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1、福州大學至誠學院本科生畢業(yè)設計（論文）資料題 目：小型數(shù)控立式銑床(五軸)機械結構設計姓 名： 學 號： 2110892382 系 別： 機 械 工 程 系 專 業(yè)： 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化 年 級： 2008級 指導教師： 2012 年 2月 17日目 錄一、任務書二、開題報告三、文獻綜述福州大學至誠學院本科生畢業(yè)設計（論文）任務書2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 30 日題 目：小型數(shù)控立式銑床（五軸）機械結構設計姓 名： 陳 勇 學 號： 210892382 系 別： 機 械 工 程 系 專 業(yè)： 機 械 設 計 制 造 及 自 動 化 年 級：

2、 2008級 指導教師： 金 怡 果 （簽名）系主任（或教研室主任）： （簽章）設 計 （ 論 文 ） 任 務（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求）（不夠寫可另加頁）一、計原始資料 1主軸轉速范圍：801650r/min（無極調速）；最大鉆孔直徑：28mm；最大銑削能力：平面2.6105mm2 2主電機功率：4.5KW 3工作臺重量：2000N；工件最大重量：1960N；工作臺最大行程（縱向）：450mm；垂直方向行程：345mm；橫向行程：250mm4切削方式及定位精度：銑削（直線控制）定位精度0.012/300mm；鉆鏜（點位控制）定位精度0.01/300mm5. X、Y軸的快移速度：12m

3、/min；Z軸的快移速度：8m/min 二、設計任務 1機床總體布局方案的擬定； 2機床主傳動系統(tǒng)及主軸組件計算； 3機床進給伺服系統(tǒng)的計算等； 4數(shù)控回轉工作臺的設計（調隙機構、回轉工作臺鎖緊裝置、搖擺工作臺鎖緊裝置）；5設計說明書1份。 三、時間安排 1收集資料，類比分析國內外各類加工中心的功能、布局、參數(shù)和特點等，寫出開題報告，完成文獻綜述一份 2周 2總體設計部分1周 3主軸箱設計部分3周 4進給系統(tǒng)設計部分 2周 5數(shù)控回轉工作臺設計 3周6機動1周 7說明書部分1周 8答辯及評定成績 1周 畢業(yè)設計（論文）的主要內容（不夠寫可另加頁）收集資料，熟悉加工中心的概念、分類，組成與布局，

4、加工中心的特點與工藝范圍等；1 加工中心的總體設計 2主軸箱設計 主軸箱裝配圖 （0# 一張） 主軸零件圖 （1# 一張） 3三向進給傳動系統(tǒng)設計 (1)X向（或Y向、Z向）進給傳動系統(tǒng)裝配圖 （1# 一張） (2)數(shù)控回轉工作臺裝配圖 （0# 一張） (3)部分零件件圖 （略） 4設計說明書（含目錄、中英文摘要） 畢業(yè)設計（論文）任務更改記錄更 改 原 因更 改 內 容主要參考文獻1.王愛玲等主編現(xiàn)代數(shù)控機床國防工業(yè)出版社，2003 2.曹金榜主編機床主軸變速箱設計指導機械工業(yè)出版社，1987 3.李福生主編數(shù)控機床技術手冊北京出版社，1996 4.邱宣懷主編機械設計高等教育出版社，1991

5、 5.文懷興 夏田主編數(shù)控機床系統(tǒng)設計化學工業(yè)出版社，2006 6.蔡厚道主編數(shù)控機床構造北京：北京理工大學出版社，2007 7.韓鴻鸞等編數(shù)控銑床和加工中心的編程與操作實例北京：中國電力出版社，20068機床設計手冊編寫組編機床設計手冊北京：機械工業(yè)出版社，19859周開勤主編 機械零件手冊（第三版） 高等教育出版社，198910.劉雄偉主編數(shù)控加工技術與編程技術 北京：機械工業(yè)出版社，2000系別機械工程系學生學號210892382 學生姓名陳勇 專業(yè)機械設計制造及其自動化年 級2008級指導教師金怡果題目小型數(shù)控立式銑床（五軸）機械結構設計1、 選題依據(jù) 數(shù)控機床作為一種高自動化、高柔性

6、、高精度、高效率的機械加工設備,決定了它在現(xiàn)代制造業(yè)中占有越來越重要的作用。近年來,我國在中高檔數(shù)控機床關鍵技術上有了較大突破,創(chuàng)造出一批具有自主知識產權的研究成果。目前,在實際應用中有部分工件在加工微型孔或銑削平面時,加工精度不高，隨著社會生產和科學技術的發(fā)展，機械產品日趨精密復雜，且需頻繁改型。特別是在宇航、造船、軍事等領域所需的零件，精度要求高，形狀復雜，批量小。普通機床已不能適應這些需求。為了滿足上述要求，一種新型的機床數(shù)字程序控制機床（簡稱數(shù)控機床）應運而生。數(shù)控機床是當代制造業(yè)的主流裝備，是市場的熱門商品。我國數(shù)控機床經歷30多年來的發(fā)展，現(xiàn)已頗具規(guī)模，機床已涉及超重型機床、高精度

7、機床、特種加工機床、鍛壓設備、前沿高技術機床等領域。但與機床高度發(fā)達的國家相比，我國機床的總體制作水平還是存在著一定的差距，相當明顯的是：在我國，對于四軸聯(lián)動以上的機床，大部分來自國外，再加上西方國家對我國在這方面的技術封鎖，在一定程度上影響了我國數(shù)控機床的發(fā)展。與普通機床相比，數(shù)控機床具有如下一些優(yōu)點：易于加工異型復雜零件；提高生產率；可以實現(xiàn)一機多用，多機看管；可以大大減少專用工裝卡具，并有利于提高刀具使用壽命；提高零件的加工精度，易于保證加工質量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大減少在制品的數(shù)量；可以大大減輕工人勞動強度，減少所需工人數(shù)量等。二、本課題擬解決的問題1加工中心的總

8、體設計 2主軸箱設計 主軸箱裝配圖 （0# 一張） 主軸零件圖 （1# 一張） 3三向進給傳動系統(tǒng)設計 (1)X向（或Y向、Z向）進給傳動系統(tǒng)裝配圖 （1# 一張） (2)數(shù)控回轉工作臺裝配圖 （0# 一張） (3)部分零件件圖 （略） 5設計說明書（含目錄、中英文摘要） 三、解決辦法或設計方案采用單片機（AT89C51）為控制核心，4x4鍵盤為輸入模塊，LCD12864液晶顯示模塊，兩片數(shù)模轉換芯片（DAC0832），并行I/O接口芯片（8255A），地址鎖存器芯片（74LS373）以及晶振電路和復位電路等構成了函數(shù)信號發(fā)生器的硬件系統(tǒng)。波形的產生是由AT89C51單片機通過程序控制，由鍵盤

9、設置單片機按不同的規(guī)律向數(shù)模轉換芯片1輸入端發(fā)送數(shù)據(jù)，經過D/A轉換產生不同類型的信號；幅值調節(jié)是由鍵盤輸入的數(shù)值調節(jié)單片機向數(shù)模轉換芯片2的輸入端發(fā)送所需數(shù)據(jù)，通過數(shù)模轉換輸出穩(wěn)定的模擬電壓作為數(shù)模轉換芯片1的基準電壓，從而實現(xiàn)了輸出信號幅值的調節(jié)；頻率調節(jié)是由鍵盤輸入數(shù)值調節(jié)單片機控制向模轉換芯片1發(fā)送數(shù)據(jù)的時間間隔（即延時時間），實現(xiàn)信號頻率的調節(jié)。單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)經過D/A和功率放大器產生一定的波形，并在LCD液晶顯示模塊上實時顯示波形名稱，曲線，幅值和頻率等信息，此方案通過編程簡化了外部電路，原理簡單，容易實現(xiàn)，彌補了同類產品的不足，系統(tǒng)抗干擾能力強。四、進度安排1收集資料，類比分析

10、國內外各類加工中心的功能、布局、參數(shù)和特點等，寫出開題報告，完成文獻綜述一份 2周 2總體設計部分 1周 3主軸箱設計部分 3周 4進給系統(tǒng)設計部分 2周 5數(shù)控回轉工作臺設計 3周 6機動 1周 7說明書部分 1周 8答辯及評定成績 1周 指導教師意見該畢業(yè)設計題目選題正確，內容較為豐富，功能完善，符合福州大學本科生畢業(yè)設計教學大綱的要求。同意開題 指導教師（簽名） 2012年 2月 1 7日福州大學至誠學院本科生畢業(yè)設計（論文）文獻綜述題 目：小型數(shù)控立式銑床（五軸）機械結構設計 姓 名： 陳勇 學 號： 210892382 系 別： 機 械 工 程 系 專 業(yè)： 機 械 設 計 制 造

11、及 其 自 動 化 年 級： 2008級 指導教師： 金怡果 （簽名） 2012年 2月 1 7日前言函數(shù)信號發(fā)生器是一種常用的信號源，它廣泛地應用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學實驗等領域。目前，長期使用的信號發(fā)生器絕大部分都是由模擬電路構成的，這類儀器作為信號源，在高頻范圍內其頻率穩(wěn)定度高，可調性好。然而，在科學研究和生產實踐中，如工業(yè)過程控制、生物醫(yī)學、地震模擬、機械振動等領域，通常需要低頻信號源。由模擬電路生成低頻信號性能不能令人滿意，而且用于低頻其RC 很大。大電阻、大電容在制造上有困難，參數(shù)準確度難以保證，同時，體積大、漏電損耗顯著。利用單片機通過程序設計方法來產生低頻信號，具有線路

12、相對簡單、結構緊湊、體積小、價格低廉、頻率穩(wěn)定度高、抗干擾能力強、用途廣泛、頻率幅值控制可直接由鍵盤輸入，無需進行其他任何調節(jié)等優(yōu)點。文獻綜述文獻1：介紹利用單片機控制，采用頻率鎖相技術實現(xiàn)的低頻信號發(fā)生器的軟硬件結構及工作原理。該信號發(fā)生器將各種波形量化后的參數(shù)存儲在波形參數(shù)存儲器中，再通過讀取存儲器內數(shù)據(jù)能輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波四種波形，頻率的控制由頻率鎖相環(huán)電路來實現(xiàn)，這種頻率控制方法雖然能夠準確控制各信號的頻率，但是電路結構較為復雜。幅度控制電路是通過改變D/A轉換器的基準電壓來完成的，結構簡單，容易實現(xiàn)，此方法具有一定的參考價值。文獻2：介紹了目前信號發(fā)生器的構成方法，包括

13、采用DDS(DirectDigital Synthesis)型的任意波發(fā)生器、采用專用的信號發(fā)生芯片MAX038以及傳統(tǒng)的AWG等。通過分析比較后采用傳統(tǒng)的AWG來實現(xiàn)多功能信號發(fā)生器能夠產生正弦波、三角波、方波及鋸齒波等波形，單片機負責控制信號發(fā)生單元的工作狀況，根據(jù)外部鍵盤的輸入改變程序運行的狀態(tài)，使信號發(fā)生發(fā)生單元能產生所需的波形。波形數(shù)據(jù)為一系列二進制數(shù)，通過D/A轉換和放大后輸出。借助高性能單片機運算速度高，系統(tǒng)集成度強的優(yōu)勢，設計的這種信號發(fā)生器，具有硬件簡單，理解及實現(xiàn)起來較容易，該方案的設計思路較為清晰，具有一定的參考價值，尤其是對信號頻率的控制。它是通過改變時鐘頻率來控制輸出

14、波形的頻率，其輸出頻率的步進量取決于時鐘信號源。在一個周期中它輸出頻率的樣本數(shù)是固定的，其相位噪聲較低且不隨輸出頻率改變而變化，當一個周期的樣本數(shù)較多時，波形失真較小波形輸出較好，這對于合成任意波形很有利。文獻3：利用AT89S52單片機和DA0832數(shù)模轉換器，通過硬件電路設計和軟件編程實現(xiàn)產生鋸齒波、方波、正弦波、三種波形并且頻率可調的簡易信號發(fā)生器，可為初學單片機軟硬件的人員提供一定的參考利用AT89S52分別實時地對其I/O口P3.0、P3.1、P3.2三個端口進行掃描來改變輸出信號的參數(shù)，對應的有如果P3.0有低電平出現(xiàn)來進行波形的選擇，并且在選擇正弦波時是將OOH到OFFH按照正弦

15、波波形的變化趨勢分成255個間斷的點，形成一個正弦波取值表，用AT89S52在每一個時鐘到來時取表值通過P1口送至DA0832轉換模擬量實現(xiàn)輸出。三角波和方波也都建立了相應的取值表，實現(xiàn)方法同正弦波，這種建立取值表的發(fā)法雖然簡化了程序的設計，但也使可修改性變差。利用P3.1的低電平的出現(xiàn)時調用延時程序來減小輸出信號波形的頻率，同樣原理利用P3.2可以增大輸出信號波形的頻率，從而實現(xiàn)了不同波形及其頻率的調節(jié)。這種通過調用延時程序來減小輸出信號波形的頻率具有思路清晰，編程簡單等優(yōu)點，但其頻率無法跨段調節(jié)，在借鑒的同時需要進一步改進。三種信號波形幅度的調整是通過改變電阻的阻值來實現(xiàn)。此方法雖然電路簡

16、單，但無法得到幅值的精確值。文獻4：給出了通過串口通信驅動圖形點陣模塊JM12864C，動態(tài)顯示正弦波、三角波和方波等函數(shù)圖形單片機最小應用系統(tǒng)，提供了詳細軟、硬件設計。LCD 模塊可分為字符點陣式LCD模塊和圖形點陣式LCD模塊。字符點陣式LCD模塊的點陣排列中，字符間有一點的間隔，每行間也有一行的間隔，所以不能顯示圖形。而且它一般只能顯示模塊預先存儲的幾十到100多個字符，使用受到一定限制。圖形點陣式LCD模塊的特點是點陣像素連續(xù)排列，行和列在排布中均沒有空隔，因此可以顯示連續(xù)、完盛的圖形，它能根據(jù)需要顯示各種字符、漢字和圖形，有著更加廣泛的用途。JM12864C屬于圖形點陣式LCD模塊，

17、它提供了三種組合結構方式:馭動控制一體式、控制分離式、電腦控制式。其中，馭動控制一體式的控制接口為S232電平，單片機可采用串口方式與其相聯(lián)，其接口相對簡單。作者根據(jù)JM12864C棋塊的特點，設計了一種以用單片機控制的顯示圖形與文本的最小系統(tǒng)。對本次畢業(yè)設計具有很高的參考價值。只要設計出或通過采徉得到其波形表，本文介紹的顯示方式可以推廣至任意波形的顯示。在時間軸上顯示多個波形時可以通過對波形表采樣得到，在幅度軸上可以對現(xiàn)有波形表的幅度減去其中間橫軸坐標值后，再按比例減小波形幅度，最后加上中間橫軸坐標值，從而得到變換后的波形幅度坐標。因此該方法簡單，操作方便，有較好的適應性。文獻5：針對傳統(tǒng)信

18、號發(fā)生器存在元器件分散性造成波形失真的弊端，提出了基于單片機的，用程序實現(xiàn)方波、鋸齒波、三角波、正弦波等波形的信號發(fā)生器方案并在Proteus電子設計平臺，對方案進行了仿真實現(xiàn)了波形的自由切換，頻率和幅度在線調整，從根本上解決了波形失真的問題。文章以AT89C51為核心，通過創(chuàng)新設計，實現(xiàn)了波形自由切換，頻率和幅度在線調整?；趩纹瑱C的信號發(fā)生器系統(tǒng)在程序控制下，先讀取P3口決定波形信號類別，然后由P0口輸出數(shù)據(jù)，經DA轉換后放大、濾波輸出 波形頻率在線調整是通過讀取P2口上的撥碼開關的編碼，并根據(jù)該編碼產生的數(shù)字量，在PO口輸出一個數(shù)據(jù)后立即產生一個對應時長的延時時間來實現(xiàn)，操作簡單、易于編

19、程，值得參考。幅度調整是通過接在DAC上的滑動變阻器來改變DA轉換的參考電壓來實現(xiàn)，雖然操作容易，但無法精確調整信號的幅值，可以進一步完善。本文中要濾除的頻率分量主要是DA轉換器所產生的高頻分量，與所要保留的信號頻率相差很遠，因此，濾波器在通帶內的平坦程度對我們來說比其衰減陡度更為重要。增加濾波電路是改善波形的平滑性，有利于解決波形的失真的一個很好的方法。文獻6：討論了VJ，SST89E564單片機為核心的低頻信號發(fā)生器設計原理和方法，采用單片機外部大容量存儲器擴展技術及DAC接口技術簡化了儀器硬件設計，以軟件查表方式讀取波形信號經高散化處理之后的數(shù)據(jù)，通過DA轉換還原成所需要的信號波形，討論

20、了波形離散化處理方法及數(shù)據(jù)采樣點數(shù)與存儲容量的關系，給出了硬件電路和軟件框圖。給DAC2芯片預置一個波形幅度初值，使其輸出一個初始電壓作為DACI芯片的參考電壓，通過改變這個參考電壓，就可以實現(xiàn)DACl輸出波形的幅度調節(jié)，波形的頻率調節(jié)則通過改變輸出數(shù)據(jù)的延時時間來實現(xiàn)。鍵盤中斷服務程序根據(jù)不同按鍵的鍵值選擇不同的輸出波形，整個鍵盤顯示管理由可編程芯片8279完成，單片機只需要執(zhí)行按鍵中斷服務程序，減輕單片機掃描鍵盤的負擔，可以騰出更多時間進行波形數(shù)據(jù)處理，使得輸出波形更為平滑。在對波形信號進行離散化處理時合理選擇每周期的采樣點數(shù)是十分重要的。為了減小失真，可以在DAC之后加上低通濾波器，但在

21、多通道時，低通濾波器會影響通道之間波形的相移，這一點在實際應用時應加以注意。信號發(fā)生器輸出波形頻率的上限受數(shù)據(jù)傳送速度、數(shù)據(jù)鎖存器及DAC轉換時間等因素的影響。信號發(fā)生器工作時，單片機根據(jù)鍵盤輸入命令，通過查表獲得預先存放在數(shù)據(jù)存儲器中與信號波形相關的數(shù)據(jù)值，送往DA轉換電路，輸出一個電壓點，當查表地址從全“0”(也可以從任意予置數(shù))開始計算到滿度值后再次回到全“0”時，表示一個完整的信號波形被輸出。如此反復，即可以獲得連續(xù)的信號波形。單片機通過查詢存儲單元內的波形信號數(shù)據(jù)，執(zhí)行波形生成程序，將不同數(shù)字量送往DAC進行轉換，輸出所需要的信號波形。DA轉換電路由DACl芯片和DAC2芯片以及兩級

22、運算放大器組成，DACI負責將單片機送來的數(shù)字量轉換成模擬量，輸出信號波形，同時以DAC2的輸出作為DACI的參考電壓，單片機根據(jù)需要改變DAC2的輸出電壓就可以實現(xiàn)信號波形的幅度控制。文獻7：以單片機為核心設計了一個低頻函數(shù)信號發(fā)生器。信號發(fā)生器采用數(shù)字波形合成技術，通過硬件電路和軟件程序相結合，可輸出自定義波形，如正弦波、方波、三角波及其他任意波形。波形的頻率和幅度在一定范圍內可任意改變。介紹了波形的生成原理、硬件電路和軟件部分的設計原理。介紹了單片機控制DA轉換器產生上述信號的硬件電路和軟件編程、DAC0832 DA轉換器的原理和使用方法、AT89C52以及與設計電路有關的各種芯片、關于

23、產生不同低頻信號的信號源的設計方案。該信號發(fā)生器具有體積小、價格低、性能穩(wěn)定、功能齊全的優(yōu)點。其工作過程為：在一個單片機的存儲器中存入波形數(shù)據(jù)，當要產生波形輸出時，所存信息經DA轉換器形成模擬量，波形再通過一個放大器來調整驅動和傳輸能力。因為DA轉換器的最大輸出電壓是由其輸入的基準電壓來控制的，只要能控制DA的基準電壓便可以控制輸出幅度，因此只需在DA轉換器基準電壓上加上一個變位器，便可以方便地改變其輸出信號的幅度。設計用2片DAC0832來完成輸出信號的工作，第l片DA用來輸出信號，第2片DA用來控制第1片DA的基準電壓，其中用Pl口作為2片DA的數(shù)據(jù)總線為了能夠讓單片機輸出所需的數(shù)字信號，

24、采用對信號采樣、量化的方法來實現(xiàn)由單片機產生所需信號。在設計中，對正弦信號進行采樣，通過查表來實現(xiàn)輸出不同的幅度值。采樣點越密，信號失真度也就越小。對于三角波，就是實現(xiàn)2次循環(huán)，通過由最小值到最大值和由最大值到最小值的循環(huán)來實現(xiàn)三角波的輸出。方波的輸出時間間隔由鍵盤輸入，然后由軟件通過定時、計數(shù)器來控制。因此，通過控制不同的計數(shù)初值就可以控制整個方波信號的頻率。總結隨著電子技術的飛快發(fā)展，單片機的應用不斷的深入，基于單片機的智能儀器的設計技術不斷成熟。單片機構成的儀器具有高可靠性，高性價比，單片機技術在智能儀表和自動化等諸多領域有了極為廣泛的應用，并應用到各種家庭電器，單片機技術的廣泛應用推動

25、了社會的進步。利用單片機采用程序設計方法來產生波形，線路相對簡單，結構緊湊，價格低廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強等優(yōu)點，而且還能對波形進行細微的調整，改良波形，易于通過程序控制，只要對電路稍加修改，調整程序，就能實現(xiàn)功能的升級。參考文獻1 陳鈞，陳堅，曾德芬單片機低頻信號發(fā)生器J華東地質學院學報，1999，22(4)：1-62 畢磊，路澤永，趙亞麗單片機控制多功能信號發(fā)生器的設計J承德石油高等?？茖W校學報，2008，10(2)：25-293 張根選，吳子懷基于AT89S52單片機的信號發(fā)生器的設計J湖南工程學院學報，2010，20(3)：18-204 付潤江，杜勇用點陣LCD顯示函數(shù)波形的應用

26、設計J江漢石油學院學報，2004，26(增)：321-3225 雷發(fā)禹，賓淼林，李永枧，劉澤華，姚自強基于單片機的信號發(fā)生器設計與仿真J邵陽學院學報，2009，6(3)：39-436 徐陽，鐘寶榮基于單片機的低頻信號發(fā)生器設計J長江大學學，2008，5(3)：71-737 張建民基于單片機的低頻任意信號發(fā)生器J信息化研究，2009，35(7)：12-158 胡漢才單片機原理及接口技術M.北京：清華大學出版社，19969 何立民MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計M北京：北京航空航天大學出版社，199010 童詩白模擬電路技術基礎M北京：高等教育出版社，2000.17120211 張永瑞電子測量技

27、術基礎M西安：西安電子科技大學出版社，2006.6110112 Postema G BGeneration and performance analysis of wide band radar waveformJIEEE International Radar Conference，1987:310-31413 Welborn M LDirect waveform synthesis for software radiosJWireless Communications and Networking Conference，1999，1:211-21514 Tierney J， Rader C M， Gold BAdigital frequency synthesizerJIEEE trans.Audio Electroacoust，1971:48-57