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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
題 目： 長度尺寸測量裝置設(shè)計(jì)
學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名： 陳志剛 學(xué) 號： 200513090205
指導(dǎo)老師： 譚季秋
2009年 03 月 14 日
開題報(bào)告填寫要求
1．開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效。
2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按此電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見。
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報(bào)告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于10篇（不包括辭典、手冊），其中至少應(yīng)包括1篇外文資料；對于重要的參考文獻(xiàn)應(yīng)附原件復(fù)印件，作為附件裝訂在開題報(bào)告的最后。
4．統(tǒng)一用A4紙，并裝訂單獨(dú)成冊，隨《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書》等資料裝入文件袋中。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
1．文獻(xiàn)綜述：結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2500字以上的文獻(xiàn)綜述，文后應(yīng)列出所查閱的文獻(xiàn)資料。
1 機(jī)電一體化
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉和滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)改造，產(chǎn)品機(jī)構(gòu)，功能與構(gòu)成，生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化。使工業(yè)生產(chǎn)有“機(jī)械電氣化”邁入“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。
1.1機(jī)電一體化的發(fā)展史
20世紀(jì)60年代以來，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果，來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能后，刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，再后來計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制技術(shù)，通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展更進(jìn)一步奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，大約到20世紀(jì)80年代末期世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)：機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展，各國均開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持，20世紀(jì)90年代后期開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁向的新階段機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支，另一方面對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)，分析和集成方法，機(jī)電一體化的科學(xué)體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行深入研究。
我國是從20世紀(jì)80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。許多大專院校，研究機(jī)構(gòu)及一些大中形企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，取得了一定成果，但與歐美，日本等先進(jìn)國家相比仍有相當(dāng)大差距。機(jī)電一體化是集機(jī)械，電子，光學(xué)，控制，計(jì)算機(jī)，信息等多學(xué)科的交叉綜合。它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。
機(jī)電一體化發(fā)展至今也成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。
1.2 機(jī)電一體化的內(nèi)容
1） 機(jī)電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)用機(jī)械，電子等有關(guān)技術(shù)，使機(jī)械，電子有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體最優(yōu)的綜合性技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)主要包括技術(shù)原理和使用機(jī)電一體化產(chǎn)品（或系統(tǒng)）得以實(shí)現(xiàn)使用和發(fā)展的技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是一個(gè)技術(shù)群的總稱。
2） 機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）由若干具有特定功能的機(jī)械和電子要素組成的有機(jī)整體，具有滿足人的使用功能，機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）主要是指機(jī)械系統(tǒng)（或部件）與微電子系統(tǒng)（或部件）相互置換和有機(jī)結(jié)合，從而賦予新的功能和性能的新一代產(chǎn)品，有良好的人機(jī)協(xié)作關(guān)系。一個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)主要有機(jī)械裝置，執(zhí)行裝置，動(dòng)力源，傳感器，計(jì)算機(jī)5個(gè)要素構(gòu)成。
3） 機(jī)電一體化工程是機(jī)械工程和電子工程的綜合集成，即給定機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）“目的功能”與“規(guī)格”后，機(jī)電一體化技術(shù)人員利用機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，制造的過程體系。機(jī)電一體化工程是系統(tǒng)工程在機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）中的具體應(yīng)用。
4） 機(jī)電一體化思想體現(xiàn)了“系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理”和“綜合集成技巧”。系統(tǒng)工程，控制論和信息論是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。從某種意義上講，機(jī)電一體化思想相當(dāng)于“一體化”思想。它帶來了諸如光電機(jī)一體化，機(jī)電液一體化，科工貿(mào)一體化，人機(jī)一體化等技術(shù)及其產(chǎn)品。
1.3 機(jī)電一體化的優(yōu)點(diǎn)
機(jī)電一體化是指機(jī)構(gòu)的主要功能，動(dòng)力功能，信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱，其涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面，是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)，微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合，拼湊，這是機(jī)電一體化與機(jī)械+電氣形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別，機(jī)械工程技術(shù)由純機(jī)械發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的能力，但是發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動(dòng)檢測，自動(dòng)處理信息，自動(dòng)顯示記錄，自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制，自動(dòng)診斷與保護(hù)等，即機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸。機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別是智能化，機(jī)電一體化產(chǎn)品的典型例子有，數(shù)控加工中心，機(jī)器人以及具有檢測控制性能的數(shù)碼相機(jī)等?？傊?，一個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)主要由機(jī)械裝置，執(zhí)行裝置，動(dòng)力源，傳感器，計(jì)算機(jī)這五個(gè)要素構(gòu)成。歸納如下：
1） 具有記憶，運(yùn)籌，控制，信息處理等功能，從而達(dá)到產(chǎn)品的高性能，多功能和智能化；
2） 結(jié)構(gòu)簡化。使產(chǎn)品向著輕 薄 細(xì) 巧的方向迅速發(fā)展，易采用標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，制造；
3） 可以根據(jù)負(fù)荷及運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整與控制，具有節(jié)能的特點(diǎn)；
4） 具有自動(dòng)監(jiān)視，診斷功能及其某些智能使安全可靠性大幅度提高。
2 數(shù)控機(jī)床
數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作并加工零件。數(shù)控機(jī)床的控制單元：數(shù)控機(jī)床的操作和監(jiān)控全部在這個(gè)數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機(jī)床的大腦。
2.1 與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)：
●加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；
●可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件；
●加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；
●機(jī)床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高 （一般為普通機(jī)床的3~5倍）；
●機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；
●對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。
2.2 數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個(gè)部分組成：
●主機(jī)，他是數(shù)控機(jī)床的主題，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。
●數(shù)控裝置，是數(shù)控機(jī)床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。
●驅(qū)動(dòng)裝置，他是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)時(shí)，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。
●輔助裝置，指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。
●編程及其他附屬設(shè)備，可用來在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲等。
自從1952年美國麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺數(shù)控機(jī)床以來，數(shù)控機(jī)床在制造工業(yè)，特別是在汽車、航空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)無論在硬件和軟件方面，都有飛速發(fā)展。
3 伺服控制系統(tǒng)
3.1 概述
用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。又稱隨動(dòng)系統(tǒng)。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。
伺服控制系統(tǒng)最初用于船舶的自動(dòng)駕駛、火炮控制和指揮儀中，后來逐漸推廣到很多領(lǐng)域，特別是自動(dòng)車床、天線位置控制、導(dǎo)彈和飛船的制導(dǎo)等。采用伺服系統(tǒng)主要是為了達(dá)到下面幾個(gè)目的：①以小功率指令信號去控制大功率負(fù)載。火炮控制和船舵控制就是典型的例子。②在沒有機(jī)械連接的情況下，由輸入軸控制位于遠(yuǎn)處的輸出軸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距同步傳動(dòng)。③使輸出機(jī)械位移精確地跟蹤電信號，如記錄和指示儀表等。
衡量伺服控制系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)有頻帶寬度和精度。頻帶寬度簡稱帶寬，由系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性來規(guī)定，反映伺服系統(tǒng)的跟蹤的快速性。帶寬越大，快速性越好。伺服系統(tǒng)的帶寬主要受控制對象和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣性的限制。慣性越大，帶寬越窄。一般伺服系統(tǒng)的帶寬小于15赫，大型設(shè)備伺服系統(tǒng)的帶寬則在1～2赫以下。自20世紀(jì)70年代以來，由于發(fā)展了力矩電機(jī)及高靈敏度測速機(jī)，使伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了直接驅(qū)動(dòng)，革除或減小了齒隙和彈性變形等非線性因素，使帶寬達(dá)到50赫，并成功應(yīng)用在遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、精密指揮儀等場所。伺服系統(tǒng)的精度主要決定于所用的測量元件的精度。因此，在伺服系統(tǒng)中必須采用高精度的測量元件，如精密電位器、自整角機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器等。此外，也可采取附加措施來提高系統(tǒng)的精度，例如將測量元件（如自整角機(jī)）的測量軸通過減速器與轉(zhuǎn)軸相連，使轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角得到放大，來提高相對測量精度。采用這種方案的伺服系統(tǒng)稱為精測粗測系統(tǒng)或雙通道系統(tǒng)。通過減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的測角線路稱精讀數(shù)通道，直接取自轉(zhuǎn)軸的測角線路稱粗讀數(shù)通道。
伺服控制系統(tǒng)按所用驅(qū)動(dòng)元件的類型可分為機(jī)電伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)和氣動(dòng)伺服系統(tǒng)。
3.2 伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成
機(jī)電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),類型繁多,但從自動(dòng)控制理論的角度來分析,伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器,被控對象,執(zhí)行環(huán)節(jié),檢測環(huán)節(jié),比較環(huán)節(jié)等五部分
1）比較環(huán)節(jié);
比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進(jìn)行比較,以獲得輸出與輸入間的偏差信號的環(huán)節(jié),通常由專門的電路或計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn).
2）控制器;
控制器通常是計(jì)算機(jī)或PID控制電路,其主要任務(wù)是對比較元件輸出的偏差信號進(jìn)行變換處理,以控制執(zhí)行元件按要求動(dòng)作.
3）執(zhí)行環(huán)節(jié);
執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號的要求,將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,驅(qū)動(dòng)被控對象工作.機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓,氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等.
4）被控對象;機(jī)械參數(shù)量包括位移，速度，加速度，力，和力矩為被控對象。
5）檢測環(huán)節(jié);
檢測環(huán)節(jié)是指能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置,一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路.
3.3 伺服控制系統(tǒng)的分
伺服系統(tǒng)的分類方法很多,常見的分類方法有以下三種.
1)按被控量參數(shù)特性分類.
2)按驅(qū)動(dòng)元件的類型分類.
3)按控制原理分類.
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
２．開題報(bào)告：一、課題的目的與意義；二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望；三、課題主要內(nèi)容和要求；四、研究方法、步驟和措施
開 題 報(bào) 告
一、課題的目的與意義
二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望
機(jī)電一體化的概念機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù),將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總和。它涵蓋了“技術(shù)”“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。只是機(jī)電一體化技術(shù)是基于機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電子電力技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)等有機(jī)融合的一種綜合技術(shù),而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊,這是機(jī)電一體化與機(jī)械、電氣形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。
三、課題主要內(nèi)容和要求
1、主要內(nèi)容：
1）總體方案設(shè)計(jì)：明確設(shè)計(jì)任務(wù)，確定總體結(jié)構(gòu)方案。畫出系統(tǒng)框圖。
2）伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)：驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)計(jì)算，電機(jī)選擇。
3）機(jī)械傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)：繪制總裝圖。零件校核計(jì)算及主要零件圖。
4）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：硬件電路原理圖（帶數(shù)顯）。
5）控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：主要軟件設(shè)計(jì)。機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性分析。
6）編寫設(shè)計(jì)說明書。
2、要求：
簡易測量裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）機(jī)床系統(tǒng)的配套設(shè)備。主要用于測量零件的外長度尺寸和內(nèi)長度尺寸。
1）測量范圍0～100mm。
2）測量誤差不大于0.01mm。
3）測量裝置帶數(shù)字顯示。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語：
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日