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毕业设计开题报告（含文献综述、外文翻译）题目椭圆形盖板自动打磨设备设计姓名何宇荣学号0836210061班级08机械3班专业机械设计制造及其自动化学院机械工程学院指导教师（职称）李军（副教授）2开题报告1.选题的背景和意义1.1选题的背景在现代国民经济中，制造业是国民经济各部门科学技术进步的基础，机械加工工艺直接制约着机器制造业的发展，而产品的研发和生产取决于机床夹具制造技术。机械工业能提供装备的技术性能、质量和可靠性，因此，机械工业的技术水平和规模是衡量一个国家科技水平和经济实力的重要标志。随着工业自动化的进步、控制技术的发展及受数字技术和微处理技术的影响，人们对工业过程控制的终端—执行器提出了新的要求。工业自动化，主要指在工业生产中应用自动化技术，实现产品的无间断自动生产，并以此加快产品的制造速度，由于其对人工需求较少，故可以有效的降低生产中的人工成本，这在当今工人工资急剧上涨的背景下十分重要。同时，在某些生产、加工领域，人工操作有一定的危险性或其精度等无法满足生产要求，在这些领域中，工业自动化技术的应用可以说是必须的。本课题涉及的马桶盖边缘打磨系统即属于工业自动化设备。1.2选题意义近几十年来，在工业制造领域，由于人工成本的大幅提升，使得工业自动化在大量企业中开始推广，企业对自动化生产的需求又反过来带动包括微电子技术、计算机制造技术及各类控制理论在内的大量自动化生产相关领域技术的发展,在这种相互促进中，自动化技术有了长足进步，相比较以往，现今的自动化生产有如下发展：1.更多样、更高精度的检测方式：近几十年中，大量新技术在检测领域的应用，使得检测手段比以往更为多样，仅以位置/位移传感器为例，有各类编码器、激光/红外测距传感器、电感\电容式传感器、光栅尺等十数种，并且，随着微电子技术的发展，各类传感器的检测精度、可靠性、抗干扰能力都较之以往有所提3高，某些检测手段可达到皮米及精度，同时，传感器的集成度也在不断提高，目前的传感器多已包含了相应调理电路，使用简便。2.不断完善的控制理论：常规PID控制、模糊控制、神经网络控制等一系列控制理论的出现和完善，解决了一系列以往难以解决的控制难题。3.更亲切的人机界面：早期自动化设备主要依靠按钮与指示灯实现与操作者的交流，随着组态技术的发展，今日的自动化设备多包涵了显示/触摸屏，并且可以依靠工业PC机实现信息汇总和指令下达。马桶盖边缘打磨系统的开发很好的满足了工厂对自动化技术的需求，也避免了特殊行业上出现员工荒的现象。保证企业正常的发展，进一步促进国民经济的发展。2．设计内容2.1主要设计内容设计基本要求：设计一椭圆形盖板自动打磨设备，实现盖板圆周自动打磨。要求能将盖板定位与装夹，自动根据盖板圆弧曲线，在X，Y轴方向产生二轴联动，使盖板待磨圆弧始终与磨头接触。并用触摸屏对设备进行控制与显示。2.2拟解决的关键问题1．机械部分，设计椭圆形盖板的定位，装夹、X-Y轴进给机构，设计工作台架等，关键零件的静力学分析。2．电气部分，设计电气动力系统，包括装夹、X-Y轴进给等电机的传动系统。3．电气控制部分，设计控制自动打磨所需的各种动作PLC控制系统，包括PLC硬件及程序设计，并设计触摸屏。43．设计的方法及措施3.1可行性分析经过机械原理、机械设计、可编程逻辑控制器等相关课程的学习，具有一定的专业知识。通过较为系统的学习，为毕业设计中所需的文献阅读与理论分析奠定了基础。指导老师在控制设计方面有着丰富的理论知识和实践经验，为本人的毕业设计提供了详实的指导，为完成本次毕业设计指出了明确的设计方向、途径和方法。机械部分：结合专业知识,多多参阅图书馆和网络良好资源利用软件模拟进行设计和仿真。控制系统：PLC作为专用的工业过程控制器，有很高的稳定性，同时，也有足够的运算速度以满足本课题要求。执行系统：可采用直动式气缸、液压缸、齿轮齿条机构等多种方案。综上所述，在老师的指导下，通过自己的学习和努力，综合运用大学所学的相关知识与技能，一定能很好的完成本毕业设计。3.2方法及措施1．方案选择：明确设备工作要求，在打磨方面可以打磨头不动，马桶盖X、Y、二轴联动进行工作；也可以马桶盖不动，打磨头X、Y二轴联动进行打磨；还可以马桶盖Z轴运动，打磨头Y方向运动两轴联动的方式进行工作。在装夹方面可以采取液压系统或者气压系统进行夹紧装置的设计。在定位方面采用行程开关进行位置的确定。罗列各备选方案的优缺点，进行比对，选出最优方案，将各部分方案结合成整体方案，对其进行系统分析以确保整体的技术可行性，并最终确定方案。2．参数计算和细节设计：建立系统的数学模型，并据此计算各部分参数，并对各方面细节进行分析。之后对计算进行实验验证，确保计算与实际相符。3．对有条件的部分进行调试/模拟调试：运用PROE等软件进行仿真和受力分析。54．预期设计成果依照设计任务书要求，设计完成时将产生如下成果：1.图纸：总装图（CAD绘制）一张；2.程序：PLC控制程序及相关注释；3.设计说明书一份。5．设计工作进度计划本毕业设计的阶段划分与进度安排如下：第7学期第4周—第12周集资料，撰写开题报告、文献综述、外文翻译；第13周—第16周开始机械机构图纸设计，电机传动控制设计；第8学期第1周—第3周PLC硬件及程序设计、触摸屏设计；第4周—第6周完善毕业设计，检查修改；第7周—第7周整理设计，上交材料；第8周毕业设计答辩资格审查；第9周准备答辩材料，答辩。6文献综述多轴控制系统的研究1.国内外研究现状由于数控加工业、汽车制造业和机器人产业的迅速发展，各国著名公司和企业都对多轴运动控制器进行了研发与应用，如中国计算机技术研究所的蓝天数控系列，美国DELFATAU公司的PMAC多轴控制卡，基于美国AD公司数字信号处理器的GT400系列控制器，日本三菱MELDAS系列控制器等。每个控制器都有以下几个关键的组成部份:(1)上位机与下位机。上位机，也就是所说的主机，及其系统软件与编程语言系统。比如，PMAC是在WINDOWS系统软件下，使用执行软件PEWIN;蓝天数控是在LINUX系统下，用G代码编译文件。这两种操作系统，前者因其使用的普遍性，广泛应用于个人PC中，后者因其源代码的开放性，在专业领域内使用广泛。下位机，一般是8位单片机或16位微机，接收上位机的指令与数据，经过固化在芯片里的控制程序计算后，再通过接口把控制量输出，进行伺服控制;同时，也可检测接口信息，并上传给上位机。(2)规划插补与控制算法。轨迹规划在机械手的设计和数控系统的加工中，占有重要的地位。轨迹规划，是指根据任务的要求，计算出预期的运动轨迹。机器人轨迹规划属于机器人低层规划，是在机械手运动学和动力学基础上，讨论笛卡尔坐标系下机器人运动的轨迹规划方法。在机床加工中，轨迹规划主要是对机床的速度进行规划。这些工作根据复杂程度与运算时间，在上位机或者下位机中执行，但一般放在上位机中进行计算，利用其强大的硬件和软件资源，提高计算的速度和精度。控制算法是指在伺服控制系统中，纠正目标值与检测值之间误差的方法。其中，PID控制算法是根据系统的动态响应和静态性能指标，对误差进行校正的一种典型且成熟的控制算法。(3)通讯与传感。通讯，在控制器中主要指上、下位机之间的信息交换，通7讯的接口可以是串行的形式，比如RS-232或RS-485，也可以是总线的形式，比如CAN总线或ISA总线等。传感，采集外界的信息，供系统分析。传感器分为内部状态和外部状态传感器两大类。内部状态传感器用于检测各运动轴的位置、速度等变量，为下位机的伺服控制提供反馈信息，常用的内部传感器为光电编码盘、电位计、测速发电机等。外部状态传感器用于检测机器人与周围环境间的状态变量，如距离、接触情况等。外部传感器在复杂系统控制中起到重要作用，比如在多轴控制器中，利用力传感器采集的接触力信息，参与控制量的调整，可以实现运动轴的力/位混合控制，增加控制器的应用范围。2．研究方向2.1基于PLC的多轴控制的研究[1]位置控制是可编程序逻辑控制器(PLC)的重要应用。针对多轴控制的需求,提出通过软件方式，采用轴组间切换处理实现多伺服轴控制的原理，并给出从命令代码下发到各种运动功能实现的基本过程，并指出其应用范围和实际意义。PLC作为工业环境的主要控制器，在生产实际中大量应用，其范围涵盖了顺序及其他逻辑控制、过程控制、位置控制等领域.大型化PLC系统以其可靠控制网络,形成分布式远程控制模式；各种小型PLC系统在针对具体设备控制方面，也都提供了极其丰富的功能,包括实数运算、高速脉冲处理、位置控制、脉冲直接输出(PLS)、脉宽调制脉冲输出(PWM)、各类中断等特殊处理功能.PLC为人们提供了良好的平台环境。2.2基于PMAC的多轴控制的研究[2]PMAC(ProgrammableMulti-AxisController)是美国Delta-Tau公司生产的系列运动控制器。用Motorola的DSP56000系列芯片作为CPU，最多可实现8轴的伺服控制。具有良好的硬件开放性和软件开放性。PMAC支持多种工作平台，允许在PC、STD、VME、PCI等不同总线上运行，方便了用户选择主机类型；有模拟和数字两种伺服接口,能与步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机等多种电机连接，并可对不同的电机提供，相应的控制信8号；可接受各种检测元件的反馈信息，包括测速发电机、光电编码器、光栅、旋转变压器等；提供串行方式、并行方式和双端口RAM方式与PC机进行双向通信；绝大部分地址向用户开放，包括电机信息、坐标信息及各种保护信息，这些硬件的开放性使用户可以很方便地根据自己的需要进行硬件设备的搭建。2.3用PLC基本指令实现自动运动定位控制的研究[4]在自动运动定位控制中如果控制精度要求较高，而且多数还有运动速度要求，一般采用伺服控制系统及用全功能的数控定位系统来实现自动精确定位。以上控制系统虽然功能完善、控制精度高，但一般价格比较昂贵，系统维护比较复杂，且数控系统的运动轨迹跟踪功能对于目标定位来说也十分多余。如果用步进系统实现伺服控制系统及数控定位系统的功能，完成快速、高精度的自动定位控制，不仅可以大幅降低系统成本，更重要的是可以大大提高自动精确定位的应用面，对提高一般设备的生产效率和产品质量是十分有意义的。用PLC控制的步进运动控制系统又分两种情况，一种是用PLC的专用运动控制及运动定位模块，另一种是直接利用PLC的高速脉冲输出指令PTO/PWM进行控制。前一种方法要增加专用运动定位模块，提高了控制成本，因此没有太多的改进必要；而后一种方法如果能满足一般运动定位控制需要,就能进一步降低成本扩大运动定位应用面。因此本文只探讨第二种PLC控制运动定位方法，在不增加任何专用的位置定位控制模块情况下，实现简便易行的PLC运动定位控制，即用小型PLC机、步进电机及驱动器及编码器组成运动定位控制系统。2.4数字量I/O卡在快速成型机多轴控制中的应用[5]在深入分析SLS快速成型机控制要求的基础上,提出了“PC+扫描卡+数字量I/O卡”的多轴控制系统方案。采用研华PCI-1751数字量I/O卡,实现了Windows2k下步进电机的软件控制,在此基础上设计了SLS快速成型机辅助轴控制单元,给出了Windows下辅助运动控制单元与其它处理单元的多线程同步方法。该方案具有较好的开放性,可配合各种扫描控制卡灵活搭建SLS快速成型机控制系统,以适应设备的不同工艺要求,且成本较低。93．进展情况3.1基于PLC的平面曲线焊接控制系统[3]在平面曲线焊缝的焊接过程中，利用PLC的多路脉冲输出功能，实现3轴联动控制。该系统将焊接轨迹用线段拟合，其拟合线段分解为3个自由度的运动，其运动速度、距离、角度参数折算成相应伺服电机的驱动脉冲个数和频率，并将此数据存储于PLC的数据区，在进行焊接时对该数据区进行读取，从而驱动焊枪形成焊接轨迹。经实际应用，该方法在拟合精度和运行速度上均可达到焊接要求。3.2多轴运动控制器在转台控制系统中的应用[2]以PMAC卡为核心对三轴转台的硬件及软件进行了设计，通过PMAC构建转台