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東華理工大學(xué)長江學(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工作臺機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名： 歐陽昌馳
學(xué) 號： 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,它對國計(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)展的趨勢來看 ,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
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)周期和提高市場競爭能力。從 EMO2001 展會情況來看,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,普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10提高到5,精密級加工中心則從3～5,提高到1～1.5并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級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
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,如加工過程的自適應(yīng)控制,工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動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、自動識別負(fù)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(yùn)行平臺上,面向機(jī)床廠家和最終用戶,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象 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、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(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會的一個(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。
1. X-Y數(shù)控工作臺簡介
X-Y數(shù)控工作臺機(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)存儲器RAM、只讀存儲器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、存儲器、I/O設(shè)備。
（2）存儲器：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(jī)存儲器）：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)在掉電后就會丟失。
（3）I/O端口：單片機(jī)與外界聯(lián)系的通道，它可以對各類外部信號（開關(guān)量、模擬量、頻率信號）進(jìn)行檢測、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檢測以及PWM輸出等等。
4.單片機(jī)的工作原理
單片機(jī)自動完成賦予它的任務(wù)的過程，也就是單片機(jī)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(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，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)能自動完成某一特定任務(wù)，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(jī)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(yù)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(gè)房間的被分配到了唯一一個(gè)房間號一樣，每一個(gè)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(gè)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(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(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，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)對工件的粗加工和精加工。
（4）刀具長度補(bǔ)償功能 改變刀具長度的補(bǔ)償量，可以補(bǔ)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(yīng)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(diào)用，這樣簡化程序結(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，用傳感器對實(shí)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)對工件的仿形加工，實(shí)現(xiàn)反向加工工程?？傊?，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(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(fù)雜的工件則要設(shè)計(jì)組合夾具，如果使用氣動和液壓夾具，通過程序控制夾具，實(shí)現(xiàn)對工件的自動裝缷，則能進(jìn)一步提高工作效率和降低勞動強(qiáng)度。
?。?）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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