开题报告

华东交通大学理工学院

本科生毕业设计

开题报告

题 目： 插补装置单片机控制系统设计

分 院： 机电工程分院 专 业： 机械电子工程 班 级： 机电2009-3 学 号： 20090410290319 姓 名： 徐丁庆 指导教师： 余宏涛 填表日期： 2013 年 3 月 16 日

一、选题的依据及意义

数控机床是制造机器的机器，也称作工作母机，在世界工业发展史上曾经起到过举足轻重的作用．在科学技术高速发展的今天，数控机床领域的发展仍然十分重要．而插补装置是数控机床不可或缺的一部分。

随着劳动成本逐渐升高，这就要求工业自动化程度越来越高。致使机械设备自动化越来越来朝着更智能、精度更高的方向发展。插补装置可以用单片机系统控制，只要在键盘上操作，通过控制步进电机转速等，最终控制插补装置完成对机械设备零件加工。因此对插补装置单片机系统控制会促进工业自动化的提高。

因此本论文插补装置单片机控制系设计，为机电一体化教学实验台很有必要。

二、国内外研究现状及发展趋势

国内外现状我国数控技术研究从1958年起步，国产的第一台数控机床是北京第一机床厂生产三坐标数控铣床。到90年代，我国的数控机床技术发展才得到了一个较大的提速，数控机床技术在我国已进入高速发展时期，国产数控机床已占有较大市场份额，但在中高档领域还主要靠进口，高精尖数控技术方面仍处于模仿阶段。

数控机床最早由美国制造出来．从1960年开始，一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床．目前，欧、美、日等工业化国家 已先后完成了数控机床产业化进程。 数控机床技术的现状 有关技术指标

(1)主轴转速指标。追求金属切削的高速加工是国际机床制造业的主流，自然高速主轴并成为制造厂的主攻方向。近年来，数控机床主轴转速已翻了几翻。现在已经达到40000r／min。国内生产的加工中心的主轴转速普遍在6000 r／min左右，与国外先进水平相比，还存在较大 差距。

(2)快速进给指标。提高机床移动部件的进给速度，减少非切削时间，是提高生产率的重要途径。现在，已在30m／rain以上，定位精度也普遍控制在±2—5txm／全程。如德国DanobalDS500HS加工中心，快速进给速度已达120 m／min(配Siemens 840D系统)，主轴转速24000 r／min，主轴功率27 kW。衡量高速进给、高速切削还引进了一个新的加减速指标。目前，国外有的机床厂该项指标已达39。如三菱株式会社生产的M—H4B加工中心，主轴功率20 kW，2．4S内可达到20000 r／min；英国MCM公司在意大利子公司推出的卧式加工中心，30000 r／min主轴转速，70 m／min快速移动速度，29加速度。国内机床厂快速进给速度一般还在10 m／min左右，很少有20rn／min的。

(3)换刀速度指标。国外先进的加工中心的刀具交换时间，目前普遍已在1S左右，高的已达0．5s，甚至更快。国内机床多在4～5 8，无法与国际先进 水平相比。

(4)数控系统。计算机技术飞速发展，给数控系统带来了质的变化。目前国内的中高档数控系统几乎全是进口。较有代表性的如德国的Siemens

(西门子)系列系统、日本的FANUC系统、美国的AB系统等。90年代以来，通过引进消化和

自主开发，我国也生产了多种型号的数控系统，但这些系统

基本上还处于中低档水平。 发展方向： 性能方向

(1)高速度、高精度、高效率化速度、精度和效率是机械制造技术的关性能指标。 (2)柔性化

(3)工艺复合性和多轴化 (4)实时智能化功能发展方向

功能发展方向

(l)插补和补偿方式多样化 (2)用户界面图形化 (3)科学计算可视化 (4)内装高性能PLC

(5)多媒体技术应用功能发展方向 体系结构的发展

(l)集成化 (2)模块化 (3)网络化

(4)通用型开放式闭环控制模式 三、本课题研究内容

本设计研究的课题主要是基于单片机控制的数控X-Y 工作台系统设计——插补部分设计。

X-Y 数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，通常有：

X-Y数控工作台 导 轨 座 滑 动 模 块 工 作 平 台 滚珠丝杠螺母副 步进电机

图1 X-Y插补装置结构框图

控制系统可选用标准的工业控制计算机，也可设计专用的微机控制系统。本设计用AT89C52 组成专用单片机控制系统，从键盘输入G 代码后，能通过直线插补和圆弧插补，完成平面轮廓加工。 研究内容有：

工作台部分：

（1）工作台机构原理的（导轨座 滑动模块 工作平台 滚珠丝杠 ）

（2）步进电机工作原理（相序） （3）工作台的传动结构极其参数 （4）插补装置结构优化 （5）各部件的要求精度 单片机系统： （1）80C51单片机原理

（2）插补程序设计（直线插补，曲线插补） （3）硬件系统稳定性 （4）控制精度极其稳定性 （5）控制电路模块 （6）I/O

四、本课题研究方案 总体方案：

插补装置单片机控制系统 确定工 作台的 结构 尺寸 电机 根据工作台结构，动作要求选择单片机系统硬件系统及其软件 X-Y数控 工作台 单片机 系统 根据数控系统确定插补装置的单片机系统

具体方案：

X-Y 数控 工作台 第一 根据X-Y工作台结构，功能要求 ，对其力学分析计并计算确定各部

件尺寸。

第二 用PROE三维软件绘制三维模型，并测试

第三 把工作台三维导成二维，修改符合加工要求图纸 第四 把实物做出

第五 选择步进电机（功率 力矩 ） 单片机 系统 第一 根据工作台的要求，算出步进电机参数，得出脉冲当量，进一步确

定单片机芯片型号

第二 用PROTEUS软件对单片机系统进硬件搭建 第三 根据硬件电路及其脉冲当量，编写程序并仿真 第四 用PROTELL绘制电路板

第五 制作电路板，焊接电路并测试，烧程序 五 、研究目标、主要特色及工作进度

研究目标：本课题是要做一个用于数控技术课程中，插补技术的一个教学实验台，因此本研究目标是对控系统中的插补装置工作原理（机械结构、控制电路、插补程序）进行研究。

主要特色： （1）实用性强 （2）有利于教学实验 工作进度：

1、2013.3.4-2013.3.10 阅读毕业设计任务书，查阅相关内容，明确毕业设计内容和要求，

2、2013.3.11-2013.3.18按照任务书的要求，细化毕业设计的具体工作，完成开题报告

3、2013.3.19-2013.4.14 熟悉擦布装置工作过程，学习单片机及其插补的相关知识，进行程序设计

4、2013.4.15-2013.4.28 完成程序设计，进行仿真，绘制电路图 5、2013.4.29-2013.5.17 撰写说明书，提交报告

六 、参考文献

[1]叶伯生等．计算机数控系统原理、编程与操作．武汉：华中理工大学出版社，1999 [2]周云飞．SDI插补系统的开发与研究(博士论文)．华中理工大学。1996 [3]毕承恩．现代数控机床．机械工业出版社，199l

[4]周延佑．国产数控系统的特点和机床数控改造的迫切性．制造技术与机床1999 [5]洪钟洲．创建开放式数控系统是我国制造业发展的需要．机电一体化，2000 [6]阴陆启建，刘明灯．数控技术的新进展．制造技术与机床，2002 [7]李诚人．机床计算机数控．西安：西北工业大学出版社，1999 七 、指导老师意见

插补实验是数控技术相关课程中的一个重要实验，通过该实验，学生对数控系统控制机械部件运动从而实现加工过程有感性的认识。该同学通过查阅大量的文献，对该装置的结构和工作流程有了深刻的认识，通过对相关知识的学习，该生具备了开发插补装置的控制系统的能力。本课题是学生学习方向的延续，对于提高学生的能力有利，控制系统方案及实验设计合理，工作量饱满，时间安排合理，能够在规定时间内完成，故同意开题。

指导教师：余宏涛

2013年3月18日

六 、参考文献

[1]叶伯生等．计算机数控系统原理、编程与操作．武汉：华中理工大学出版社，1999 [2]周云飞．SDI插补系统的开发与研究(博士论文)．华中理工大学。1996 [3]毕承恩．现代数控机床．机械工业出版社，199l

[4]周延佑．国产数控系统的特点和机床数控改造的迫切性．制造技术与机床1999 [5]洪钟洲．创建开放式数控系统是我国制造业发展的需要．机电一体化，2000 [6]阴陆启建，刘明灯．数控技术的新进展．制造技术与机床，2002 [7]李诚人．机床计算机数控．西安：西北工业大学出版社，1999 七 、指导老师意见

插补实验是数控技术相关课程中的一个重要实验，通过该实验，学生对数控系统控制机械部件运动从而实现加工过程有感性的认识。该同学通过查阅大量的文献，对该装置的结构和工作流程有了深刻的认识，通过对相关知识的学习，该生具备了开发插补装置的控制系统的能力。本课题是学生学习方向的延续，对于提高学生的能力有利，控制系统方案及实验设计合理，工作量饱满，时间安排合理，能够在规定时间内完成，故同意开题。

指导教师：余宏涛

2013年3月18日

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/d6zx.html