机械设计制造及其自动化专业论文.doc

福州大学至诚学院本科生毕业设计（论文）资料题 目：小型数控立式铣床(五轴)机械结构设计姓 名： 学 号： 2110892382 系 别： 机 械 工 程 系 专 业： 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 年 级： 2008级 指导教师： 2012 年 2月 17日目 录一、任务书二、开题报告三、文献综述福州大学至诚学院本科生毕业设计（论文）任务书2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 30 日题 目：小型数控立式铣床（五轴）机械结构设计姓 名： 陈 勇 学 号： 210892382 系 别： 机 械 工 程 系 专 业： 机 械 设 计 制 造 及 自 动 化 年 级： 2008级 指导教师： 金 怡 果 （签名）系主任（或教研室主任）： （签章）设 计 （ 论 文 ） 任 务（包括原始数据、技术要求、工作要求）（不够写可另加页）一、计原始资料 1主轴转速范围：801650r/min（无极调速）；最大钻孔直径：28mm；最大铣削能力：平面2.6105mm2 2主电机功率：4.5KW 3工作台重量：2000N；工件最大重量：1960N；工作台最大行程（纵向）：450mm；垂直方向行程：345mm；横向行程：250mm4切削方式及定位精度：铣削（直线控制）定位精度0.012/300mm；钻镗（点位控制）定位精度0.01/300mm5. X、Y轴的快移速度：12m/min；Z轴的快移速度：8m/min 二、设计任务 1机床总体布局方案的拟定； 2机床主传动系统及主轴组件计算； 3机床进给伺服系统的计算等； 4数控回转工作台的设计（调隙机构、回转工作台锁紧装置、摇摆工作台锁紧装置）；5设计说明书1份。 三、时间安排 1收集资料，类比分析国内外各类加工中心的功能、布局、参数和特点等，写出开题报告，完成文献综述一份 2周 2总体设计部分1周 3主轴箱设计部分3周 4进给系统设计部分 2周 5数控回转工作台设计 3周6机动1周 7说明书部分1周 8答辩及评定成绩 1周 毕业设计（论文）的主要内容（不够写可另加页）收集资料，熟悉加工中心的概念、分类，组成与布局，加工中心的特点与工艺范围等；1 加工中心的总体设计 2主轴箱设计 主轴箱装配图 （0# 一张） 主轴零件图 （1# 一张） 3三向进给传动系统设计 (1)X向（或Y向、Z向）进给传动系统装配图 （1# 一张） (2)数控回转工作台装配图 （0# 一张） (3)部分零件件图 （略） 4设计说明书（含目录、中英文摘要） 毕业设计（论文）任务更改记录更 改 原 因更 改 内 容主要参考文献1.王爱玲等主编现代数控机床国防工业出版社，2003 2.曹金榜主编机床主轴变速箱设计指导机械工业出版社，1987 3.李福生主编数控机床技术手册北京出版社，1996 4.邱宣怀主编机械设计高等教育出版社，1991 5.文怀兴 夏田主编数控机床系统设计化学工业出版社，2006 6.蔡厚道主编数控机床构造北京：北京理工大学出版社，2007 7.韩鸿鸾等编数控铣床和加工中心的编程与操作实例北京：中国电力出版社，20068机床设计手册编写组编机床设计手册北京：机械工业出版社，19859周开勤主编 机械零件手册（第三版） 高等教育出版社，198910.刘雄伟主编数控加工技术与编程技术 北京：机械工业出版社，2000系别机械工程系学生学号210892382 学生姓名陈勇 专业机械设计制造及其自动化年 级2008级指导教师金怡果题目小型数控立式铣床（五轴）机械结构设计1、 选题依据 数控机床作为一种高自动化、高柔性、高精度、高效率的机械加工设备,决定了它在现代制造业中占有越来越重要的作用。近年来,我国在中高档数控机床关键技术上有了较大突破,创造出一批具有自主知识产权的研究成果。目前,在实际应用中有部分工件在加工微型孔或铣削平面时,加工精度不高，随着社会生产和科学技术的发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型。特别是在宇航、造船、军事等领域所需的零件，精度要求高，形状复杂，批量小。普通机床已不能适应这些需求。为了满足上述要求，一种新型的机床数字程序控制机床（简称数控机床）应运而生。数控机床是当代制造业的主流装备，是市场的热门商品。我国数控机床经历30多年来的发展，现已颇具规模，机床已涉及超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域。但与机床高度发达的国家相比，我国机床的总体制作水平还是存在着一定的差距，相当明显的是：在我国，对于四轴联动以上的机床，大部分来自国外，再加上西方国家对我国在这方面的技术封锁，在一定程度上影响了我国数控机床的发展。与普通机床相比，数控机床具有如下一些优点：易于加工异型复杂零件；提高生产率；可以实现一机多用，多机看管；可以大大减少专用工装卡具，并有利于提高刀具使用寿命；提高零件的加工精度，易于保证加工质量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大减少在制品的数量；可以大大减轻工人劳动强度，减少所需工人数量等。二、本课题拟解决的问题1加工中心的总体设计 2主轴箱设计 主轴箱装配图 （0# 一张） 主轴零件图 （1# 一张） 3三向进给传动系统设计 (1)X向（或Y向、Z向）进给传动系统装配图 （1# 一张） (2)数控回转工作台装配图 （0# 一张） (3)部分零件件图 （略） 5设计说明书（含目录、中英文摘要） 三、解决办法或设计方案采用单片机（AT89C51）为控制核心，4x4键盘为输入模块，LCD12864液晶显示模块，两片数模转换芯片（DAC0832），并行I/O接口芯片（8255A），地址锁存器芯片（74LS373）以及晶振电路和复位电路等构成了函数信号发生器的硬件系统。波形的产生是由AT89C51单片机通过程序控制，由键盘设置单片机按不同的规律向数模转换芯片1输入端发送数据，经过D/A转换产生不同类型的信号；幅值调节是由键盘输入的数值调节单片机向数模转换芯片2的输入端发送所需数据，通过数模转换输出稳定的模拟电压作为数模转换芯片1的基准电压，从而实现了输出信号幅值的调节；频率调节是由键盘输入数值调节单片机控制向模转换芯片1发送数据的时间间隔（即延时时间），实现信号频率的调节。单片机发送的数据经过D/A和功率放大器产生一定的波形，并在LCD液晶显示模块上实时显示波形名称，曲线，幅值和频率等信息，此方案通过编程简化了外部电路，原理简单，容易实现，弥补了同类产品的不足，系统抗干扰能力强。四、进度安排1收集资料，类比分析国内外各类加工中心的功能、布局、参数和特点等，写出开题报告，完成文献综述一份 2周 2总体设计部分 1周 3主轴箱设计部分 3周 4进给系统设计部分 2周 5数控回转工作台设计 3周 6机动 1周 7说明书部分 1周 8答辩及评定成绩 1周 指导教师意见该毕业设计题目选题正确，内容较为丰富，功能完善，符合福州大学本科生毕业设计教学大纲的要求。同意开题 指导教师（签名） 2012年 2月 1 7日福州大学至诚学院本科生毕业设计（论文）文献综述题 目：小型数控立式铣床（五轴）机械结构设计 姓 名： 陈勇 学 号： 210892382 系 别： 机 械 工 程 系 专 业： 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 年 级： 2008级 指导教师： 金怡果 （签名） 2012年 2月 1 7日前言函数信号发生器是一种常用的信号源，它广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。目前，长期使用的信号发生器绝大部分都是由模拟电路构成的，这类仪器作为信号源，在高频范围内其频率稳定度高，可调性好。然而，在科学研究和生产实践中，如工业过程控制、生物医学、地震模拟、机械振动等领域，通常需要低频信号源。由模拟电路生成低频信号性能不能令人满意，而且用于低频其RC 很大。大电阻、大电容在制造上有困难，参数准确度难以保证，同时，体积大、漏电损耗显著。利用单片机通过程序设计方法来产生低频信号，具有线路相对简单、结构紧凑、体积小、价格低廉、频率稳定度高、抗干扰能力强、用途广泛、频率幅值控制可直接由键盘输入，无需进行其他任何调节等优点。文献综述文献1：介绍利用单片机控制，采用频率锁相技术实现的低频信号发生器的软硬件结构及工作原理。该信号发生器将各种波形量化后的参数存储在波形参数存储器中，再通过读取存储器内数据能输出正弦波、方波、三角波、锯齿波四种波形，频率的控制由频率锁相环电路来实现，这种频率控制方法虽然能够准确控制各信号的频率，但是电路结构较为复杂。幅度控制电路是通过改变D/A转换器的基准电压来完成的，结构简单，容易实现，此方法具有一定的参考价值。文献2：介绍了目前信号发生器的构成方法，包括采用DDS(DirectDigital Synthesis)型的任意波发生器、采用专用的信号发生芯片MAX038以及传统的AWG等。通过分析比较后采用传统的AWG来实现多功能信号发生器能够产生正弦波、三角波、方波及锯齿波等波形，单片机负责控制信号发生单元的工作状况，根据外部键盘的输入改变程序运行的状态，使信号发生发生单元能产生所需的波形。波形数据为一系列二进制数，通过D/A转换和放大后输出。借助高性能单片机运算速度高，系统集成度强的优势，设计的这种信号发生器，具有硬件简单，理解及实现起来较容易，该方案的设计思路较为清晰，具有一定的参考价值，尤其是对信号频率的控制。它是通过改变时钟频率来控制输出波形的频率，其输出频率的步进量取决于时钟信号源。在一个周期中它输出频率的样本数是固定的，其相位噪声较低且不随输出频率改变而变化，当一个周期的样本数较多时，波形失真较小波形输出较好，这对于合成任意波形很有利。文献3：利用AT89S52单片机和DA0832数模转换器，通过硬件电路设计和软件编程实现产生锯齿波、方波、正弦波、三种波形并且频率可调的简易信号发生器，可为初学单片机软硬件的人员提供一定的参考利用AT89S52分别实时地对其I/O口P3.0、P3.1、P3.2三个端口进行扫描来改变输出信号的参数，对应的有如果P3.0有低电平出现来进行波形的选择，并且在选择正弦波时是将OOH到OFFH按照正弦波波形的变化趋势分成255个间断的点，形成一个正弦波取值表，用AT89S52在每一个时钟到来时取表值通过P1口送至DA0832转换模拟量实现输出。三角波和方波也都建立了相应的取值表，实现方法同正弦波，这种建立取值表的发法虽然简化了程序的设计，但也使可修改性变差。利用P3.1的低电平的出现时调用延时程序来减小输出信号波形的频率，同样原理利用P3.2可以增大输出信号波形的频率，从而实现了不同波形及其频率的调节。这种通过调用延时程序来减小输出信号波形的频率具有思路清晰，编程简单等优点，但其频率无法跨段调节，在借鉴的同时需要进一步改进。三种信号波形幅度的调整是通过改变电阻的阻值来实现。此方法虽然电路简单，但无法得到幅值的精确值。文献4：给出了通过串口通信驱动图形点阵模块JM12864C，动态显示正弦波、三角波和方波等函数图形单片机最小应用系统，提供了详细软、硬件设计。LCD 模块可分为字符点阵式LCD模块和图形点阵式LCD模块。字符点阵式LCD模块的点阵排列中，字符间有一点的间隔，每行间也有一行的间隔，所以不能显示图形。而且它一般只能显示模块预先存储的几十到100多个字符，使用受到一定限制。图形点阵式LCD模块的特点是点阵像素连续排列，行和列在排布中均没有空隔，因此可以显示连续、完盛的图形，它能根据需要显示各种字符、汉字和图形，有着更加广泛的用途。JM12864C属于图形点阵式LCD模块，它提供了三种组合结构方式:驭动控制一体式、控制分离式、电脑控制式。其中，驭动控制一体式的控制接口为S232电平，单片机可采用串口方式与其相联，其接口相对简单。作者根据JM12864C棋块的特点，设计了一种以用单片机控制的显示图形与文本的最小系统。对本次毕业设计具有很高的参考价值。只要设计出或通过采徉得到其波形表，本文介绍的显示方式可以推广至任意波形的显示。在时间轴上显示多个波形时可以通过对波形表采样得到，在幅度轴上可以对现有波形表的幅度减去其中间横轴坐标值后，再按比例减小波形幅度，最后加上中间横轴坐标值，从而得到变换后的波形幅度坐标。因此该方法简单，操作方便，有较好的适应性。文献5：针对传统信号发生器存在元器件分散性造成波形失真的弊端，提出了基于单片机的，用程序实现方波、锯齿波、三角波、正弦波等波形的信号发生器方案并在Proteus电子设计平台，对方案进行了仿真实现了波形的自由切换，频率和幅度在线调整，从根本上解决了波形失真的问题。文章以AT89C51为核心，通过创新设计，实现了波形自由切换，频率和幅度在线调整。基于单片机的信号发生器系统在程序控制下，先读取P3口决定波形信号类别，然后由P0口输出数据，经DA转换后放大、滤波输出 波形频率在线调整是通过读取P2口上的拨码开关的编码，并根据该编码产生的数字量，在PO口输出一个数据后立即产生一个对应时长的延时时间来实现，操作简单、易于编程，值得参考。幅度调整是通过接在DAC上的滑动变阻器来改变DA转换的参考电压来实现，虽然操作容易，但无法精确调整信号的幅值，可以进一步完善。本文中要滤除的频率分量主要是DA转换器所产生的高频分量，与所要保留的信号频率相差很远，因此，滤波器在通带内的平坦程度对我们来说比其衰减陡度更为重要。增加滤波电路是改善波形的平滑性，有利于解决波形的失真的一个很好的方法。文献6：讨论了VJ，SST89E564单片机为核心的低频信号发生器设计原理和方法，采用单片机外部大容量存储器扩展技术及DAC接口技术简化了仪器硬件设计，以软件查表方式读取波形信号经高散化处理之后的数据，通过DA转换还原成所需要的信号波形，讨论了波形离散化处理方法及数据采样点数与存储容量的关系，给出了硬件电路和软件框图。给DAC2芯片预置一个波形幅度初值，使其输出一个初始电压作为DACI芯片的参考电压，通过改变这个参考电压，就可以实现DACl输出波形的幅度调节，波形的频率调节则通过改变输出数据的延时时间来实现。键盘中断服务程序根据不同按键的键值选择不同的输出波形，整个键盘显示管理由可编程芯片8279完成，单片机只需要执行按键中断服务程序，减轻单片机扫描键盘的负担，可以腾出更多时间进行波形数据处理，使得输出波形更为平滑。在对波形信号进行离散化处理时合理选择每周期的采样点数是十分重要的。为了减小失真，可以在DAC之后加上低通滤波器，但在多通道时，低通滤波器会影响通道之间波形的相移，这一点在实际应用时应加以注意。信号发生器输出波形频率的上限受数据传送速度、数据锁存器及DAC转换时间等因素的影响。信号发生器工作时，单片机根据键盘输入命令，通过查表获得预先存放在数据存储器中与信号波形相关的数据值，送往DA转换电路，输出一个电压点，当查表地址从全“0”(也可以从任意予置数)开始计算到满度值后再次回到全“0”时，表示一个完整的信号波形被输出。如此反复，即可以获得连续的信号波形。单片机通过查询存储单元内的波形信号数据，执行波形生成程序，将不同数字量送往DAC进行转换，输出所需要的信号波形。DA转换电路由DACl芯片和DAC2芯片以及两级运算放大器组成，DACI负责将单片机送来的数字量转换成模拟量，输出信号波形，同时以DAC2的输出作为DACI的参考电压，单片机根据需要改变DAC2的输出电压就可以实现信号波形的幅度控制。文献7：以单片机为核心设计了一个低频函数信号发生器。信号发生器采用数字波形合成技术，通过硬件电路和软件程序相结合，可输出自定义波形，如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。介绍了波形的生成原理、硬件电路和软件部分的设计原理。介绍了单片机控制DA转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程、DAC0832 DA转换器的原理和使用方法、AT89C52以及与设计电路有关的各种芯片、关于产生不同低频信号的信号源的设计方案。该信号发生器具有体积小、价格低、性能稳定、功能齐全的优点。其工作过程为：在一个单片机的存储器中存入波形数据，当要产生波形输出时，所存信息经DA转换器形成模拟量，波形再通过一个放大器来调整驱动和传输能力。因为DA转换器的最大输出电压是由其输入的基准电压来控制的，只要能控制DA的基准电压便可以控制输出幅度，因此只需在DA转换器基准电压上加上一个变位器，便可以方便地改变其输出信号的幅度。设计用2片DAC0832来完成输出信号的工作，第l片DA用来输出信号，第2片DA用来控制第1片DA的基准电压，其中用Pl口作为2片DA的数据总线为了能够让单片机输出所需的数字信号，采用对信号采样、量化的方法来实现由单片机产生所需信号。在设计中，对正弦信号进行采样，通过查表来实现输出不同的幅度值。采样点越密，信号失真度也就越小。对于三角波，就是实现2次循环，通过由最小值到最大值和由最大值到最小值的循环来实现三角波的输出。方波的输出时间间隔由键盘输入，然后由软件通过定时、计数器来控制。因此，通过控制不同的计数初值就可以控制整个方波信号的频率。总结随着电子技术的飞快发展，单片机的应用不断的深入，基于单片机的智能仪器的设计技术不断成熟。单片机构成的仪器具有高可靠性，高性价比，单片机技术在智能仪表和自动化等诸多领域有了极为广泛的应用，并应用到各种家庭电器，单片机技术的广泛应用推动了社会的进步。利用单片机采用程序设计方法来产生波形，线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强等优点，而且还能对波形进行细微的调整，改良波形，易于通过程序控制，只要对电路稍加修改，调整程序，就能实现功能的升级。参考文献1 陈钧，陈坚，曾德芬单片机低频信号发生器J华东地质学院学报，1999，22(4)：1-62 毕磊，路泽永，赵亚丽单片机控制多功能信号发生器的设计J承德石油高等专科学校学报，2008，10(2)：25-293 张根选，吴子怀基于AT89S52单片机的信号发生器的设计J湖南工程学院学报，2010，20(3)：18-204 付润江，杜勇用点阵LCD显示函数波形的应用设计J江汉石油学院学报，2004，26(增)：321-3225 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