車床開題報告
車床是主要用車刀對旋轉的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。
1.1設計的目的及意義(含國內外的研究現狀分析、設計方案比較、選型分析和發展趨勢)
1.1.1數控步進X─Y工作臺設計的目的
①使工作臺實現數控控制;讓數控機床可以完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜零件的加工;提升機床的加工精度、柔性、生產率和操控，實現計算機控制，排除人為誤差，使零件的加工一致性好，質量穩定可靠;提升機床自動化程度，降低操作人員勞動強度。
②能夠正確運用機床數控系統等課程的基本理論個有關知識，學會設備數控化改造方案的擬定、比較、分析及進行必要的計算;通過對設備改造的機械部分設計，掌握數控設備典型零件的計算方法和步驟以及正確的結構設計方法;通過設備的數控系統硬件和軟件設計，掌握簡單的數控系統硬件及軟件設計的基本方法;通過課程設計，初步樹立正確的設計思想，培養自己分析問題和解決問題的能力;提高自己應用手冊、標準以及編寫文件等資料的能力。
1.1.2數控步進X─Y工作臺設計的意義
工作臺是機床上必不可少的部件，因此工作臺的設計具有重要意義，工作臺的自動化能大大減輕勞動強度，提高勞動生產效率。X—Y數控工作臺機電系統設計是一個開環控制系統，其結構簡單，實現方便而且能保證一定的精度。降低成本，是微機控制技術的最簡單的應用，它充分的利用了微機的軟硬件功能以實現對機床的控制，使機床的加工范圍擴大，精度和可靠性進一步提高。隨著經濟的發展，機械行業的許多普通機床和閑置設備，經過數控改造以后，不但可以提高加工精度和勞動生產率，而且能有效的適應多品種，小批量的市場經濟的需要，使之更有效的發揮經濟效益和社會效益。
1.1.3國內外的研究現狀分析
一個國家的繁榮與其先進制造業密切相關，然而制造是離不開先進機器作為輔助，機床包括床身、立柱、工作臺、進給機構等機械部件。工作臺作為數控機床的重要組成部分，也是影響加工精度的重要組成環節。從一開始為了滿足加工簡單的零件而設計的直線運動的X—Y工作臺，到現在為了實現多工位加工而制造的分度工作臺和回轉工作臺等。為了滿足現代制造業的發展，也為了環境的要求，一作臺的驅動裝置從原來的機械驅動變為液旅驅動，現在更多的采用了氣動裝置，更好的保護了環境，節約了資源。由于工作臺是一臺機床的關鍵配套部件，因此世界各國都有對其進行研究，我國在工作臺的研究開發方面也取得了長足的進步。
目前工作臺的種類繁多，傳統的工作臺只能安裝在某一指定機床上，伴隨著科技的與時俱進，它們的功能也由傳統單一性向現代的多功能性方向發展，現在一些工作臺，它不僅可以安裝在鉆床上，還可以安裝在銑床和鏜床等機床上。并且目前部分工作臺還可以作為機床的第四回轉軸，大大提高了機床的性能。例如：我國生產機床工作臺的公司之一的煙臺恒力數控機床附件有限公司生產的HLTK14系列數控可傾回轉工作臺(見下圖)，它可以實現用于數控機床和加工中心機床上，可利用原機床的兩個控制坐標控制轉臺的回轉和傾斜，也可可傾回轉工作臺直接利用本轉臺配套的數控裝置與機床聯接完成所需的工作循環。它可以完成任意角度的孔、槽、平面類機械加工，以及曲線、凸輪等的加工，并可達到較高的精度。另外也可用于非數控鉆、銑、鏜類機床上，獨立完成等分和不等分的角度分度工作。國外工作臺的功能與我國所生產的工作臺功能基本相似，但是在其精度方面，國外的一些公司所生產的工作臺要略高于我國所生產的工作臺。因此我國與國外相比，還是有一定的差距，因此我們要借助時代的步伐，與時俱進，開拓創新，使我國成為具有領先技術的綜合性強國。
1.1.4設計方案比較
①數控機床導軌類型分為：滑動導軌、滾動導軌、靜壓導軌等類型。 在本設計中采用滾動導，其原因是：
a.靈敏度高，運動平穩，低速移動時不易出現爬行現象; b.定位精度高;
c.摩擦阻力小，移動輕便，磨損小，精度保持性好，壽命長。 ②在傳動方面有齒輪傳動和滾珠絲桿傳動等類型。
在本設計中采用滾珠絲桿傳動，因為采用滾珠絲桿有一下優點：
a.承載小; b.移動速度快; c.噪音低;
d.定位精度高等。
③驅動系統有直線電動機、伺服電動機、步進電動機、開關磁阻電動機等，在經濟數控機床上，考慮其成本和性能，通常采用開環步進電機，所以在本設計中選擇步進電機。
④在控制系統方面，可采用單片機和PLC進行控制，在本設計中采用的是MCS-51系列單片機，因為它價格低廉、性能優越，完全能滿足本設計的要求。
1.1.5選型分析
①系統運動方式的確定
該系統要求工作臺沿各坐標軸的運動有精確的運動關系因此采用連續控制方式。 ②伺服系統的選擇
開環伺服系統在負載不大時多采用功率步進電機作為伺服電機.開環控制系統由于沒有檢測反饋部件，因而不能糾正系統的傳動誤差。但開環系統結構簡單，調整維修容易，在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應用。
閉環伺服系統具有裝在機床移動部件上的檢測反饋元件來檢測實際位移量，能補償系統的傳動誤差。因而伺服控制精度高。閉環系統多采用直流伺服電動機或交流伺服電動機驅動。閉環系統造價高，結構和調試較復雜，多用于精度要求高的場合。
. 考慮到運動精度要求不高，為簡化結構，降低成本，宜采用步進電機開環伺服系統驅動。 ③計算機系統的選擇
采用MCS-51系列中的8031單片機擴展控制系統。MCS-51單片機的主要特點是集成度高，可靠性好，功能強，速度快，性價比高。控制系統由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進功率放大電路等組成。系統的工作程序和控制命令通過鍵盤操作實現。 ④X—Y工作臺的傳動方式
為保證一定的傳動精度和平穩性以及結構的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。為提高傳 動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結構。
由于工作臺的運動部件重量和工作載荷不大，故選用滾動直線導軌副，從而減小工作臺 的摩擦系數，提高運動平穩性。
考慮電機步距角和絲杠導程只能按標準選取，為達到分辨率0.01mm的要求，以及考慮步進電機負載匹配，采用齒輪減速傳動。
1.1.6發展趨勢
隨著國際上各種技術的突飛猛進的發展，工作臺的功能也向多功能復合化發展，工作臺也會不斷采用數控技術、控制理論等領域的最新技術成就，使其朝著運行高速化、加工高精化、功能復合化、控制智能化等方向發展。
1.2設計任務、重點研究內容、實現途徑 1.2.1設計任務
①設計一個數控X-Y工作臺及其控制系統，該工作臺可安裝在鉆床和銑床上用于鉆削和銑削加工; ②收集相關資料及圖紙： a.X-Y工作臺外觀圖 ; b.機械裝配圖 ;
c.數控系統組成框圖 ; d.數控系統電氣原理圖 ; c.部分軟件設計。
③確定改造目標、X-Y工作臺參數; ④編寫開題報告; ⑤確定改造總體方案;
⑥確定機械改造方案(包括絲桿、導軌、傳動裝置的選型確定); a.確定系統脈沖當量; b.運動部件慣性計算; c.計算伺服電機參數;
d.傳動及導向元件的設計、計算、校核; e.其它相關零件的選型及計算。 ⑦確定驅動系統改造方案; ⑧確定數控系統改造方案; 1.2.2重點研究內容
運動部件相關力的計算，傳動及導向元件的設計與選擇、系統脈沖當量的確定、步進電機選型，繪制XY工作臺的裝配圖及其控制系統電氣原理圖等。
1.2.3實現途徑
查閱相關書籍，請教老師，到工廠進行實際操作，網上查閱相關資料等。
3、進度計劃
指導教師意見
學 生 簽 名：
指導教師簽名：
年 月 日
年 月
日
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