毕业设计方案

毕业设计方案题目

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指导教师

二〇一一年三月二十九日

学院专业

学生学号

设计题目数控切割机结构与运动控制系统设计

一、选题背景与意义

在机械加工过程中，板材切割常用方式有手工切割、半自动切割机切割及数控切割机切割。手工切割灵活方便，但手工切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大，同时劳动条件恶劣，生产效率低。半自动切割机中仿形切割机，切割工件的质量较好，由于其使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件切割。其它类型半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一些较规则形状的零件切割。数控切割相对手动和半自动切割方式来说，可有效地提高板材切割地效率、切割质量，减轻操作者地劳动强度。目前在我国的一些中小企业甚至在一些大型企业中使用手工切割和半自动切割方式还较为普遍。

数控切割机是数字程序控制(Numerical program Control)的自动化切割设备，简称NC切割机，这种设备不但切割操作的自动化程度高，而且切割精度高、材料利用率高、生产效率。经过几十年的发展，数控切割机在切割能源和数控控制系统两方面取得了长足的发展，切割能源已由单一的火焰能源切割发展为目前的多种能源(火焰、等离子、激光、高压水射流)切割方式；数控切割机控制系统已由当初的简单功能、复杂编程和输入方式、自动化程度不高发展到具有功能完善、智能化、图形化、网络化的控制方式；驱动系统也从的步进驱动、模拟伺服驱动到今天的全数字式伺服驱动。

数控切割机是机、电一体化高度集成设备，科技含量高，与传统机加工相比，数控切割机的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低产品成本，减轻工人负担，对制造业来说，可以说是一场技术革命。

数控切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密细小和形状复杂的零件。数控切割技术、数控切割机床正在各行各业中得到广泛的应用。因此研究和设计数控切割有很强的现实意义。微机控制技术正在发挥出巨大的优越性。

二、设计内容

1机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计：根据主要设计参数及依据设计XY工作台、对XY工作台部件进给系统受力分析并初步确定XY工作台尺寸及估算重量；设计Z轴随动系统；

2滚珠丝杠传动系统的设计计算：计算滚珠丝杠的强度；

3直线滚动导轨的选型；

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4步进电机及其传动机构的确定：选用适当的步进电机，确定齿轮传动机构，计算步进电机的惯性负载；

5传动系统刚度的讨论：根据工作台不出现爬行的条件和微量进给的灵敏度来确定传动系统的刚度；

6消隙方法与预紧：数控机床上常用的调整齿侧间隙的方法针对不同类型的齿轮传动副有不同的方法；

7数控系统设计：确定机床控制系统方案，选择主要芯片，设计键、盘显示器等；

8步进电机接口电路及驱动；

三、设计方案

通过对数控切割机的整体设计，确定一台合理的立式机床结构。

根据题目要求，设计出一个结构合理的XY轴工作台，同时对工作台进行受力分析、设计计算，对滚珠丝杠传动系统传动效率、强度等也进行相应的计算，对直线滚动导轨如何选型进行深度分析，确定步进电机及其传动机构并进行惯性负载计算、刚度讨论等，分别来验证其合理性。

利用单片机，设计出一个比较合理的数控硬件电路与步进电机驱动相匹配的数控软件连接，由单片机控制步进电机来实现XYZ方向的运动。在设计中对机床数控部分的I/O进行扩展，并对键盘和显示器进行相应的设计，对程序进行初始化。

基本完成经济型数控切割机的设计，按此设计的切割机可以满足生产的实际需要。

四、参考文献

[1] 张学仁.数控电火花线切割加工技术. 哈尔滨：哈尔滨工业出版社，2000

[2] 陈婵娟.数控机床设计. 北京：化学工业出版社，2006

[3] 王爱玲.现代数控机床结构与设计. 北京：兵器工业出版社，1999

[4] 赵万生.电火花加工技术. 哈尔滨：哈尔滨工业出版社，2000

[5] 徐灏.新编机械设计师手册. 北京：机械工业出版社版，2006

[6] 冯辛安.机械制造装备设计. 北京：机械工业出版社，1999

[7] 刘书华.数控机床与编程. 北京：机械工业出版社，2001

[8] 林其俊.机床数控系统. 北京：中国科学技术出版社，1991

[9] 文秀兰等.超精密加工技术与设备. 北京：化学工业出版社，2006

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五、指导教师评语

六、审核意见

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