机电一体化综合课程设计-开题报告-文献综述-参考文献

   本设计是完成一两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计；完成交流电机启停的电气控制系统设计。其硬件部分共包括键盘操作、单片机控制、输入电路、控制电路、显示电路等五个主要组成部分。设计的总体思路是准确安全的对工作台和电机进行控制。

    位置信号和按键信息通过传输线传送给单片机和键盘接口芯片，数据经过处理，将按键信息串行方式传送给单片机，单片机通过相应的程序，向控制回路发送控制信号，进而控制工作台的动作，实现对硬件设备的控制。

（一）国内研究现状与国外研究现状

机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。在这一时期,人们利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间,战争刺激了机械产品与电子技术的结合,这些机电结合的军用技术,战后转为民用,对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广。

　　20世纪70年代~80年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。

　　20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。一方面,光学、通信技术等进入了机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中展露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支;另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法、机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时,由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步,更为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究,将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用也做了大量的工作,虽然取得了一定成果,但与日本等先进国家相比仍有相当差距。

（二）我国数控机床发展存在的问题

( 1 )数控化水平低

　　与发达国家相比，我国机床数控化率不高，目前生产产值数控化率不到30%；消费值数控化率不到50%，而发达国家大多在70%左右。高档次数控机床及配套部件还只能依靠进口。国产数控车床到2000年可供品种700多种。接近数控机床品种的50%，其中占产量50%的是经济型数控车床。最高转速一般在2000r/min，个别转速达8000r/min，坐标定位精度一般为0.01mm，重复定位精度在0.005mm，工作精度圆度在0.01～0.005mm之间，表面粗糙在Ra0.8～1.6μm.长城机床厂CK7815C主轴最高转速3500r/min，快速行程X轴9m/min，Z轴12m/min，定位精度X轴0.025mm，工作精度圆度0.007mm，表面粗糙度Ra<1.6μm.SPINNERTC46德国数控车床最高转速4500r/min，快速移动X轴10m /min，Z轴20m/min.该公司超精密SB/PD/UP系列数控车床，重复定位精度0.1μm，工件圆度0.3μm，可实现镜面车削，可选配第二主轴/C轴/动力刀架。

　　（ 2 ）产品水平不高

　　首先是精度普遍不够高，对国产加工中心刀库机械手、数控车床刀架，用户不放心，定位精度，特别是重复定位精度也有待提高。只有少数产品达到欧洲标准定位精度；其次，高精度、静刚度主机结构和整机性能开发有差距，国际普遍采用龙门式、框式、O型整体结构，箱中箱式结构，L型床身，三轴移动移出机身，侧挂箱式卧式加工中心等我国则大多还未开发；再次，产品在主轴转速，快移速度、换刀速度、加速度等机床性能指标上与国外有较大差距。最后，可靠性有待提高。国产数控系统最常平均无故障时间（MTBF）大都可超过1万h，但国际上先进企业数控系统MTBF已达8万h.国产数控车床、加工中心MTBF虽有少数厂达500h，但国际上先进水平已达800h.至于外观、漏油等老问题仍与工业发达国家产品有差距。

　　（ 3 ）功能部件发展的问题

　　数控功能部件是指数控系统、主轴单元、数控刀架和转台、滚珠丝杠副和滚动直线导轨副、刀库和机械手、高速防护装置等。功能部件技术水平的高低、性能的优劣及整体的社会配套水平，直接决定和影响数控机床整机的技术水平和性能，也制约着主机的发展速度。相对数控机床主机来说，我国功能部件生产企业的发展更显滞后。但功能部件不仅决定着机床的整机性能，还占到整机成本的60%左右，其发展状况直接关系到机床的竞争力水平。国产功能部件产品档次不高，且形不成规模，造价相对并不低，采用进口功能部件价格昂贵，从而使整机价格攀升，国产数控机床的价格优势丧失殆尽，同等水平的数控机床，其价格与一些国家和地区的产品趋于持平。目前，国产数控机床大量选购境外功能部件，一面是由于国内还没有形成社会配套的能力，产品质量和水平上存在着一定差距；另一方面是主机厂应用户要求，而选用指定外国公司的功能部件。

　　（ 4 ）应用技术方面的差距

　　国外已经普及的远程服务技术，我国尚待开发，如交钥匙工程——从机床选择、工艺装备（刀、夹、附、检具）配置与提供到切削用量的确定。国内的高速机床，普遍不能做硬切削、干切削表演，高速切削机理及切削数据库的研究我国近乎空白，我国尚不能提供高速切削软件包等。产品的可操作性、外观、内在质量方面也与工业发达国家相比的有很大差距。

•••••二、^范文提纲

1 引言

2 总体方案设计

2.1 总体分析

2.2 方案框图

3单元模块设计

3.1 键盘与显示模块

3.1.1 模块工作原理

3.1.2 芯片CH452介绍

3.1.2.1 特点

3.1.2.2 显示驱动原理

3.1.2.2 键盘扫描原理

3.2 单片机控制单元模块电路

3.2.1 控制原理

3.2.2 光电耦合电路

3.2.3 芯片介绍

3.3 串行通信模块

3.3.1 RS232通信协议

3.3.2 串行通信电路

4 电机与电气控制电路设计

4.1 步进电机模块

4.1.1 步进电机的工作原理

4.2.2 步进电机的步距角与工作拍数

4.3.3 步进电机的频率特性

4.2 交流电机正反转控制原理

4.3 交流电机的星—三角形启动

4.4 电气元件介绍

5. 设计总结、致谢

6.参考文献

引言： 机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。

本设计中提到的微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数控及对机床辅助功能动作进行程序控制的一种自动化机械加工设备。采用微机数控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中、小批零件的加工生产率，保证加工质量。此外，由于微型计算机具有价格低、体积小、性能可靠和使用灵活等特点，微机数控机床的一次性投资比全功能数控机床节省得多，且又便于一般工人掌握操作和维修。因此将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的发展方向之一。本设计中用到的步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件，具有快速起动和停止的特点。其驱动速度和指令脉冲能严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调节。它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。

     此次 “机电一体化课程设计”主要简单设计出数控机床系统，其实离实际真正工业用数控机床还有很大的距离。经过小组讨论，拟设计两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统和交流电机启停的电器控制系统，单元模块包括：单片机控制电路，键盘接口电路，键盘电路，显示电路，输入电路，控制电路，PC接口电路等。由于时间仓促和自己知识水平有限，在设计中难免会有些许瑕疵，恳请老师指正。

三、参考文献

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