基于单片机的端面铣多轨迹运动研究

论文摘要

现代加工业对各种数控机床的要求越来越高,也越来与多样化,数字控制系统作为数控机床的核心技术越来越受到重视。2024端铣床受本身构造限制仅能进行单一速度的直线加工,要实现直线、圆弧和H型等多种轨迹的不同速度加工,需要借助于特定的数字运动控制系统。数控系统对于提升机床的各项性能具有重意义。该设计的数控系统选用功能强大的PIC16F877单片机作为主控制器,伺服驱动类型选用半闭环伺服驱动,伺服电机选用MS系列的MS-110ST-M05030AZ-21P5和MS-80ST-M02430AZ-20P7交流伺服电机,驱动器选用DS2系列的DS2-21P5和DS2-20P7伺服驱动器。运动控制系统硬件部分设计围绕单片机展开,包括电源电路的设计,控制面板、显示器的连接以及单片机各端口的输出和输入等。在该系统中,单片机端口输出电压脉冲信号,经伺服驱动器驱动电机工作,控制端铣床刀具的竖直平面内进给,从而加工出接近理想轨迹的产品。数控系统软件部分主要包括控制面板和显示器的驱动程序,直线插补程序,圆弧插补程序和刀补的处理,控制面板、显示器是最重要的人机对话设备,端铣床的加工过程及加工过程的干预都由控制面板的按键控制,显示器显示；插补程序通过基于递推法的逐点比较插补法“逐点逼近”实现,采取刀具走一步,算一步,判断下一步走向,再走一步的进给方法,直到到达加工终点。运动控制系统的软件编写、调试以及软硬件的模拟仿真主要在Windows操作界面下的MPLAB集成开发系统中实现。借助于集成开发软件MPLAB-IDE,进行PIC系列单片机汇编程序的编写和调试,通过配套的在线调试开发工具套件MPLAB-ICD,进行在线的仿真调试和程序烧写。实验结果表明：所设计的数字运动控制系统实现了端铣床的直线加工、圆弧加工以及H型加工等多种加工轨迹。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 数控机床的国内外研究现状和技术发展趋势
• 1.2 课题的由来及研究的目的和意义
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 课题实验方案的制定
• 1.5 本文的创新点
• 2 数控系统方案设计
• 2.1 数控系统的基本结构
• 2.2 伺服驱动系统
• 2.3 伺服电机及驱动器选型
• 2.4 主控制器（单片机）设计
• 2.4.1 主控制器选型
• 2.4.2 PIC16F877单片机的内部构成
• 2.4.3 PIC16F877系列单片机外部引脚
• 2.5 本章小结
• 3 数控系统硬件电路设计
• 3.1 硬件电路设计的基本原则
• 3.2 硬件电路的基本组成
• 3.3 电源电路设计
• 3.4 控制面板/显示器电路设计
• 3.5 伺服驱动电路设计
• 3.6 本章小结
• 4 数控系统软件设计
• 4.1 数控系统主控程序及其功能
• 4.2 控制面板/显示器驱动程序设计
• 4.3 插补程序设计
• 4.3.1 直线插补程序设计
• 4.3.2 圆弧插补程序设计
• 4.4 刀具补偿处理
• 4.5 本章小结
• 5 控制系统的运行调试及结果分析
• 5.1 软件和硬件的运行调试
• 5.1.1 汇编源程序的编写和软件仿真
• 5.1.2 汇编源程序的在线调试
• 5.2 控制系统的现场安装调试及实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 6.1 主要结论
• 6.2 本设计中的不足
• 6.3 展望
• 参考文献
• 在学期间研究成果
• 致谢