ZXK-7532数控立式钻铣床主运动、进给系统及控制系统设计开题报告
题目：ZXK-7532数控立式钻铣床主运动、进给系统及控制系统设计
1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述
一、数控技术的发展史
我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为3个阶段：第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。
二、数控机床的应用
数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比在现在是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。铣床是一种用途广泛的机床。它可以加工平面(水平面、垂直面等)、沟槽（键槽、T型槽、燕尾槽等）、多齿零件上齿槽（齿轮、链轮、棘轮、花键轴等）、螺旋形表面（螺纹和螺旋槽）及各种曲面。此外，它还可以用于加工回转体表面及内孔，以及进行切断工作等。数控机床即数字程序控制机床，是自动化机床的一种。最早出现的是数控铣床。60年代以后，点位控制的机床迅速发展，出现了数控钻床、数控冲床和数控坐标镗床。这类机床不需要复杂的控制算法就可以实现加工。数控机床是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上就代表这个国家的制造业水平和竞争力。
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三、国内数控机床的特点
近年来，我国数控机床的产量持续增长，数控化率也显著提高。另一方面我国数控产品的技术水平和质量也不断提高。目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在国际市场上具有一定的竞争力。我国数控机床行业所掌握的五轴联动数控技术较成熟，并已有成熟商品走向市场。我国在数控机床高端产品的生产上取得了一定的突破。目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在8000～10000转/分以上的数控机床。我国数控机床行业近年来大力推广应用CAD等信息技术，很多企业已开始和计划实施应用ERP、MRPⅡ和电子商务。如，济南第二机床集团有限公司的CAD普及率达100%，是国家级“CAD示范企业”，企业的MRPⅡ系统应用也非常成功，现代化管理水平较高。
但是和发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然存在很多不足。
１、信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。我国数控机床行业总体的技术开发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能数控机床基本上还得依赖进口。
２、产品成熟度较低，可行性不高。国外数控系统平均无故障时间在10000小时以上，国内自主开发的数控系统仅3000-5000小时；整机平均无故障工作时间国外达800小时以上，国内最好只有300小时。
３、创新能力低，市场竞争力不强。我国生产数控机床的企业虽达百余家，但大多数未能形成规模生产，信息化技术利用不足，创新能力低，制造成本高，产品市场竞争能力不强。
四、数控机床的发展趋势
传统的机械加工设备, 在当今日益多变的市场需求和激烈竞争中, 已不能满足企业上水平、求发展的需要。现在, 工业发达国家都是以数控机床为基础, 向柔性加工自动化的方向(FMC, FMS) 发展, 并以对生产过程实行整个系统优化的计算机集成制造系统(CIMS) 作为发展目标
1、高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，我国生产的第六代数控机床系统均采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度，使得高速运算、模块化及多轴成组控制系统成为可能。同时，新一代数控机床将采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力。
2、智能化。现代数控机床的智能化发展将通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速作出实现最佳目标的智能决策，对机床的工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。
3、基于CAD和CAM的数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前CAD/CAM图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用CAD绘制的零件加工图样，经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成数控机床零部件加工程序，以实现CAD与CAM的集成。随着CIMS技术的发展，当前又出现了CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程方式，其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的CAPP数据库获得，推动数控机床系统自动化的进一步发展。
4、发展可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。新一代的数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，减少元器件的数量，从而提高可靠性。同时通过自动运行诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。
因此，对数控机床研究成为现代机床设计重要课题。本次设计我选择ZXK-7532数控立式钻铣床设计及控制系统设计。对ZXK-7532数控立式铣床的主运动系统和进给系统的机械结构进行了设计和计算，并对其控制系统的硬件电路进行了设计。
2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案
本课题研究的是ZXK-7532数控立式钻铣床的主轴变速箱，进给系统及控制系统的设计。通过参考ZJK-7532立式钻铣床，及各厂家生产同类型的数控铣床进行比较，对ZXK-7532数控立式钻铣床参数进行确定。然后进行机械部分和硬件电路部分设计，这是本课题的难点，也是问题存在之处。在机械部分设计完成之后，把硬件电路设计和机械部分结合在一起，就可以实现ZXK-7532数控立式钻铣床的数字控制。
本文对主运动系统的设计与普通机床的设计方法一致，以锻炼自己对常规机床设计的能力，其主轴变速箱的设计由分析比较图册上同类型铣床的结构布局，进行机械部分的设计。画出结构草图，通过修改之后确定其结构。进给系统部分采用开环伺服系统，以步进电机作为伺服执行元件。数控装置发出的指令脉冲，输送到伺服系统中的环行分配器和功率放大器，使步进电机转过相应的角度，然后通过减速齿轮和丝杠螺母机构，带动工作台移动。数控系统由硬件和软件部分组成，其中硬件电路是用MCS —51系列单片机组成的控制系统，系统采用8031作CPU。扩展了两片2764芯片，两片6264芯片，两片8255可编程并行I/O接口。再通过环型分配器驱动步进电机转动。
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