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東華理工大學長江學院 文獻綜述 畢業(yè)設計題目 基于單片機控制 X Y 工作臺機電系統(tǒng)設計 學生姓名 歐陽昌馳 學 號 08315114 專 業(yè) 機械電子工程 系 別 機電工程系 指導教師 萬智輝 教學科研部 二 一一年 九月 前言 數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 使制造業(yè)成為工業(yè) 化的象征 而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大 它對國計民生的一 些重要行業(yè) IT 汽車 輕工 醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用 從目前世 界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看 其主要研究熱點有以下幾個方面 1 高速 高精加工技術及裝備的新趨勢 效率 質量是先進制造技術的主體 高速 高精加工技術可極大地提高效 率 提高產(chǎn)品的質量和檔次 縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力 從 EMO2001 展會情況來看 高速加工中心進給速度可達 80m min 甚至更高 空運行速度可 達 100m min 左右 目前世界上許多汽車廠 包括我國的上海通用汽車公司 已經(jīng) 采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床 在加工精度方面 近 10 年來 普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10 提高到 5 精密級加工中心則從um 3 5 提高到 1 1 5 并且超精密加工精度已開始進入納米級 0 1 為umu um 了實現(xiàn)高速 高精加工 與這配套的功能部件如電主軸 直線電機得到了快速的 發(fā)展 應用領域進一步擴大 2 智能化 開放式 網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21 世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) 智能化的內容包括在數(shù)控 系統(tǒng)中的各個方面 為追求加工效率和加工質量方面的智能化 如加工過程的自 適應控制 工藝參數(shù)自動生成 為提高驅動性能及使用連接方便的智能化 如前饋 控制 電機參數(shù)的自適應運算 自動識別負載自動選定模型 自整定等 數(shù)控 系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路 所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng) 的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上 面向機床廠家和最終用戶 通過改變 增加或 剪裁結構對象 數(shù)控功能 形成系列化 并可方便地將用戶的特殊應用和技訣竅 集成到控制系統(tǒng)中 快速實現(xiàn)不同品種 不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng) 形成具有 鮮明個性的名牌產(chǎn)品 目前開放數(shù)控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范 通信規(guī)范 配置規(guī) 范 運行平臺 數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究 的核心 網(wǎng)絡化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點 數(shù)控裝 備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產(chǎn)線 制造系統(tǒng) 制造企業(yè)對信息集成的需求 也是 實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造 虛擬企業(yè) 全球制造的基礎單元 反映了數(shù)控 機床加工向網(wǎng)絡化方向發(fā)展的趨勢 1 X Y 數(shù)控工作臺簡介 X Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計是一個開環(huán)控制系統(tǒng) 其結構簡單 實現(xiàn)方便而 且能夠保證一定的精度 降低成本 是單片機控制技術的最簡單的應用 它充分的 利用了單片機的軟件硬件功能以實現(xiàn)對機床的控制 使機床的加工范圍擴大 精 度和可靠性進一步得到提高 本課題研究涉及機械原理 機械設計 機械制圖 機電一體化 單片機工作原理 數(shù)控技術等方面的相關內容 2 單片機的基本概念 單片機又稱單片微控制器 它不是完成某一個邏輯功能的芯片 而是把一個計 算機系統(tǒng)集成到一個完整的集成在電路芯片上 盡管他的大部分功能集成在一 塊小芯片上 但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件 具有數(shù)據(jù)處理 能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM 只讀存儲器 ROM 多種 I O 口和中 斷系統(tǒng) 定時器 計時器等功能 3 單片機的基本結構 單片機組成 中央處理器 存儲器 I O設備 2 存儲器 物理實質是一組或多組具備數(shù)據(jù)輸入 輸出和數(shù)據(jù)存儲功能的集 成電路 用于充當設備緩存或保存固定的程序及數(shù)據(jù) A ROM 只讀存儲器 一般用于存放固定的程序或數(shù)據(jù)表格等 數(shù)據(jù)在掉電 后仍然會保留下來 B RAM 隨機存儲器 用于暫存程序和數(shù)據(jù) 中間計算結果 或用作堆棧用 等 數(shù)據(jù)在掉電后就會丟失 3 I O端口 單片機與外界聯(lián)系的通道 它可以對各類外部信號 開關量 模擬量 頻率信號 進行檢測 判斷 處理 并可控制各類外部設備 現(xiàn)在的 單 1 片機 I O 口已經(jīng)集成了更多的特性和功能 對 I O 端口的功能進行了拓展 和復用 例如外部中斷 ADC 檢測以及 PWM 輸出等等 4 單片機的工作原理 單片機自動完成賦予它的任務的過程 也就是單片機執(zhí)行程序的過程 即 一條條執(zhí)行的指令的過程 所謂指令就是把要求單片機執(zhí)行的各種操作用的命 令的形式寫下來 這是在設計人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的 一條指令對應 著一種基本操作 單片機所能執(zhí)行的全部指令 就是該單片機的指令系統(tǒng) 不 同種類的單片機 其指令系統(tǒng)亦不同 為使單片機能自動完成某一特定任務 必須把要解決的問題編成一系列指令 這些指令必須是選定單片機能識別和執(zhí) 行的指令 這一系列指令的集合就成為程序 程序需要預先存放在具有存儲功 能的部件 存儲器中 存儲器由許多存儲單元 最小的存儲單位 組成 就 像大樓房有許多房間組成一樣 指令就存放在這些單元里 單元里的指令取出 并執(zhí)行就像大樓房的每個房間的被分配到了唯一一個房間號一樣 每一個存儲 單元也必須被分配到唯一的地址號 該地址號稱為存儲單元的地址 這樣只要 知道了存儲單元的地址 就可以找到這個存儲單元 其中存儲的指令就可以被 取出 然后再被執(zhí)行 程序通常是順序執(zhí)行的 所以程序中的指令也是一條條 順序存放的 單片機在執(zhí)行程序時要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行 必 須有一個部件能追蹤指令所在的地址 這一部件就是程序計數(shù)器 PC 包含在 CPU 中 在開始執(zhí)行程序時 給 PC 賦以程序中第一條指令所在的地址 然后 取得每一條要執(zhí)行的命令 PC 在中的內容就會自動增加 增加量由本條指令長 度決定 可能是 1 2 或 3 以指向下一條指令的起始地址 保證指令順序執(zhí)行 5 數(shù)控銑床的主要功能 1 點位控制功能 數(shù)控銑床的點位控制主要用于工件的孔加工 如中心鉆定位 鉆孔 擴孔 锪孔 鉸孔和鏜孔等各種孔加工操作 2 連續(xù)控制功能 通過數(shù)控銑床的直線插補 圓弧插補或復雜的曲線插補運動 銑削加工工件的平面和曲面 3 刀具半徑補償功能 如果直接按工件輪廓線編程 在加工工件內輪廓時 實際輪廓線將大了一個刀具半徑值 在加工工件外輪廓時 實際輪廓線又小了一個刀具 半徑值 使用刀具半徑補償?shù)姆椒?數(shù)控系統(tǒng)自動計算刀具中心軌跡 使刀具中心偏 離工件輪廓一個刀具半徑值 從而加工出符合圖紙要求的輪廓 利用刀具半徑補償?shù)?功能 改變刀具半徑補償量 還可以補償?shù)毒吣p量和加工誤差 實現(xiàn)對工件的粗加 工和精加工 4 刀具長度補償功能 改變刀具長度的補償量 可以補償?shù)毒邠Q刀后的長度偏差 值 還可以改變切削加工的平面位置 控制刀具的軸向定位精度 固定循環(huán)加工功能 應用固定循環(huán)加工指令 可以簡化加工程序 減少編程的工作量 5 子程序功能 如果加工工件形狀相同或相似部分 把其編寫成子程序 由主程 序調用 這樣簡化程序結構 引用子程序的功能使加工程序模塊化 按加工過程的工 序分成若干個模塊 分別編寫成子程序 由主程序調用 完成對工件的加工 這種模 塊式的程序便于加工調試 優(yōu)化加工工藝 6 特殊功能 在數(shù)控銑床上配置仿形軟件和仿形裝置 用傳感器對實物掃描及采 集數(shù)據(jù) 經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后自動生成 NC 程序 進而實現(xiàn)對工件的仿形加工 實現(xiàn)反向 加工工程 總之 配置一定的軟件和硬件之后 能夠擴大數(shù)控銑床的使用功能 6 數(shù)控銑床加工范圍 平面加工 數(shù)控機床銑削平面可以分為對工件的水平面 XY 加工 對工件的正平 面 XZ 加工和對工件的側平面 YZ 加工 只要使用兩軸半控制的數(shù)控銑床就能完成這 樣平面的銑削加工 2 曲面加工 如果銑削復雜的曲面則需要使用三軸甚至更多軸聯(lián)動的數(shù)控銑床 7 數(shù)控銑床的裝備 1 夾具 數(shù)控銑床的通用夾具主要有平口鉗 磁性吸盤和壓板裝置 對于加 工中 大批量或形狀復雜的工件則要設計組合夾具 如果使用氣動和液壓夾具 通過 程序控制夾具 實現(xiàn)對工件的自動裝缷 則能進一步提高工作效率和降低勞動強度 2 刀具 常用的銑削刀具有立銑刀 端面銑刀 成形銑刀和孔加工刀具 參考文獻 1 尹志強 機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書 M 北京 機械工業(yè)出版社 2007 2 文懷興 數(shù)控機床系統(tǒng)設計 M 北京 化學工業(yè)出版社 2005 3 王潤孝 機床數(shù)控原理與系統(tǒng) M 西安 西北工業(yè)大學出版社 2004 4 徐元昌 機電系統(tǒng)設計 M 北京 化學工業(yè)出版社 2005 5 于金 機電一體化系統(tǒng)設計及實踐 M 北京 化學工業(yè)出版社 2008 6 周開勤 機械零件手冊 M 北京 高等教育出版社 2001 7 濮良貴 機械設計 M 北京 高等教育出版社 2005 8 杜國臣 機床數(shù)控技術 M 北京 北京大學出版社 2006 9 張訓文 機電一體化系統(tǒng)設計與應用 M 北京 北京理工大學出版社 2006 10 趙丁選 機電一體化使用手冊 M 北京 化學工業(yè)出版社社 2003 11 汪道輝 單片機系統(tǒng)設計與實踐 M 北京 電子工業(yè)出版社 2006 12 張大明 彭旭昀 單片微機控制應用技術 M 北京 機械工業(yè)出版社 2006 13 Bollingen John G Computer Contol of Machines and Processes USA Addison Wesley Publishing Company 1988 14 Charles L Harbor Feedback Control Systems Prentice Hall Inc 1988