开题报告-基于单片机控制的X-Y工作台机电系统设计

毕业设计开题报告毕业设计题目基于单片机控制X-Y工作台机电系统设计学生姓名：学号：专业：机械电子工程系别：机电工程系指导教师：教学科研部二○XX年九月1、课题研究的意义、国内外有关本课题的研究动态和自己的见解随着现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的渗透，促进了工程领域的技术改革。由于计算机技术和微电子技术的迅速发展并被机械工业领域应用从而形成了机电一体化，使得机械工业的产品结构、技术结构、功能和生产管理体系发生了巨大的变化，也使得工业生产从“机械电气化”迈进了“机电一体化”的发展阶段。X-Y数控工作台是很多机电一体化设备的基本部件，比如数控铣床、数控钻床的X-Y工作台。X-Y数控工作台通常是由导轨座、移动滑块、滚珠丝杆螺母副及伺服电动机等部件构成。伺服电动机主要是用于驱动滚珠丝杆，滚珠丝杆螺母驱动滑块和工作台在指定的导轨上运动，从而完成工作台在XY两个方向的直线运动。现在大部分使用的数控铣床都是集机械制造、自动控制、电子技术、传感技术、计算机技术及网络通讯技术于一体的典型机电一体化产品。2.国内外发展状况数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,它对国计民生的一些重要行业IT、汽车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面:(1)高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。从EMO2001展会情况来看,高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高,空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。在加工精度方面,近10年来,普通级数控机床的加工精度已由10提高到5,精密级加工中心则从3～5,提高到1～1.5并且超精密加工精度已开始进入纳米级0.1。为了实现高速、高精加工,与这配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展,应用领域进一步扩大。(2)智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上,面向机床厂家和最终用户,通过改变、增加或剪裁结构对象数控功能,形成系列化,并可方便地将用户的特殊应用和技诀窍集成到控制系统中,快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统,形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元,反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。3.本课题要研究的问题X-Y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统,其结构简单.实现方便而且能够保证一定的精度.降低成本,是单片机控制技术的最简单的应用.它充分的利用了单片机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大,精度和可靠性进一步得到提高。本课题研究涉及机械原理、机械设计、机械制图、机电一体化、单片机工作原理、数控技术等方面的相关内容。3、课题的设计方案3.1设计方案比较=1\*GB3①数控机床导轨类型分为：滑动导轨、滚动导轨、静压导轨等类型。在本设计中采用滚动导，其原因是：a.灵敏度高，运动平稳，低速移动时不易出现爬行现象；b.定位精度高；c.摩擦阻力小，移动轻便，磨损小，精度保持性好，寿命长。=2\*GB3②在传动方面有齿轮传动和滚珠丝杆传动等类型。在本设计中采用滚珠丝杆传动，因为采用滚珠丝杆有一下优点：a.承载小；b.移动速度快；c.噪音低；d.定位精度高等。=3\*GB3③驱动系统有直线电动机、伺服电动机、步进电动机、开关磁阻电动机等，在经济数控机床上，考虑其成本和性能，通常采用开环步进电机，所以在本设计中选择步进电机。=4\*GB3④在控制系统方面，可采用单片机和PLC进行控制，在本设计中采用的是MCS-51系列单片机，因为它价格低廉、性能优越，完全能满足本设计的要求。3.2选型分析=1\*GB3①系统运动方式的确定该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。=2\*GB3②伺服系统的选择开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。闭环伺服系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件来检测实际位移量，能补偿系统的传动误差。因而伺服控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电动机或交流伺服电动机驱动。闭环系统造价高，结构和调试较复杂，多用于精度要求高的场合。.考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。=3\*GB3③计算机系统的选择采用MCS-51系列中的8051单片机扩展控制系统。MCS-51单片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。=4\*GB3④X—Y工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率0.01mm的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。4、课题研究准备情况（查阅参考文献目录、完成任务所具备的条件等）学院拥有一支高素质、高水平的教师队伍。现有专任教师366人，教师中有教授、副教授120人，外籍教师11人，中青年教师中具有博士学位13人、硕士学位132人。学院拥有各类实验室51个，工程训练中心1个，校外实习基地22个,并拥有众多的高精尖仪器设备，如日本电子JXA8100电子探针，德国MAT253质谱仪和多种型号的数控机床等。学院下设\o"信息工程系"信息工程系、\o"经济管理系"经济管理系、\o"外语与文法系"外语与文法系、\o"机电工程系"机电工程系、\o"资源与环境工程系"资源与环境工程系，共21个本科专业，实现了以理工为主，文、管、经、法、体、教多学科的协调发展。图书馆馆舍面积达到19079平方米,阅览座位822个,周开馆时间近100小时,馆内藏书328363册(图书为325850册,光盘为2513张),年订阅现刊412种,报纸66种;各种数据库14个：万方数据资源、重庆维普数据库、人大光盘复印报刊资料、中国学术期刊、超星数字图书馆、世界科学、Springer、EBSCO、中图链接、化学通报、资治法典、教育管理与执法、多媒体教学、英语听力和众多免费数据库。平均日接待读者980人次,日图书流通量达到1850本。综上所述，可以看到学校拥有雄厚的师资力量和教学资源，完全满足我们课题设计研究的要求。5、毕业设计（论文）总体安排和进度进度安排序号设计（论文）工作内容时间（起止周数）1调研，资料收集及整理；2011.9.25---2011.10.12分析文献资料，准备开题；2011.10.2---2011.10.263X-Y工作台总体方案构思；2011.10.27---2011.11.54确定X-Y工作台的设计方案；2011.11.6---2011.11.165X-Y工作台主要部件的选型和验算；2011.11.17---2011.11.236X-Y工作台控制系统的设计；2011.11.24---2011.11.307X-Y工作台装配图及电气原理图的绘制；2011.11.30---2011.12.308资料、数据整理,并修改毕业论文；2011.12.31---2012.3.159定稿,准备答辩。2012.3.16---2012.6.4