開題報告-基于單片機的CK6163數(shù)控車床控制系統(tǒng)設(shè)計

開題報告學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)指導(dǎo)教師姓名職稱所在院系課題來源自擬題目課題性質(zhì)課題名稱基于單片機的CK6163數(shù)控機床控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和意義·課題背景隨著最近幾年經(jīng)融危機的不斷爆發(fā)，國際上的機床市場受到了很大的沖擊，而我國的經(jīng)濟型數(shù)控機場市場也在一定程度受到了影響，產(chǎn)銷量可以說是大幅度的下降，研究出很好的對策成了當(dāng)務(wù)之急。我國的機床行業(yè)中經(jīng)濟型數(shù)控機床是最早的起步產(chǎn)品，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高，以及經(jīng)融危機的影響，國內(nèi)的經(jīng)濟型數(shù)控機床的一些生產(chǎn)企業(yè)能力明顯過剩，特別對于一些產(chǎn)品檔次低、產(chǎn)量要求大的企業(yè)的市場沖擊更大。而造成這種情況的主要原因是市場需求的不斷減少，國外出口量下降嚴重，導(dǎo)致部分產(chǎn)品由出口轉(zhuǎn)內(nèi)銷，從而導(dǎo)致了國內(nèi)市場的競爭加劇。加快數(shù)控機床的發(fā)展成了當(dāng)務(wù)之急。數(shù)控車床代表著機械制造行業(yè)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展的方向和水平。而目前我國的數(shù)控機床已經(jīng)研制出很多項目，如CNC系統(tǒng)，數(shù)控銑床加工中心和自動編程系統(tǒng)等等，但我國的數(shù)控機床無論是開發(fā)，生產(chǎn)，還是擁有量上與一些先進國家都有較大的差距，這也促使我國必須加快數(shù)控機床的發(fā)展。綜上所述，本次我的課題是十分具有現(xiàn)實意義的，使普通機床進行經(jīng)濟型數(shù)控設(shè)計也是提高生產(chǎn)水平，更新工藝的重要途徑。·課題的目的及意義每一個設(shè)計都有其設(shè)計的目的和意義。可以說，數(shù)控機床正被越來越多的制造企業(yè)所使用生產(chǎn)，也是現(xiàn)代制造工業(yè)化的重中之重。在數(shù)控技術(shù)中，對其的電氣控制系統(tǒng)的研究就顯得尤為重要。隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展，其在控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用也越來越廣泛，而臥本次的課題就是利用單片機對數(shù)控車床進行控制。而對數(shù)控車床的控制系統(tǒng)進行設(shè)計，不僅能在數(shù)控機床故障診斷和維修上帶來方便，還能保證零件加工的準確度，減少一些不必要的認為誤差。畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和意義·數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床在加工過程中，是將加工過程中所需要的必要的操作和步驟以及加工零件的形狀尺寸用數(shù)字化的代碼來進行表示，在通過控制介質(zhì)將這些數(shù)字信號送入到數(shù)控裝置，數(shù)控裝置對這些輸入信息進行處理和運算，發(fā)出各種控制信號，從而控制機床的伺服系統(tǒng)或者其他的驅(qū)動元件，使機床自動加工出我們所需要加工的產(chǎn)品。文獻綜述數(shù)控加工1.1數(shù)控加工的概念及其發(fā)展數(shù)控加工時指在機床上利用數(shù)控技術(shù)對零件進行加工的一個過程。數(shù)控加工和非數(shù)控加工的流程從整體上來說是大致相同的。但在技術(shù)上卻大相徑庭。采用數(shù)字信息控制加工零件的數(shù)控加工方法是針對零件種類多樣、相同型號產(chǎn)量少、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高等現(xiàn)實狀況達到高效化和自動化加工的有效方法。數(shù)控加工的發(fā)展方向是高速和高精度。20世紀50年代，MIT設(shè)計了APT，APT具有程序簡潔，方法靈活等優(yōu)勢，單頁有很多不足之處如對于復(fù)雜的幾何形狀，無法表達集合既視感。為修正APT的不足，1978年，法國達索飛機公司開發(fā)了CATIA。這個系統(tǒng)有效的解決了集合形狀復(fù)雜、難以表達既視感的缺陷。目前，數(shù)控編程系統(tǒng)正向高智能化方向發(fā)展。1.2數(shù)控加工的內(nèi)容數(shù)控加工的內(nèi)容有挑選適宜在數(shù)控機床上加工的零件，對數(shù)控加工方案進行確定；詳細繪制所加工零件的圖紙，對圖紙進行分析，確定需要數(shù)控加工的部分，如具體工作的分工、工作的前后順序、加工器具的選擇和位置確定、與其他加工工作的銜接等；利用圖形軟件對需要加工的部件進行造型；根據(jù)加工條件，選擇合適的加工參數(shù)，生成加工軌跡；確定數(shù)控加工中的允許誤差；軌跡的仿真檢驗，生成G代碼，傳給機床加工等。數(shù)控加工的特點1)具有高度柔性在數(shù)控機床上加工零件，主要取決的地方加工程序，因此使得它與普通機床有很大的不同，如不需要制造、更換工具、夾具的時候也不需要經(jīng)常調(diào)整機床。因此數(shù)控機床經(jīng)常適用在不需要經(jīng)常更換零件的場合，換句話說也就是適合單件、小批量生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開發(fā)，縮短了生產(chǎn)所要的周期，也就節(jié)省了許多工藝設(shè)備的費用。2）加工精度高文獻綜述數(shù)控機床的加工精度，嚴格意義上說能夠達到0.005-0.1mm。數(shù)控機床是按照數(shù)字信號形式控制的，數(shù)控裝置沒輸出一個脈沖信號，則機床移動部件移動一個脈沖當(dāng)量（一般為0.001mm），而且別一方面，機床進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距平均誤差可由數(shù)控裝置進行補償。因此，數(shù)控機床的定位精度一般都很高。3）加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠加工同一批零件時，可以在同一機床，在相同加工條件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。4）生產(chǎn)率高數(shù)控機床因其高效的加工效率，可以有效的減少零件的加工時間和輔助時間，數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給量的范圍大，允許機床進行大切削量的強力切削。數(shù)控機床目前正進入高速加工時代，數(shù)控機床移動部件的快速移動和定位及高速切削加工，減少了半成品的工序間的周轉(zhuǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率。5）利用生產(chǎn)管理現(xiàn)代化數(shù)控機床的加工，可預(yù)先精確估計加工時間所使用的刀具、夾具可進行規(guī)范化、現(xiàn)代化管理。數(shù)控機床使用數(shù)字信號與標準代碼為控制信息，易于實現(xiàn)加工信息的標準化。目前已與計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）有機的結(jié)合起來，是現(xiàn)代集成制造技術(shù)的基礎(chǔ)。3.單片機以上是對數(shù)控加工和數(shù)控機床的一些簡單的介紹，而數(shù)控機床中數(shù)控的控制系統(tǒng)作為它的核心之一，我也在此有必要對數(shù)控機床的控制系統(tǒng)進行一些研究和分析。而臥的課題是基于單片機的CK6163數(shù)控車床控制系統(tǒng)設(shè)計，所以我對單片機作一些簡單的分析和介紹。（1）.單片機系統(tǒng)設(shè)計主要包括以下幾個方面的內(nèi)容:控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計,包括系統(tǒng)的要求、控制方案的選擇,以及工藝參數(shù)的測量范圍等;選擇各參數(shù)檢測元件及變送器;建立數(shù)學(xué)模型及確定控制算法;選擇單片機,并決定是自行設(shè)計還是購買成套設(shè)備;系統(tǒng)硬件設(shè)計,包括接口電路,邏輯電路及操作面板;系統(tǒng)軟件設(shè)計,包括管理、監(jiān)控程序以及應(yīng)用程序文獻綜述的設(shè)計,應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計包含有硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩部分;系統(tǒng)的調(diào)試與試驗。(2）.單片機是一種廣泛的常用控制系統(tǒng)，因其具有以下的幾種特點1）.高集成度、體積小、高可靠性單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，使得其集成度很高，相應(yīng)的體積也很小。而芯片本身是按照工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機程序指令，常熟及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。.控制功能強為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件：分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機內(nèi)的工作電壓僅為1．8V~3．6V,而工作電流僅為數(shù)百微安。易擴展片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。優(yōu)異的性能價格比單片機的性能極高。為了提高速度和運行效率，單片機己開始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機的尋址能力也己突破64KB的限制，有的己可達到IMB和16MB,片內(nèi)的ROM容量可達62MB，RAM容量則可達2MB。由于單片機的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。4.基于單片機的數(shù)控系統(tǒng)原理設(shè)計單片機在現(xiàn)代的社會生產(chǎn)和生活中正扮演著越來越重要的角色。單片機技術(shù)已經(jīng)成為實現(xiàn)各種工業(yè)測控系統(tǒng)和智能儀器儀表的重要手段。在數(shù)控系統(tǒng)中，插補起著非常重要的作用。插補，就是根據(jù)給定的進給速度和給定輪廓線形的要求，在運行軌跡的起始點坐標和輪廓軌跡之間，由數(shù)控系統(tǒng)計算出各個中間點的坐標，“插入”、“補上”運動軌跡中間點的坐標軸。由于原理和計算方法的不同，插補可以分為許多不同類型，主要分為兩種：逐點插補法和數(shù)字插補法。逐點插補法以折線來逼近直線或者圓弧曲線，它既可以作直線插補，也可以作圓弧插補，且運算直觀。對于單片機程序的編制，我們可以使用逐點插補法，因其相對于數(shù)字插補法來說，更加適合于單片機這個相對出于中低端的CPU芯片。參考文獻[1].王永章等.數(shù)控技術(shù).高等教育出版社，2003[2].李郝林.機床數(shù)控技術(shù).機械工業(yè)出版社出版，2002[3].中國機床工具工業(yè)協(xié)會行業(yè)發(fā)展部.CIMT2001巡禮【J】.世界制造技術(shù)與裝備市場，2001,12930：18-20[4].粱訓(xùn)，王宣，周延佑.機床技術(shù)發(fā)展的新動向【J】.世界制造技術(shù)與裝備市場，2011,11:21-28[5].陳粵初.單片及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實踐.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1992[6].何立民.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京:北京航空航天大學(xué)出版社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