Motor, Interface Circuit, Assembler