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1、机电一体化专业 综合课程设计指 导 书2012年2月20日第一章、综合作业的 目的、要求和参考题目第一节、综合课程设计的目的 综合课程设计是机电一体化工程专业教学中的一个实践性教学环节。是在学生学完技术基础课和专业课，特别是数控技术及应用课程之后进行的。是培养工程技术人员理论联系实际、解决生产实际问题能力的重要步骤，它起到毕业设计的作用。机电一体化专业综合作业是以机电一体化的典型课题-数控机床的应用和设计为主线，通过对数控机床加工程序的编制、数控系统设计总体方案的拟定，进给伺服系统机械部分设计、计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生综合运用所学的机械、电子和微机的知识，进行一次机电结合的全面训
2、练。从而培养学生具有加，编程能力、初步设计计算的能力以及分析和处理生产中所遇到的机、电方面技术问题的能力。第二节、综合作业的内容及要求综合作业要求学生在全面了解一台数控设备的使用和设计过程的基础上，完成以下内容：一、数控加工程序的编制（1）零件工艺分析及确定工艺路线。（2）选择数控机床设备。（3）确定装夹方法及对刀点。（4）选择刀具。（5）确定切削用量。（6）编制加工程序。二、进给伺服系统机械部分设计计算(1) 确定脉冲当量。(2) 滚珠丝杠螺母副的计算和选型。(3) 滚动导轨的计算和选型。(4) 进给伺服系统传动计算。(5) 步进电机的计算和选用。 (6) 设计绘制进给伺服系统一个坐标轴的机
3、械装配图。三、单片微机控制系统的设计 （1）控制系统方案的确定及框图绘制。 （2）8031单片微机及扩展芯片的选用。 （3）1/O接口电路及译码电路的设计（4）设计绘制一台数控机床单片微机应用系统电路原理图。第三节、综合作业的工作量一、图纸部分(1) 进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图 (A0图纸一张)。(2) 单片微机应用系统电路原理图一张 (A1图纸一张)。二、说明书部分 说明书是综合作业整个设计计算过程的叙述说明，应包括以下内容:(1) 加工程序的编制及说明。(2) 控制系统总体方案的分析及控制框图。(3) 机械部分设计计算、结构设计说明。(4) 硬件电路部分设计说明。说明书应不少于80
4、00字第四节、考核方法、考核内容及成绩评定 一、考核内容 学生接到综合作业题目以后，首先必须仔细阅读本指导书的内容，以求对设计的内容和要求有一全面系统的了解，并熟悉书中及书后附录中的资料，然后再按照指导书的步骤逐项进行，应避免在没有消化理解资料的情况下生搬硬抄。 二、考核方法 学生在完成作业的每一项之后，必须由指导教师审核并签字盖章。 三、考核评定 学生完成全部作业后，统一由学校组织考核小组，对学生完成综合作业的情况，以及对下述考核内容掌握情况评定成绩。 下面列出综合作业各部分的考核点： l、进给伺服系统机械部分考核点 (1) 滚珠丝杠螺母副如何预紧？(2) 怎样保证滚珠丝杠螺母的螺母座与两端
5、支承同心? (3) 滚珠丝杠所受的辆向力如何通过支承件传递到床身上? (4) 滚珠丝杠上的向心推力球釉承如何预紧? （5）齿轮传动副如何消除齿侧间隙? （6）消隙齿轮装配过程是怎样的? （7）步进电机在齿轮箱体上怎样定位? （8）滚动导轨怎样预紧? (9) 贴塑导轨摩擦系数多少?应该贴在导轨的什么部位? (10) 各部件的配合表面应该采用什么性质的配合及精度等级? (11) 设计和装配时，如何保证滚珠丝杠在垂直面和水平面内与机床导轨的平行度?（12）在什么情况下需要对滚珠丝杠进行预拉伸?怎样进行预拉伸? 2、微机数控系统电路设计部分考核点 （1）各芯片名称及功能。 （2）8031的四个1/0口
6、的功能。 （3）线选法地址译码方法。 （4）全地址译码方法及各芯片地址编码。 （5）扩展1/0口芯片口地址。 （6）8155或8255可编程接口芯片各1/0口输入、输出情况及控制字。 （7）键盘及显示接口电路工作原理。 （8）扩展数据存储器及程序存储器地址范围？为什么必须允许地址重叠 (即独立编址)？ （9）步进电机环形分配器工作原理、硬件环配芯片备引脚的功能。 （10）光电隔离电路工作原理。 （11）高低压驱动电路工作原理。 （12）其他辅助电路，如越界报哲电路、复位电路、时钟电路系工作原理。 四、综合作业评分标准 综合作业成绩分优秀、良好、中等、及格和不及格五级分制。各级评分标准如下： 优
7、秀：综合作业内容完整。按期完成任务。加工程序编制正确，进给伺服系统设计方案正确可行、论证充分，选用数据正确合理，计算准确，图面整洁，质量高，控制系统硬件线路设计合理。设计计算说明书整齐通顺、有条理。考核时对各部分考核点理解深透，能工确全面地回答问题。 良好：综合作业内容完整，按期完成任务。加工程序编制正确，进给伺服系统设计方案可行，论证较好，选用数据较合理、计算较准确，图面整洁、质量较高，硬件电路设计合理。说明书较通顺、整齐。考核时对各部分考核点理解较好，回答问题比较正确全面。 中等：综合作业内容完整，按期完成任务。加工程序编制基本正确，进给伺服系统设计方案基本正确，论证一般。选用数据基本正确
8、图面质量较整洁、质量尚好。考核时，对各部分考核点问题有一定的理解，经提示后能正确回答问题。 及格：基本完成综合作业规定的内容。方案选择无原则性错误，说明书和图面比较粗糙，质量一般，存在一些错误，但主要部分基本符合要求，对考核点列出的问题理解不够经提示后只能回答部分主要问题。 不及格：没有按期完成综合作业规定的内容，方案选择有原则性错误，计算和图纸有重大错误。对考核点所列出的主要问题不能回答经提示后回答仍不正确。 若发现有别人代作综合作业者，取消参加考核的资格。第五节、综合作业的参考题目 一、数控机床加工程序编制 以下题目所选用的数控车床或数控铣床可以按照例题中的经济型数控机床的规格参数去编程，
9、也可以选用自己熟悉的数控机床去编程。 （1）如图l-l所示零件，毛坯为5mm棒料，材料为45钢，HBS=235，尺寸及表面粗糙度见图。试编出精加工程序单 （各表面留余量均为0.2mm）。 图 1-l （2）如图1-2所示零件，毛坯为65mm棒料，材料为45钢，HBS=235，其全部加工(粗加工、半精加工、精加工)在数控车床上完成，试安排加工工艺路线，绘制刀具布置图，编制加工程序单。4020905f42R10of60f48M482 图 1-2 （3）如图1-3所示零件，毛坯已按零件形状铸成铸件，材料为可锻铸铁，HBS=220一260。表面加工余虽为4mm。 图 1-3（4）如图1-4所示凸轮，毛
10、坯采用可锻铸铁，铸造成形，工件硬度HBS=230，凸轮两端面及4mm孔已加工完毕。凸轮周边的余量为3mm，须在数控铣床上加工，试编制其加工程序。 图1-4（5）如图1-5所示零件，毛坯采用铸钢铸造成形，材料为中碳钢，HBS=160200，工件两端面及20m孔已加工完毕，圆弧与直线组成的周边轮廓加工余量为2mm需在数控铣床上加工，试编制加工程序。 图1-5 （6）如图1-6所示板状零件40mm孔及A、B表面已加工好。零件材料为钢HBS=150，现在XH754卧式加工中心上铣四周平面和钻4一12mm孔试编制其加工程序。要求，1)零件四周余量l毫米，一次铣成，编加工程序时，利用刀具位置偏置； 2)编
11、制钻4一12孔加工程序时，利用固定循环。 编制程序时的刀具T，主铀转速S，进给速度F可参考实例的程序的工艺规程卡来确定 （7）如图l-7所示板状零件40mm孔及A、B表面已加工好。现在XH754卧式加工中心上铣四周轮廓和加工4一Ml6螺纹孔(钻底孔、孔端倒角、攻螺纹)。零件材料为钢HBS=150，试编制其加工程序。要求： l)零件四周余量lmm，一次铣成编加工程序时，利用刀具半径补偿。2)编制加工4一M16螺纹孔程序时，利用固定循环。 图l-7 二、进给伺服系统机械部分设计题目 将以下普通车床改造成用MCS一51系列单片机控制的经济型数控车床，采用步进电机开环控制，纵例和横向均具有直线和圆弧插
12、补功能。要求该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。设计参数如表1-1所示。要求计算和设计一个坐标系统的进给伺服机构；题目如下:(l)、CA6140(或C6140、C620、C620-1等)普通车床微机数控化改装设计。(2)、C6150普通车床微机数控化改装设计。(3)、C6163(或C630)普通车床微机数控化改装设计。(4)、C6132(或C616)普通车床微机数控化改装设计。(5)、4OOmm经济型数控车床进给伺服系统机械结构设计。(6)、50Omm经济型数控车床进给伺服系统机械结构设计。(7)、630mm经济型数控车床进给伺服系统机械结构设计。 表1-1、经济型数控车床设计及改装技术
13、参数规格（型号）最大加工直径（mm）最大加工长度（mm）留板及刀架重力（N）刀架快移速度（m/min）最大进给速度(m/min)定位精度（mm）主电机功率(KW)启动加速时间（ms）面上鞍上纵向横向纵向横向纵向横向400mmCA6140 C620)400210750 100010006002.41.20.60.30.0157.530500mmC6150500280750 100011007002.41.20.60.30.0155.530630mmC6163CW61636303501400290012008002.01.00.50.250.0151035320mmC6132C6163201757008005002.41.20.80.40.014.525以下经济型数控铣床的设计或改造设计要求,采用MCS一51系列单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能，要求计算、设计和绘制一个坐标系统的进给伺服机构，具体设计参数见表1-2，题目如下: (8)、X52K立式铣床(或X62W万能铣床)微机数控化改装设计。 (9)、X53K立式铣床微机数控化改装设计。 (1O)、工作台面宽度32Omm(或25Omm,2OOmm)经济型数控铣床进给伺服机构设计。 表1-2、经济型数控铣床设计及改装设计技术
