刀具补偿控制系统的研究与开发

论文摘要

在大批量机械加工生产领域,刀具的磨损是影响加工精度的重要因素。在以微米为单位的高精度加工中,这种磨损的影响更大。要解决这一问题,这就需要一种能以微米为单位,且可简单迅速地从机身外部对刀刃位置进行调整的刀具补偿装置。只有对刀具的磨损进行精密补偿,才能进一步提高加工精度。因此,精密加工过程中的刀具补偿技术是机械加工工艺装备研究中的重要课题。本文介绍了几种典型的刀具补偿装置,对其结构、原理、性能特点进行了分析。从实际生产的角度,对其定位精度、可靠性等进行了综合探讨。通过比较分析各自的优缺点,最终选择了压力弹性变形微量进给装置,作为刀具补偿的重点研究对象。这是一种以高压液压油驱动的,靠弹性变形产生微量进给的补偿装置。文章分析了压力弹性变形微量进给装置的工作原理,并进行了结构分析与设计。探讨了按此方案组成的刀具补偿控制系统的结构形式与基本功能,并以单片机为核心,做出了刀具补偿控制器的设计方案。文章介绍了控制器的硬件组成,以及器件的选择依据。分别介绍了测量信号输入单元、参数存储单元、数据显示单元、I/O接口单元、通信接口单元、比例控制输出单元等硬件模块单元的设计。并介绍了系统软件设计的思路与方法,同时给出了主要程序流程与典型模块的子程序。本文为刀具补偿控制器的设计提供了较完整的解决方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 国内概况
• 1.2.2 国外概况
• 1.2.3 误差预测模型
• 1.2.4 研究趋势
• 1.3 论文主要研究内容
• 本章小结
• 第二章 刀具补偿装置分析与设计
• 2.1 刀具补偿装置概述
• 2.2 刀具补偿装置设计概述
• 2.2.1 机械传动补偿方式的概念和特征
• 2.2.2 压力控制和弹性变形组合补偿方式的概念和特征
• 2.2.3 两种补偿装置的对比
• 2.3 弹性变形刀具补偿装置的原理与结构
• 2.3.1 弹性变形的刀具补偿装置
• 2.3.2 压力控制和校正位移量
• 2.3.3 弹性变形的刀具补偿装置的优点
• 2.4 弹性变形刀具补偿装置设计图
• 本章小结
• 第三章 系统硬件组成分析与设计
• 3.1 系统硬件的构成
• 3.2 微处理器
• 3.2.1 微处理器的选择
• 3.2.2 AT89C52 结构和引脚
• 3.3 测量信号输入单元
• 3.3.1 模数转换器的选择
• 3.3.2 ADS7822 的接口电路
• 3.4 参数存储单元
• 3.4.1 器件选择
• 3.4.2 X5045 的引脚说明
• 3.4.3 X25045 的功能介绍
• 3.4.4 X5045 的工作原理
• 3.5 数据显示单元
• 3.5.1 液晶显示模块介绍
• 3.5.2 液晶显示模块的数据接口
• 3.6 I/O 接口单元
• 3.7 通信接口单元
• 3.7.1 串行通信与 RS485 介绍
• 3.7.2 MODBUS 协议介绍
• 3.8 比例控制输出单元
• 3.8.1 模数转换器的选择
• 3.8.2 TLC5615 的引脚说明与功能介绍
• 3.8.3 TLC5615 的接口电路
• 3.8.4 电气比例阀的选择与接口
• 本章小结
• 第四章 系统功能分析与软件设计
• 4.1 系统软件的总体结构
• 4.1.1 刀具补偿控制器的主要功能
• 4.1.2 程序主体结构与流程
• 4.2 测量值采集与数据处理
• 4.2.1 测量值的采样方法
• 4.2.2 AD 转换程序
• 4.2.3 数字滤波算法
• 4.3 液晶显示模块接口程序与显示内容
• 4.4 按键功能与处理程序
• 4.4.1 按键功能设定
• 4.4.2 按键处理程序
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢