无心磨床工件直径自动测量控制系统的开发

论文摘要

无心磨床的加工过程是一个随机变化的复杂过程,加工精度随加工中各参数的变化而变化。自动测量系统就是通过直接检测工件的加工误差来跟踪加工过程中每一参数的变化,以便实现自动进给,构成一个全闭环控制系统,达到提高加工精度的目的。为了进一步提高工件磨削的质量,在线检测技术被用于磨床磨削系统,以构成一个闭环控制系统。本课题以轴类零件的直径测量为例,在现有的传感器基础上,综合单片机技术和微机完成无心磨床外径在线测量系统的研究。自动测量系统是基于微机控制系统而建立的,应用的是自适应控制理论,测量装置测得工件在加工过程中的误差信号,经放大和A/D转换后输入控制中心CPU,控制中心利用输入信息与设定模型参数相比较,预测出未来时刻的加工误差,采用PID控制,进而变为输出控制信号,通过步进电机补偿进给量,消除加工误差,高加工精度。在正文中分别从软件和硬件两个方面详细阐述。本课题正是针对无心磨削加工中存在的实际问题,在不改变磨床内部结构的基础上,考虑无心磨削加工的特殊情况,为了能够对加工误差进行自动检测控制,采用了一种合适的测量方法和测量装置,通过对无心磨床的适当改造,设计开发了磨削加工的微机测控系统,从而很好地实现了零件加工精度的微机自动检测控制。本文对机械加工的各种测量方法进行了分析和探讨,为实现高精度、高效率、低成本等各方面的要求,采用了光栅传感器来对加工工件进行非接触式的在线测量。本课题的主要研究内容是利用单片机实现无心磨床上对工件进行在线测量,形成反馈,以进一步控制被加工工件的精度,从而形成无人化、高精度、高效率生产模式。另外,用PID控制磨床磨削加工可大大提高磨削精度。利用微机来改造旧机床,其结构简单,实现容易,而且只需花费极少的费用便可使旧机床的精度大幅度地提高。这是国内改造旧机床的有效途径之一。采用微机及其兼容机,由于其具有丰富的软硬件资源和友好的界面接口,使得所设计的系统具有灵活性、通用性和可扩展性。本系统不仅可用于M1050A型无心磨床。稍作改变,即可用于普通机床的微机闭环控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 工业在线测量技术
• 1.1.1 工业在线测量技术的产生背景
• 1.1.2 工业在线测量技术的发展状态及现实意义
• 1.2 磨床在线测量技术
• 1.2.1 在线测量的产生
• 1.3 课题的主要研究内容及现实意义
• 1.3.1 课题的主要研究内容
• 1.3.2 课题所具有的现实意义
• 第2章 无心磨床在线自动测量系统的简介
• 2.1 无心磨床的工作原理
• 2.2 在线检测系统的一般动态特性
• 2.3 系统总体方案的设计
• 2.3.1 系统原理介绍
• 2.3.2 直径的测量方法
• 2.3.3 系统原理图设计
• 2.4 主要硬件介绍及选择理由
• 2.4.1 光栅的选择
• 2.4.2 步进电机的选型
• 2.4.3 单片机选择与简介
• 2.4.4 PCB板的制作
• 2.4.5 无心磨床在线研究的难点
• 第3章 无心磨床在线自动测量系统机械装置部分设计
• 3.1 机械装置功用与结构综述
• 3.2 气缸的选择
• 3.3 轴承的选择及校核
• 3.3.1 直线轴承的选择及校核
• 3.3.2 深沟球轴承的选择与校核
• 第4章 无心磨床在线检测系统的软件设计
• 4.1 软件设计思路
• 4.2 主程序设计
• 4.3 定时中断子程序
• 4.4 采样子程序
• 4.5 数据处理子程序
• 4.6 增量式PID控制算法
• 4.6.1 PID控制算法简介
• 4.6.2 增量式PID控制算法简介
• 4.6.3 增量式PID控制算法内存分配
• 4.6.4 控制算法及控制值输出子程序
• 第5章 PID仿真和误差分析
• 5.1 PID实验仿真
• 5.1.1 LABVEIL仿真简介
• 5.1.2 PID系统模型的建立
• 5.1.3 PID控制器的参数整定
• 5.2 误差分析
• 5.2.1 测量装置的误差
• 5.2.2 随机误差
• 5.2.3 误差补偿
• 第6章 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 数据处理子程序
• PID控制算法子程序