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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(chē)、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(chē)廠,包括我國(guó)的上海通用汽車(chē)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3～5,提高到1～1.5并且超精密加工精度已開(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)0.1。為了實(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(kāi)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(kāi)放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)之路。所謂開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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：?jiǎn)纹瑱C(jī)與外界聯(lián)系的通道，它可以對(duì)各類外部信號(hào)（開(kāi)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?，F(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(xiě)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(kāi)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?，?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)墓δ?，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(xiě)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(xiě)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(pán)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。
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