數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)

1、論文數(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：二00七年十一月十五日精選文庫(kù)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(lái)，PLC 在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來(lái)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(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也越來(lái)越多。在機(jī)床的實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)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 定位功能較其它

2、 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(lái)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)思路清晰、硬件電路簡(jiǎn)單實(shí)用、可靠性高、 抗干擾能力強(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;-1精選文庫(kù)目錄第一章 緒 論 .31.1課題的來(lái)源

3、.31.2目的和意義 . 31.3機(jī)電一體化系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 . 31.3.1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）-2精選文庫(kù)第一章緒 論本緒論主要是從本課題的來(lái)源、目的、意義、應(yīng)解決的主要問(wèn)題及應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求來(lái)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(wèn)題。最后簡(jiǎn)述了本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想。1.1 課題的來(lái)源隨著各種學(xué)科

4、的交叉發(fā)展， 原來(lái)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)電一體化的加工系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床已經(jīng)毫無(wú)疑問(wèn)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(wàn)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(lái)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(guò)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

5、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)單軸定位及兩軸聯(lián)動(dòng)聯(lián)動(dòng)，從而可以完成對(duì)塑料制品的銑、鉸等基本的切削運(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

6、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(lái)替代原有產(chǎn)品的部分機(jī)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。-3精選文庫(kù)(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(lái),形成綜合性優(yōu)勢(shì) , 可開(kāi)發(fā)出具有多種功能、智能化的高新技術(shù)產(chǎn)品。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)，

7、 停止以及速度控制， 完成各種生產(chǎn)工藝過(guò)程的要求，保證生產(chǎn)過(guò)程的正常進(jìn)行。機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展愈來(lái)愈高?，F(xiàn)在機(jī)電傳動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)由微型操縱桿， 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(guò)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(wú)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(guò)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

8、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。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(shuō)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(kù)，換刀過(guò)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(lái)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(méi)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)間又省人力。2. 加工自動(dòng)化：數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，不需人工

9、控制刀具，自動(dòng)化程度高。帶來(lái)-4精選文庫(kù)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(xiě)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(guò)程中，大部分時(shí)間被排斥在加工過(guò)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(guò)程緊湊，提高了勞動(dòng)

10、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，柔性差，很難適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下的激烈競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)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，且又能自動(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(wú)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。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)

11、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(guò)計(jì)算機(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(kù)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精選文庫(kù)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(wú)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

12、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(lái)解決生產(chǎn)中的哪一個(gè)或哪幾個(gè)問(wèn)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

13、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)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外，內(nèi)存容量更大，還可以將墮胎 PLC連接起來(lái)，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(yǔ)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(yǔ)言；外設(shè)多樣化，可以配置CRT和打印機(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),Mits

14、ubishi(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%?，F(xiàn)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(guò)收購(gòu)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(kāi)發(fā)平臺(tái)和組態(tài)-6精選文庫(kù)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(kāi)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) IPCCRT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(lái)C

15、PU 模板上提供物理層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(lái)數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快，用戶對(duì)開(kāi)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(kāi)放性和互操作性大大發(fā)展PLC在發(fā)展過(guò)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(lái)不便，并增加了維護(hù)成本。開(kāi)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(lái)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(lái)越應(yīng)用于過(guò)程控制方面，有

16、人統(tǒng)計(jì)，除石化過(guò)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(lái) PLC（順序控制） DCS（過(guò)程控制）的模式變成 PLCIPC 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(guò)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(lái)看， PLC控制技術(shù)將成為今后工業(yè)自動(dòng)化的主要

17、手段。在未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)中， PLC技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、核 CAD/CAM技術(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 國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)國(guó)內(nèi)研究的狀況近十幾年來(lái)，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-7精選文庫(kù)制器（ PLC）、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(wàn)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(wú)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(kāi)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、

18、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。 就可編程序邏輯控制器 （ PLC）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(wàn)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(guò)國(guó)外大型企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)壁壘，沒(méi)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(wú)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

19、1999 年以來(lái)，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(kāi)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)控螺旋槳銑床等國(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%左右。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(lái)源地。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

20、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。 現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)前自動(dòng)化控制與儀器儀表領(lǐng)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)也十-8精選文庫(kù)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)（ I

21、MS）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(kāi)發(fā)，品種不斷增多，花樣不斷翻新，縮短了開(kāi)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(lái)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、澳大利亞等，計(jì)劃在十年中投資10 億美元，設(shè)立 100 個(gè)研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目， 開(kāi)展智能制造的前期研究工作， 目標(biāo)是開(kāi)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

22、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(kāi)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)外已把切割銑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， 它兼有切割銑削的多功能性和沖壓加

23、工的高速高效的特點(diǎn)，可完成切割銑削復(fù)雜外形、打孔、打標(biāo)、劃線等加工任務(wù)。-9精選文庫(kù)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、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(guò)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(guò)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)控銑床系統(tǒng)， 是要對(duì)零件進(jìn)行銑削加工的。 我們要論證教學(xué)實(shí)驗(yàn)用的數(shù)控銑床系統(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

24、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)控銑床系統(tǒng)，其工作參數(shù)如下：機(jī)床尺寸（寬×長(zhǎng)×高）：760×1475×1400(××)；最大加工范圍(X×Y×Z)：400×300×150( ×× ) ；主軸電機(jī)功率：60 (W)；主軸轉(zhuǎn)速：3000 (r/min)平；工作臺(tái)尺寸 160×160 (×)；空間加工范圍 170×160( × ) ；工作臺(tái)最大承重 s50( ) ；工作速度 :0

25、5( min)快速移動(dòng)速度 8 min ；數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式有很多，通過(guò)對(duì)其主要的結(jié)構(gòu)形式的分析，大體上最常見(jiàn)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 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)作平面銑削，又可以擴(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

26、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(wú)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2000x1500-10精選文庫(kù)（mm×mm）。工件沿二坐標(biāo)方向移動(dòng)的類型又可分為十字工作臺(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銑削，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

27、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>采用了集成 DSP芯片的控制板與PC機(jī)相聯(lián)系的控制系統(tǒng)；<3>采用 PLC與 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)所謂的單片機(jī)即是一塊集成了CPU、RAMROM(EPROM或EEPROM)、定時(shí) / 計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘、多種功能的串行和并行 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(lái)說(shuō)，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)噪聲干擾優(yōu)于一般通用 CPU；程序指令，常數(shù)，表格固化在 ROM中不易破壞；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、 串行 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(lái)說(shuō)，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。（ 4）單片機(jī)一般采用了面向控制的指令。（ 5）價(jià)