2544 電子試驗臺的總體設(shè)計,電子,試驗臺,總體,整體,設(shè)計 1大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）題 目：電子試驗臺的總體設(shè)計院 （系）： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 職稱： 起止時間： 2摘 要當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動作用。一個較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個基本要素：機(jī)械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的 CNC 系統(tǒng)這類典型機(jī)電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。關(guān)鍵字：機(jī)電一體化的基礎(chǔ) 基本組成要素 特點 發(fā)展趨勢3AbstractNow the world electronic technology rapidly expand, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integration of machinery system, should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The integration of machinery is the system technology, the computer and the information processing and management technology, the automatic control technology, the examination sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive systems engineering. New generation's CNC system this kind of model integration of machinery product toward the high performance, the intellectualization, the systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops.key words: Integration of machinery foundation basic component elements characteristic trend of development.4目 錄前 言 ........................................................... 1 第 1 章 設(shè) 計 概 論 ............................................... 2 第 2 章 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 ........................................ ..... 3第 3 章 其 他 輔 助 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計 ....................................... 223.1 行 走 機(jī) 構(gòu) ................................................. 223.2 固 定 支 撐 機(jī) 構(gòu) ............................................. 225前 言移 動 式 試 驗 臺 是 專 門 提 供 動力的機(jī)械，它能根據(jù)不同機(jī)械的壓力和 流 量 要 求 ，調(diào) 節(jié) 壓 力 和 流 量 ， 并 且可以同時為幾臺設(shè)備提供動力。它具有 自 己 獨 立 的 油 箱 ，相 關(guān) 的 控 制系統(tǒng)，行走機(jī)構(gòu)等。由 于 試 驗 臺 的 作 用 越 來 越 大 ， 但 是 現(xiàn) 在 國 內(nèi) 對 移 動 式 試 驗 臺 的 設(shè) 計還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在這些方面還比較 欠 缺 相 關(guān) 的 經(jīng) 驗 ， 于 是 本 課 題 就 應(yīng)運而生。本課題主要設(shè)計形 式 ， 以 及 其 他 附 屬 輔 助 裝 置 。6第 1 章 設(shè) 計 概 論裝 置 按 其 總 體 配 置 分 為 分 散 配 制 型 和 整 體 配 置 型 兩 種 主 要 結(jié) 構(gòu) 類 型，而集中配置型即為通常所說的試驗臺 [2]。集 中 配 置 變 裝 置 通 常 是 將 系 統(tǒng) 后 執(zhí) 行 器 安 放 在 主 機(jī) 上 ， 而 將 泵及驅(qū)動電動機(jī)，輔助元件等獨立安裝在 主 機(jī) 之 外 ， 即 集 中 設(shè) 置 試 驗 臺 ， 按照操作執(zhí)行器的控制裝置（控 制 閥 及 其 安 裝 的 路 板 式 油 路 塊 等 連接體的統(tǒng)稱）的安裝位置及試驗臺的功 能 ， 又 可 進(jìn) 一 步 將 試 驗 臺 分 為 動 力型試驗臺和復(fù)合型試驗臺兩種結(jié)構(gòu)類型 。執(zhí) 行 器 及 操 縱 控 制 閥 等 散 裝 在 主機(jī)各適當(dāng)位置上的動力型試驗臺，其形 態(tài) 較 為 簡單 。 它 主 要 由 泵 及 其驅(qū)動電動機(jī)，油箱及其附件。少數(shù)必要 的 壓 力 控 制 閥 等 組 成 ，因 此 經(jīng) 常 稱之為試驗臺， 主 要 的 功 能 是 為 執(zhí) 行 器 提 供 一 定 壓 力 的 流 量 的 油 液 ， 而系統(tǒng)的控制任務(wù)主要由散裝在 主 機(jī) 各 處 的 控 制 閥 來 提 供 [3]。系 統(tǒng) 是 試 驗 臺 的 最 主 要 系 統(tǒng) ， 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 也 就 是 我 們 設(shè) 計 的 關(guān)鍵，它包含了控制回路形 式 的 設(shè) 計 ， 元 件 的 選 擇 等 。動 力 系 統(tǒng) 是 試 驗 臺 的 重 要 系 統(tǒng) ， 它 是 系 統(tǒng) 的 輔 助 ， 為 系 統(tǒng) 提 供動力源。移動式試驗臺由于在野外作業(yè) ， 電 力 供 應(yīng) 肯 定 不 方 便 ， 所 以 肯 定考慮使用功率大，移動方便的柴油機(jī)。除 了 這 兩 大 系 統(tǒng) 之 外 ， 還 要 一 些 輔 助 設(shè) 備 需 要 設(shè) 計 ， 為 了 系 統(tǒng) 和 傳動系統(tǒng)的放置何安裝，需要設(shè)計機(jī)架。 還 有 ， 為 了 方 便 試 驗 臺 的 移 動 ， 需要設(shè)計行走系統(tǒng)等。移動式試 驗 臺 的 設(shè) 計 主 要 是 以 下 幾 個 方 面 ：1. 系 統(tǒng) 的 總 體 方 案 、 回 路 形 式 的 設(shè) 計 。2. 動 力 系 統(tǒng) 的 總 體 設(shè) 計 、 傳 動 形 式 的 設(shè) 計 。3. 機(jī) 架 以 及 行 走 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè) 計 。7第 2 章 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計2.1 行 走 機(jī) 構(gòu)試 驗 臺 工 作 地 點 是 不 固 定 的 ， 需 要 經(jīng) 常 移 動 ， 所 以 加 上 行 走 機(jī) 構(gòu) 是 必須的。試驗臺的行走機(jī)構(gòu)只是輔助，方 便 移 動 ， 是 手 動 驅(qū) 動 的 ， 不 需 要 加上另外的驅(qū)動裝置。顯而易見 ， 滾 動 行 走 是 唯 一 的 選 擇 。對 于 滾 動 行 走 ， 采 用 傳 統(tǒng) 的 四 個 輪 子 滾 動 。 前 面 的 為 了 方 便 轉(zhuǎn) 向 ， 選 擇使用萬向轉(zhuǎn)輪。后面的兩個輪子則采用 軸 連 接 在 一 起 。 結(jié) 合 日 常 所 見 的 行走機(jī)構(gòu)，一般由兩種形式：一種是兩輪 固 定 在 同 一 軸 上 ， 軸 通 過 軸 承 連 接在軸承座和機(jī)架上，實現(xiàn)同軸傳動。即 ： 輪 子 隨 軸 動 。 這 種 機(jī) 構(gòu) 一 般 由 于重要的行走機(jī)械，并且都有動力源裝置 驅(qū) 動 的 ， 比 如 汽 車 等 。 另 一 種 是 軸焊接在機(jī)架上，兩個輪子通過軸承連接 在 軸 上 ， 即 ： 輪 子 動 ， 軸 不 動 。 這種一般用于人力機(jī)械。如三輪車，板車等。通 過 比 較 ， 第 二 種 形 式 比 較 適 合 試 驗 臺 ， 并 且 第 二 種 形 式 加 工 比 較 簡單。軸不需要專門加工定制，只要滿足 強 度 要 求 ， 采 用 壁 厚 較 大 的 無 縫 鋼 管 即 可 。82.2 固 定 支 撐 機(jī) 構(gòu)在 作 業(yè) 的 時 候 ， 由 于 振 動 比 較 大 ， 試 驗 臺 使 用 過 程 中 如 果是只采用輪子支撐，會由于振動的導(dǎo)致 試 驗 臺 移 動 ， 所 以 必 須 設(shè) 計 固 定 支 撐 機(jī) 構(gòu) 。一 般 的 大 型 行 走 機(jī) 械 往 往 都 是 設(shè) 計 的 是 自 動 支 撐 機(jī) 構(gòu) ， 但 是 移 動式 試 驗 臺 ， 由 于 體 積 和 重 量 的 限 制 ， 不 必 要 設(shè) 計 成 自 動 支 撐 ， 肯 定 只 能設(shè) 計 成 手 動 支 撐 ?？傮w設(shè)計裝配圖第三章 數(shù)控試驗臺發(fā)展趨勢3.1性能發(fā)展方向(1)高速高精高效化　速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由 9于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測 元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機(jī)床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。(2)柔性化　包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。(3)工藝復(fù)合性和多軸化　以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機(jī)床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。(4)實時智能化　早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應(yīng)的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。3.2功能發(fā)展方向(1)用戶界面圖形化　用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前 INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學(xué)計算可視化及多媒體等技術(shù)也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。 (2)科學(xué)計算可視化　科學(xué)計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于 CAD/CAM，如自動編程設(shè)計、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。(3)插補和補償方式多樣化　多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢10圓曲面插補、螺紋插補、極坐標(biāo)插補、2D+2 螺旋插補、NANO 插補、NURBS 插補(非均勻有理B 樣條插補)、樣條插補(A、B、C 樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關(guān)的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取?4)內(nèi)裝高性能 PLC　數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能 PLC 控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn) PLC 用戶程序?qū)嵗?，用戶可在?biāo)準(zhǔn) PLC 用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。(5)多媒體技術(shù)應(yīng)用　多媒體技術(shù)集計算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價值。3.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展(1)集成化　采用高度集成化 CPU、RISC 芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐?FPGA、EPLD、CPLD 以及專用集成電路 ASIC 芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應(yīng)用 FPD 平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和 CRT 抗衡的新興顯示技術(shù)，是 21 世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。(2)模塊化　硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如 CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。(3)網(wǎng)絡(luò)化　機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機(jī)床上對其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運行，不同機(jī)床的畫面可同時顯示在每一臺機(jī)床的屏幕上。(4)通用型開放式閉環(huán)控制模式　采用通用計算機(jī)組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包含諸如加工尺寸、形11狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調(diào)整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機(jī)實時智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。3.4 智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的、智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)將計算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。結(jié) 論試 驗 臺 在 國 內(nèi) 的 發(fā) 展 還 是 比 較 短 的 ， 在 國 內(nèi) 還 沒 有 統(tǒng) 一 的 標(biāo) 準(zhǔn)。在整個設(shè)計過程中，很多環(huán)節(jié)都沒有 太 多 的 標(biāo) 準(zhǔn) 可 以 參 考 ， 是 通 過 自 己對移動式泵站的工12作條件和所需功 能 的 分 析 ， 結(jié) 合 固 定 站 和 其 他設(shè)備來完成總體方案的設(shè)計和結(jié)構(gòu)的 計 算 。當(dāng) 然 ， 也 存 在 一 些 問 題 ， 系 統(tǒng) 的 功 能 還 不 是 十 分 完 善 ， 一 些 附 屬 的功能還不健全。如因體積和布局的限制 ， 沒 有 在 移 動 式 泵 站 上 設(shè) 置 在野外作業(yè)很重要的發(fā)電機(jī)。希望站 的 功 能 越 來 越 完 善 ， 國 內(nèi) 能 制 定一 整 套 完 整 的 標(biāo) 準(zhǔn) 。結(jié)束語畢業(yè)設(shè)計是對我們大學(xué)期間所學(xué)知識的一次總結(jié)與運用，是對以前每門課程設(shè)計的綜合，是對所學(xué)知識的徹底檢驗。剛開始選擇課題的時候，我因為對比較感興趣，所以選擇了關(guān)于方面的課題，我主要對其中的縱向進(jìn)給工作臺進(jìn)行設(shè)計。開始設(shè)計之前，我首先上網(wǎng)搜索了13有關(guān)車床方面的知識，對的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢有了進(jìn)一步的了解，也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的知識。設(shè)計的時候，我們對學(xué)校的進(jìn)行了觀察，我主要觀察了機(jī)床的縱向工作臺部分，同時并結(jié)合自己的課題對機(jī)床的總體布局做了進(jìn)一步的研究，并通過查閱資料和相關(guān)圖冊，設(shè)計出了滿足需要的縱向工作臺。畢業(yè)設(shè)計是我們走向工作崗位的最后一次練兵，是一次理論和實踐完美結(jié)合的過程。在近三個月的畢業(yè)設(shè)計當(dāng)中，使我更加認(rèn)識到理論聯(lián)系實際的重要性，只有理論而不去進(jìn)行實踐是不行的。在設(shè)計過程中，我參考了一些圖紙，在參考的基礎(chǔ)上，理解并分析其優(yōu)缺點，取長補短，對自己其中不合理的部分進(jìn)行了充分改進(jìn)。通過這次設(shè)計，自己在查閱資料、運用資料、中英文翻譯、運用專業(yè)知識及 CAD，Proe 繪圖等方面的能力有了較大地提高，彌補了原來學(xué)習(xí)中的很多不足之處，為以后從事機(jī)械方面的工作打下了一定的基礎(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗，對設(shè)計工作有了一定的認(rèn)識?？傊?，這次設(shè)計順利完成使我受益匪淺，不但鞏固了我以前學(xué)習(xí)的東西，而且學(xué)到了很多新東西，為我走向社會打下了深厚的基礎(chǔ)。同時也使我懂得了一個真正設(shè)計的步驟以及方法。參考文獻(xiàn)[1]. 張建干. 胡大澤主編 . 數(shù)控技術(shù) . 武漢：華中科技大學(xué)出版社[2] 王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床 . 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謝眨眼間，大學(xué)生活就在本論文的完成之際即將宣告結(jié)束。不斷學(xué)習(xí)，不僅是為了今天的畢業(yè)設(shè)計，也是為今后走上工作崗位作了準(zhǔn)備。在幾個多月的畢業(yè)設(shè)計中，在孫老師的嚴(yán)格要求及悉心指導(dǎo)下，按時完成了設(shè)計任務(wù)，并在此過程中鞏固了本專業(yè)的知識，分析解決問題的能力也得到了進(jìn)一步的提高。在此，謹(jǐn)向?qū)O新國老師表示衷心的感謝和崇高的敬意！15此外，在畢業(yè)設(shè)計過程中，也得到了其他老師和同學(xué)的幫助，設(shè)計任務(wù)一直在很好的氛圍中進(jìn)行，在這里，也向他們表示真誠的感謝！再次向設(shè)計中所有提供過幫助的人表示感謝！1大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）題 目：電子試驗臺的總體設(shè)計院 （系）： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 職稱： 起止時間： 2摘 要當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動作用。一個較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個基本要素：機(jī)械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的 CNC 系統(tǒng)這類典型機(jī)電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。關(guān)鍵字：機(jī)電一體化的基礎(chǔ) 基本組成要素 特點 發(fā)展趨勢3AbstractNow the world electronic technology rapidly expand, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integration of machinery system, should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The integration of machinery is the system technology, the computer and the information processing and management technology, the automatic control technology, the examination sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive systems engineering. New generation's CNC system this kind of model integration of machinery product toward the high performance, the intellectualization, the systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops.key words: Integration of machinery foundation basic component elements characteristic trend of development.4目 錄前 言 ........................................................... 1 第 1 章 設(shè) 計 概 論 ............................................... 2 第 2 章 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 ........................................ ..... 3第 3 章 其 他 輔 助 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計 ....................................... 223.1 行 走 機(jī) 構(gòu) ................................................. 223.2 固 定 支 撐 機(jī) 構(gòu) ............................................. 225前 言移 動 式 試 驗 臺 是 專 門 提 供 動力的機(jī)械，它能根據(jù)不同機(jī)械的壓力和 流 量 要 求 ，調(diào) 節(jié) 壓 力 和 流 量 ， 并 且可以同時為幾臺設(shè)備提供動力。它具有 自 己 獨 立 的 油 箱 ，相 關(guān) 的 控 制系統(tǒng)，行走機(jī)構(gòu)等。由 于 試 驗 臺 的 作 用 越 來 越 大 ， 但 是 現(xiàn) 在 國 內(nèi) 對 移 動 式 試 驗 臺 的 設(shè) 計還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在這些方面還比較 欠 缺 相 關(guān) 的 經(jīng) 驗 ， 于 是 本 課 題 就 應(yīng)運而生。本課題主要設(shè)計形 式 ， 以 及 其 他 附 屬 輔 助 裝 置 。6第 1 章 設(shè) 計 概 論裝 置 按 其 總 體 配 置 分 為 分 散 配 制 型 和 整 體 配 置 型 兩 種 主 要 結(jié) 構(gòu) 類 型，而集中配置型即為通常所說的試驗臺 [2]。集 中 配 置 變 裝 置 通 常 是 將 系 統(tǒng) 后 執(zhí) 行 器 安 放 在 主 機(jī) 上 ， 而 將 泵及驅(qū)動電動機(jī)，輔助元件等獨立安裝在 主 機(jī) 之 外 ， 即 集 中 設(shè) 置 試 驗 臺 ， 按照操作執(zhí)行器的控制裝置（控 制 閥 及 其 安 裝 的 路 板 式 油 路 塊 等 連接體的統(tǒng)稱）的安裝位置及試驗臺的功 能 ， 又 可 進(jìn) 一 步 將 試 驗 臺 分 為 動 力型試驗臺和復(fù)合型試驗臺兩種結(jié)構(gòu)類型 。執(zhí) 行 器 及 操 縱 控 制 閥 等 散 裝 在 主機(jī)各適當(dāng)位置上的動力型試驗臺，其形 態(tài) 較 為 簡單 。 它 主 要 由 泵 及 其驅(qū)動電動機(jī)，油箱及其附件。少數(shù)必要 的 壓 力 控 制 閥 等 組 成 ，因 此 經(jīng) 常 稱之為試驗臺， 主 要 的 功 能 是 為 執(zhí) 行 器 提 供 一 定 壓 力 的 流 量 的 油 液 ， 而系統(tǒng)的控制任務(wù)主要由散裝在 主 機(jī) 各 處 的 控 制 閥 來 提 供 [3]。系 統(tǒng) 是 試 驗 臺 的 最 主 要 系 統(tǒng) ， 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 也 就 是 我 們 設(shè) 計 的 關(guān)鍵，它包含了控制回路形 式 的 設(shè) 計 ， 元 件 的 選 擇 等 。動 力 系 統(tǒng) 是 試 驗 臺 的 重 要 系 統(tǒng) ， 它 是 系 統(tǒng) 的 輔 助 ， 為 系 統(tǒng) 提 供動力源。移動式試驗臺由于在野外作業(yè) ， 電 力 供 應(yīng) 肯 定 不 方 便 ， 所 以 肯 定考慮使用功率大，移動方便的柴油機(jī)。除 了 這 兩 大 系 統(tǒng) 之 外 ， 還 要 一 些 輔 助 設(shè) 備 需 要 設(shè) 計 ， 為 了 系 統(tǒng) 和 傳動系統(tǒng)的放置何安裝，需要設(shè)計機(jī)架。 還 有 ， 為 了 方 便 試 驗 臺 的 移 動 ， 需要設(shè)計行走系統(tǒng)等。移動式試 驗 臺 的 設(shè) 計 主 要 是 以 下 幾 個 方 面 ：1. 系 統(tǒng) 的 總 體 方 案 、 回 路 形 式 的 設(shè) 計 。2. 動 力 系 統(tǒng) 的 總 體 設(shè) 計 、 傳 動 形 式 的 設(shè) 計 。3. 機(jī) 架 以 及 行 走 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè) 計 。7第 2 章 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計2.1 行 走 機(jī) 構(gòu)試 驗 臺 工 作 地 點 是 不 固 定 的 ， 需 要 經(jīng) 常 移 動 ， 所 以 加 上 行 走 機(jī) 構(gòu) 是 必須的。試驗臺的行走機(jī)構(gòu)只是輔助，方 便 移 動 ， 是 手 動 驅(qū) 動 的 ， 不 需 要 加上另外的驅(qū)動裝置。顯而易見 ， 滾 動 行 走 是 唯 一 的 選 擇 。對 于 滾 動 行 走 ， 采 用 傳 統(tǒng) 的 四 個 輪 子 滾 動 。 前 面 的 為 了 方 便 轉(zhuǎn) 向 ， 選 擇使用萬向轉(zhuǎn)輪。后面的兩個輪子則采用 軸 連 接 在 一 起 。 結(jié) 合 日 常 所 見 的 行走機(jī)構(gòu)，一般由兩種形式：一種是兩輪 固 定 在 同 一 軸 上 ， 軸 通 過 軸 承 連 接在軸承座和機(jī)架上，實現(xiàn)同軸傳動。即 ： 輪 子 隨 軸 動 。 這 種 機(jī) 構(gòu) 一 般 由 于重要的行走機(jī)械，并且都有動力源裝置 驅(qū) 動 的 ， 比 如 汽 車 等 。 另 一 種 是 軸焊接在機(jī)架上，兩個輪子通過軸承連接 在 軸 上 ， 即 ： 輪 子 動 ， 軸 不 動 。 這種一般用于人力機(jī)械。如三輪車，板車等。通 過 比 較 ， 第 二 種 形 式 比 較 適 合 試 驗 臺 ， 并 且 第 二 種 形 式 加 工 比 較 簡單。軸不需要專門加工定制，只要滿足 強 度 要 求 ， 采 用 壁 厚 較 大 的 無 縫 鋼 管 即 可 。82.2 固 定 支 撐 機(jī) 構(gòu)在 作 業(yè) 的 時 候 ， 由 于 振 動 比 較 大 ， 試 驗 臺 使 用 過 程 中 如 果是只采用輪子支撐，會由于振動的導(dǎo)致 試 驗 臺 移 動 ， 所 以 必 須 設(shè) 計 固 定 支 撐 機(jī) 構(gòu) 。一 般 的 大 型 行 走 機(jī) 械 往 往 都 是 設(shè) 計 的 是 自 動 支 撐 機(jī) 構(gòu) ， 但 是 移 動式 試 驗 臺 ， 由 于 體 積 和 重 量 的 限 制 ， 不 必 要 設(shè) 計 成 自 動 支 撐 ， 肯 定 只 能設(shè) 計 成 手 動 支 撐 ?？傮w設(shè)計裝配圖第三章 數(shù)控試驗臺發(fā)展趨勢3.1性能發(fā)展方向(1)高速高精高效化　速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由 9于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測 元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機(jī)床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。(2)柔性化　包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。(3)工藝復(fù)合性和多軸化　以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機(jī)床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。(4)實時智能化　早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應(yīng)的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。3.2功能發(fā)展方向(1)用戶界面圖形化　用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前 INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學(xué)計算可視化及多媒體等技術(shù)也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。 (2)科學(xué)計算可視化　科學(xué)計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于 CAD/CAM，如自動編程設(shè)計、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。(3)插補和補償方式多樣化　多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢10圓曲面插補、螺紋插補、極坐標(biāo)插補、2D+2 螺旋插補、NANO 插補、NURBS 插補(非均勻有理B 樣條插補)、樣條插補(A、B、C 樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關(guān)的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取?4)內(nèi)裝高性能 PLC　數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能 PLC 控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn) PLC 用戶程序?qū)嵗?，用戶可在?biāo)準(zhǔn) PLC 用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。(5)多媒體技術(shù)應(yīng)用　多媒體技術(shù)集計算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價值。3.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展(1)集成化　采用高度集成化 CPU、RISC 芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐?FPGA、EPLD、CPLD 以及專用集成電路 ASIC 芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應(yīng)用 FPD 平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和 CRT 抗衡的新興顯示技術(shù)，是 21 世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。(2)模塊化　硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如 CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。(3)網(wǎng)絡(luò)化　機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機(jī)床上對其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運行，不同機(jī)床的畫面可同時顯示在每一臺機(jī)床的屏幕上。(4)通用型開放式閉環(huán)控制模式　采用通用計算機(jī)組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包含諸如加工尺寸、形11狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調(diào)整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機(jī)實時智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。3.4 智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的、智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)將計算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。結(jié) 論試 驗 臺 在 國 內(nèi) 的 發(fā) 展 還 是 比 較 短 的 ， 在 國 內(nèi) 還 沒 有 統(tǒng) 一 的 標(biāo) 準(zhǔn)。在整個設(shè)計過程中，很多環(huán)節(jié)都沒有 太 多 的 標(biāo) 準(zhǔn) 可 以 參 考 ， 是 通 過 自 己對移動式泵站的工12作條件和所需功 能 的 分 析 ， 結(jié) 合 固 定 站 和 其 他設(shè)備來完成總體方案的設(shè)計和結(jié)構(gòu)的 計 算 。當(dāng) 然 ， 也 存 在 一 些 問 題 ， 系 統(tǒng) 的 功 能 還 不 是 十 分 完 善 ， 一 些 附 屬 的功能還不健全。如因體積和布局的限制 ， 沒 有 在 移 動 式 泵 站 上 設(shè) 置 在野外作業(yè)很重要的發(fā)電機(jī)。希望站 的 功 能 越 來 越 完 善 ， 國 內(nèi) 能 制 定一 整 套 完 整 的 標(biāo) 準(zhǔn) 。結(jié)束語畢業(yè)設(shè)計是對我們大學(xué)期間所學(xué)知識的一次總結(jié)與運用，是對以前每門課程設(shè)計的綜合，是對所學(xué)知識的徹底檢驗。剛開始選擇課題的時候，我因為對比較感興趣，所以選擇了關(guān)于方面的課題，我主要對其中的縱向進(jìn)給工作臺進(jìn)行設(shè)計。開始設(shè)計之前，我首先上網(wǎng)搜索了13有關(guān)車床方面的知識，對的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢有了進(jìn)一步的了解，也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的知識。設(shè)計的時候，我們對學(xué)校的進(jìn)行了觀察，我主要觀察了機(jī)床的縱向工作臺部分，同時并結(jié)合自己的課題對機(jī)床的總體布局做了進(jìn)一步的研究，并通過查閱資料和相關(guān)圖冊，設(shè)計出了滿足需要的縱向工作臺。畢業(yè)設(shè)計是我們走向工作崗位的最后一次練兵，是一次理論和實踐完美結(jié)合的過程。在近三個月的畢業(yè)設(shè)計當(dāng)中，使我更加認(rèn)識到理論聯(lián)系實際的重要性，只有理論而不去進(jìn)行實踐是不行的。在設(shè)計過程中，我參考了一些圖紙，在參考的基礎(chǔ)上，理解并分析其優(yōu)缺點，取長補短，對自己其中不合理的部分進(jìn)行了充分改進(jìn)。通過這次設(shè)計，自己在查閱資料、運用資料、中英文翻譯、運用專業(yè)知識及 CAD，Proe 繪圖等方面的能力有了較大地提高，彌補了原來學(xué)習(xí)中的很多不足之處，為以后從事機(jī)械方面的工作打下了一定的基礎(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗，對設(shè)計工作有了一定的認(rèn)識?？傊?，這次設(shè)計順利完成使我受益匪淺，不但鞏固了我以前學(xué)習(xí)的東西，而且學(xué)到了很多新東西，為我走向社會打下了深厚的基礎(chǔ)。同時也使我懂得了一個真正設(shè)計的步驟以及方法。參考文獻(xiàn)[1]. 張建干. 胡大澤主編 . 數(shù)控技術(shù) . 武漢：華中科技大學(xué)出版社[2] 王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床 . 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謝眨眼間，大學(xué)生活就在本論文的完成之際即將宣告結(jié)束。不斷學(xué)習(xí)，不僅是為了今天的畢業(yè)設(shè)計，也是為今后走上工作崗位作了準(zhǔn)備。在幾個多月的畢業(yè)設(shè)計中，在孫老師的嚴(yán)格要求及悉心指導(dǎo)下，按時完成了設(shè)計任務(wù)，并在此過程中鞏固了本專業(yè)的知識，分析解決問題的能力也得到了進(jìn)一步的提高。在此，謹(jǐn)向?qū)O新國老師表示衷心的感謝和崇高的敬意！15此外，在畢業(yè)設(shè)計過程中，也得到了其他老師和同學(xué)的幫助，設(shè)計任務(wù)一直在很好的氛圍中進(jìn)行，在這里，也向他們表示真誠的感謝！再次向設(shè)計中所有提供過幫助的人表示感謝！