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東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院 文獻(xiàn)綜述 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 基于單片機(jī)控制 X Y 工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 歐陽(yáng)昌馳 學(xué) 號(hào) 08315114 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 系 別 機(jī)電工程系 指導(dǎo)教師 萬(wàn)智輝 教學(xué)科研部 二 一一年 九月 前言 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)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(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大 它對(duì)國(guó)計(jì)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(lái)越重要的作用 從目前世 界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看 其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面 1 高速 高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì) 效率 質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體 高速 高精加工技術(shù)可極大地提高效 率 提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次 縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 從 EMO2001 展會(huì)情況來(lái)看 高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m min 甚至更高 空運(yùn)行速度可 達(dá) 100m min 左右 目前世界上許多汽車廠 包括我國(guó)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(jī)床 在加工精度方面 近 10 年來(lái) 普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10 提高到 5 精密級(jí)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(jìn)入納米級(jí) 0 1 為umu um 了實(shí)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(jī)得到了快速的 發(fā)展 應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大 2 智能化 開放式 網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì) 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) 智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控 系統(tǒng)中的各個(gè)方面 為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化 如加工過(guò)程的自 適應(yīng)控制 工藝參數(shù)自動(dòng)生成 為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化 如前饋 控制 電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算 自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)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(lái)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(yùn)行平臺(tái)上 面向機(jī)床廠家和最終用戶 通過(guò)改變 增加或 剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象 數(shù)控功能 形成系列化 并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技訣竅 集成到控制系統(tǒng)中 快速實(shí)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(gè)性的名牌產(chǎn)品 目前開放數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范 通信規(guī)范 配置規(guī) 范 運(yùn)行平臺(tái) 數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究 的核心 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn) 數(shù)控裝 備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線 制造系統(tǒng) 制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求 也是 實(shí)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(chǔ)單元 反映了數(shù)控 機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì) 1 X Y 數(shù)控工作臺(tái)簡(jiǎn)介 X Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng) 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 實(shí)現(xiàn)方便而 且能夠保證一定的精度 降低成本 是單片機(jī)控制技術(shù)的最簡(jiǎn)單的應(yīng)用 它充分的 利用了單片機(jī)的軟件硬件功能以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的控制 使機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大 精 度和可靠性進(jìn)一步得到提高 本課題研究涉及機(jī)械原理 機(jī)械設(shè)計(jì) 機(jī)械制圖 機(jī)電一體化 單片機(jī)工作原理 數(shù)控技術(shù)等方面的相關(guān)內(nèi)容 2 單片機(jī)的基本概念 單片機(jī)又稱單片微控制器 它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 而是把一個(gè)計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)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(gè)完整計(jì)算機(jī)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(jī)存儲(chǔ)器 RAM 只讀存儲(chǔ)器 ROM 多種 I O 口和中 斷系統(tǒng) 定時(shí)器 計(jì)時(shí)器等功能 3 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 單片機(jī)組成 中央處理器 存儲(chǔ)器 I O設(shè)備 2 存儲(chǔ)器 物理實(shí)質(zhì)是一組或多組具備數(shù)據(jù)輸入 輸出和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的集 成電路 用于充當(dāng)設(shè)備緩存或保存固定的程序及數(shù)據(jù) A ROM 只讀存儲(chǔ)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(huì)保留下來(lái) B RAM 隨機(jī)存儲(chǔ)器 用于暫存程序和數(shù)據(jù) 中間計(jì)算結(jié)果 或用作堆棧用 等 數(shù)據(jù)在掉電后就會(huì)丟失 3 I O端口 單片機(jī)與外界聯(lián)系的通道 它可以對(duì)各類外部信號(hào) 開關(guān)量 模擬量 頻率信號(hào) 進(jìn)行檢測(cè) 判斷 處理 并可控制各類外部設(shè)備 現(xiàn)在的 單 1 片機(jī) I O 口已經(jīng)集成了更多的特性和功能 對(duì) I O 端口的功能進(jìn)行了拓展 和復(fù)用 例如外部中斷 ADC 檢測(cè)以及 PWM 輸出等等 4 單片機(jī)的工作原理 單片機(jī)自動(dòng)完成賦予它的任務(wù)的過(guò)程 也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程 即 一條條執(zhí)行的指令的過(guò)程 所謂指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命 令的形式寫下來(lái) 這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的 一條指令對(duì)應(yīng) 著一種基本操作 單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令 就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng) 不 同種類的單片機(jī) 其指令系統(tǒng)亦不同 為使單片機(jī)能自動(dòng)完成某一特定任務(wù) 必須把要解決的問(wèn)題編成一系列指令 這些指令必須是選定單片機(jī)能識(shí)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(yù)先存放在具有存儲(chǔ)功 能的部件 存儲(chǔ)器中 存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元 最小的存儲(chǔ)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(gè)房間的被分配到了唯一一個(gè)房間號(hào)一樣 每一個(gè)存儲(chǔ) 單元也必須被分配到唯一的地址號(hào) 該地址號(hào)稱為存儲(chǔ)單元的地址 這樣只要 知道了存儲(chǔ)單元的地址 就可以找到這個(gè)存儲(chǔ)單元 其中存儲(chǔ)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(jī)在執(zhí)行程序時(shí)要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行 必 須有一個(gè)部件能追蹤指令所在的地址 這一部件就是程序計(jì)數(shù)器 PC 包含在 CPU 中 在開始執(zhí)行程序時(shí) 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(nèi)容就會(huì)自動(dòng)增加 增加量由本條指令長(zhǎng) 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(diǎn)位控制功能 數(shù)控銑床的點(diǎn)位控制主要用于工件的孔加工 如中心鉆定位 鉆孔 擴(kuò)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(guò)數(shù)控銑床的直線插補(bǔ) 圓弧插補(bǔ)或復(fù)雜的曲線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng) 銑削加工工件的平面和曲面 3 刀具半徑補(bǔ)償功能 如果直接按工件輪廓線編程 在加工工件內(nèi)輪廓時(shí) 實(shí)際輪廓線將大了一個(gè)刀具半徑值 在加工工件外輪廓時(shí) 實(shí)際輪廓線又小了一個(gè)刀具 半徑值 使用刀具半徑補(bǔ)償?shù)姆椒?數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算刀具中心軌跡 使刀具中心偏 離工件輪廓一個(gè)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(bǔ)償?shù)?功能 改變刀具半徑補(bǔ)償量 還可以補(bǔ)償?shù)毒吣p量和加工誤差 實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的粗加 工和精加工 4 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能 改變刀具長(zhǎng)度的補(bǔ)償量 可以補(bǔ)償?shù)毒邠Q刀后的長(zhǎng)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(yīng)用固定循環(huán)加工指令 可以簡(jiǎn)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(diào)用 這樣簡(jiǎn)化程序結(jié)構(gòu) 引用子程序的功能使加工程序模塊化 按加工過(guò)程的工 序分成若干個(gè)模塊 分別編寫成子程序 由主程序調(diào)用 完成對(duì)工件的加工 這種模 塊式的程序便于加工調(diào)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(duì)實(shí)物掃描及采 集數(shù)據(jù) 經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后自動(dòng)生成 NC 程序 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的仿形加工 實(shí)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(kuò)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(jī)床銑削平面可以分為對(duì)工件的水平面 XY 加工 對(duì)工件的正平 面 XZ 加工和對(duì)工件的側(cè)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(fù)雜的曲面則需要使用三軸甚至更多軸聯(lián)動(dòng)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(duì)于加 工中 大批量或形狀復(fù)雜的工件則要設(shè)計(jì)組合夾具 如果使用氣動(dòng)和液壓夾具 通過(guò) 程序控制夾具 實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)裝缷 則能進(jìn)一步提高工作效率和降低勞動(dòng)強(qiáng)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(xiàn) 1 尹志強(qiáng) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 2 文懷興 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2005 3 王潤(rùn)孝 機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng) M 西安 西北工業(yè)大學(xué)出版社 2004 4 徐元昌 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2005 5 于金 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)踐 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2008 6 周開勤 機(jī)械零件手冊(cè) M 北京 高等教育出版社 2001 7 濮良貴 機(jī)械設(shè)計(jì) M 北京 高等教育出版社 2005 8 杜國(guó)臣 機(jī)床數(shù)控技術(shù) M 北京 北京大學(xué)出版社 2006 9 張訓(xùn)文 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 M 北京 北京理工大學(xué)出版社 2006 10 趙丁選 機(jī)電一體化使用手冊(cè) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社社 2003 11 汪道輝 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐 M 北京 電子工業(yè)出版社 2006 12 張大明 彭旭昀 單片微機(jī)控制應(yīng)用技術(shù) M 北京 機(jī)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