三棱形轴孔工件自动找正装置定位精度的研究

论文摘要

三棱形轴孔工件因其传动速度高、动力学性能好、承载能力大、传动扭矩大、传动时振动和噪声小等优点被广泛地应用在航空航天、船舶工业、军事工程等领域。作为一种精密传动部件，其加工过程是一个对精密度要求很高的工作。目前，三棱形轴孔零件多采用三棱形钻床进行粗加工，再由三棱磨床精加工。在三棱形轴孔工件精加工中，机床在数控系统的控制下，实现了工件切削加工过程的柔性自动化。而在对工件精加工前必须先对三棱形轴孔工件的加工零点进行找正，传统的手动找正方式会造成加工的辅助时间长、装夹效率低、装夹精度受人的技能高低和状态好坏的影响。为了克服手动找正的缺点，前期我们已经设计出基于AT89C52单片机和绝对式编码器为核心的零位偏差角度自动找正系统，取代传统的手动找正，以彻底实现工件找正的自动化。但前期设计的自动找正系统对零点的找正速度比较慢，稳定性较差，而且测量误差也比较大，与数控加工的高精度、高效率、高柔性、高自动化的特征不相适应。本文就是在原设计的基础上通过对系统硬件和软件的研究改进，以实现对工件加工零位快速精确的定位，从而减小角度测量误差，提高自动找正装置的精度和稳定性以及轴孔工件的加工精度。论文首先对前期现场测试的数据进行了分析，并根据系统的设计指导思想及要求，得出系统在工作中硬件和软件部分可能存在的误差，然后针对这些误差，对系统的硬件和软件部分分别制定了相应的改进与完善措施。硬件部分主要包括：主从单片机的重新选型设计、角度测量模块的优化设计、人机交互模块的完善以及硬件抗干扰设计。软件部分采用模块化结构进行设计，主要包括主程序的设计、主从单片机之间的通信、角度测量、数据处理以及无线通信模块的改进设计，最后对软件抗干扰技术进行了研究。经过对整个改进装置的现场实验、调试和对测试结果的分析，证明了三棱形轴孔工件零位自动找正装置各部分工作正常，系统运行稳定可靠，定位精度得到了明显的提高，实现了预期目标，具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的来源和意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 本课题的研究目的和内容
• 2 系统组成结构及工作原理
• 2.1 三棱形轴孔工件数控磨床系统简介
• 2.1.1 硬件系统组成
• 2.1.2 软件系统组成
• 2.2 自动找正装置的原理
• 2.3 自动找正装置的组成结构
• 2.3.1 硬件组成
• 2.3.2 软件组成
• 2.4 本章小结
• 3 系统精度误差分析
• 3.1 系统设计指导思想以及前期测试结果
• 3.1.1 系统设计指导思想
• 3.1.2 系统要求
• 3.1.3 前期测试结果
• 3.2 硬件误差分析
• 3.3 软件误差分析
• 3.4 本章小结
• 4 系统硬件的改进与完善
• 4.1 主从单片机选择与设计
• 4.1.1 主从单片机的选择
• 4.1.2 系统主控制模块设计
• 4.2 角度测量模块设计
• 4.2.1 角度测量模块机械结构的改进
• 4.2.2 角度测量与转换
• 4.3 JTAG 编程调试接口
• 4.4 充电模块的设计
• 4.4.1 充电芯片的选择
• 4.4.2 充电模块的电路设计
• 4.5 硬件抗干扰
• 4.6 本章小结
• 5 系统软件的改进与完善
• 5.1 系统软件的整体设计
• 5.1.1 系统软件实现的功能
• 5.1.2 软件编程语言的选择
• 5.1.3 主程序流程图设计
• 5.2 主从单片机之间的通讯设计
• 5.2.1 I2C 通讯协议
• 5.2.2 24C02 程序设计
• 5.3 数据读取与数据处理模块程序设计
• 5.3.1 数据读取模块
• 5.3.2 数据处理模块
• 5.4 单片机与上位机的通信设计
• 5.4.1 串口通信的基本任务
• 5.4.2 串口通信编程方式的选择
• 5.4.3 串口通信的软件设计
• 5.5 软件抗干扰设计
• 5.6 本章小结
• 6 系统改进后的实现以及调试分析
• 6.1 系统实物图
• 6.2 系统调试
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录