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外文資料翻譯
原文題目:Analysis of open CNC architecture for machine tools
原 文 來 源： 巴西機械科學(xué)學(xué)報 2002年7月
巴西機械科學(xué)學(xué)報
打印版本ISSN 0100-7386
J.Braz. Soc. 機械學(xué)科 第24卷，第3期，里約熱內(nèi)盧，2002年7月
http://dx.doi.org/10.1590/S0100-73862002000300009
機床開放式數(shù)控結(jié)構(gòu)分析
O. L. Asato1; E. R. R. Kato; R. Y. Inamasu; A. J. V. PortoI
IUSP EESC - 圣保羅大學(xué) CarlosDepartamento 機械工程 ?13560-254 圣保羅卡洛斯SP的圣保羅學(xué)校.巴西l
概要
數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了能以更高的速度和更高的可靠性，允許開發(fā)適應(yīng)于新的生產(chǎn)系統(tǒng)（例如，柔性制造系統(tǒng)-FMS）的機器控制器。大多數(shù)控制器是與相應(yīng)機床制造商的數(shù)控技術(shù)一致開發(fā)的，任何對其組件的更改或改編都不容易實現(xiàn)。機器設(shè)計人員面臨硬件和軟件限制，如系統(tǒng)元素之間缺乏交互，不可以添加新功能。這是由于硬件不兼容，軟件不允許在源程序中進行更改。開放式架構(gòu)理念的引入推動了新一代數(shù)字控制器的發(fā)展。這將傳統(tǒng)的CNC技術(shù)帶入了標(biāo)準(zhǔn)的IBM-PC微機。因此，組合CNC（定位）和微型計算機的特點（易于編程，系統(tǒng)配置，網(wǎng)絡(luò)通信等），一些研究人員已經(jīng)解決了軟件和硬件的靈活結(jié)構(gòu)，允許更改硬件基本配置和所有控制軟件級別。在這項工作中，描述了OSACA，OMAC，HOAM-CNC和OSEC架構(gòu)中開放式架構(gòu)控制器的開發(fā)。
關(guān)鍵詞：開放式架構(gòu),數(shù)控，機床
簡介
當(dāng)前制造系統(tǒng)中的工業(yè)自動化演變需要在設(shè)備制造商（例如數(shù)控機器）和使用基于自動設(shè)備（例如計算機集成制造-CIM）的操作和集成的生產(chǎn)技術(shù)的客戶之間建立規(guī)則。這些規(guī)則是必需的，因為在植入和維護復(fù)雜的工廠控制器的網(wǎng)絡(luò)期間存在著的問題。
當(dāng)需要擴展、維護和集成“生產(chǎn)島”時，工程師和技術(shù)人員在硬件和軟件方面會受到限制。而硬件和軟件問題通常不允許使用相同的控制硬件，于是提出了尋求“開放式”的解決方案來提高生產(chǎn)中增加的成本。 Wada（1996）的“開放方式”的意義在于獨立于制造商的技術(shù)，允許用戶從幾個不同的制造商購買硬件和軟件，并自由地組裝所獲得的設(shè)備。
因此，開放式架構(gòu)控制器具有集成來自幾個不同制造商的多個設(shè)備的能力，并且具有多個可編程應(yīng)用接口的控制解決方案，以更低的成本保持相同的性能。
開放架構(gòu)控制器的第一個起點開始于NIST（國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所）提出使用RCS（實時控制系統(tǒng)），這是15年前的架構(gòu)模型（Proctor和Albus，1997）。 RCS模型是由NCMS（國家制造科學(xué)中心）和美國空軍共同主辦的NGC（下一代控制器）計劃的基礎(chǔ)，驗證了下一代控制器的工業(yè)需求。研究開始于標(biāo)準(zhǔn)SOSAS（開放系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范）的開發(fā)（Yamazaki，1996）。
盡管經(jīng)過這樣的努力，CNC開放式架構(gòu)仍然沒有定義通用模式。然而，研究中心中的架構(gòu)的若干發(fā)展允許改變軟件和硬件，這樣能夠提供大量可能的設(shè)計配置。
開放式架構(gòu)系統(tǒng)的規(guī)范
開放架構(gòu)控制器在硬件上應(yīng)該是靈活的，因為它是用于所有控制級別的軟件（Wright等人，1996）。開放架構(gòu)控制器必須是標(biāo)準(zhǔn)的，允許任何工程師或技術(shù)人員進行硬件和軟件開發(fā)，以及與其他控制器，單元控制系統(tǒng)和高級計劃系統(tǒng)的集成（Schofield，1996）。
機床開放控制器應(yīng)允許集成由不同制造商開發(fā)的獨立應(yīng)用程序模塊，控制算法，傳感器和計算機硬件（Pritschow等，1993）。
開放系統(tǒng)允許在與其他應(yīng)用系統(tǒng)交互的多個平臺中編程。
開放式架構(gòu)系統(tǒng)的一些規(guī)范是（Miles，1998）（Oshiro，1998）：
?交互：由于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)語義的交流;
?互操作性：不同制造商具有相同的組件功能;
?可移植性：易于使用的應(yīng)用軟件可以從一個環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一個環(huán)境。
?可擴展性：系統(tǒng)根據(jù)需求增加或減少的能力。
架構(gòu)類型
下面將闡述開放式架構(gòu)系統(tǒng)的一些發(fā)展過程：
OSACA架構(gòu)（用于自動化系統(tǒng)內(nèi)控制的開放系統(tǒng)架構(gòu)）
OSACA（1998）架構(gòu)是用于自動系統(tǒng)的控制開放系統(tǒng)架構(gòu)。它出現(xiàn)在歐洲的6379計劃中的ESPRIT III項目，是涉及OAC（開放式架構(gòu)控制）的最大的項目之一，包括網(wǎng)絡(luò)連接和應(yīng)用程序（Koren等人，1996a）。
OSACA項目始于1992年，由法國，德國，意大利，西班牙和瑞士的研究機構(gòu)共同執(zhí)行。
OSACA項目的主要目標(biāo)是定義獨立的硬件和模塊化，即在模塊中工作中，允許添加或刪除數(shù)字控制，機器人控制，可編程邏輯控制器（PLC），單元控制等。這些模塊也創(chuàng)建了OSACA第二階段項目9115，以建立軟件模塊化系統(tǒng)、通信接口、操作和開放的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的新功能和用于新的數(shù)字設(shè)備（Pritschow等，1993）。
遵循同樣的研究路線，它在德國創(chuàng)建HüMNOS（面向?qū)ο蟮拈_放架構(gòu)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用的調(diào)制開發(fā)）項目。這個項目開發(fā)是基于OSACA的結(jié)果。隨著這個項目的幾個研究，使它擁有終極用戶（寶馬，梅賽德斯奔馳），機床制造商（Alfing，F(xiàn)ritz Wener，Grunewald，Heller，Homag，HüllerHille，Index，Mikromat，Pfauter，Trumpf和Unipo）和控制器制造商（Bosch，DASA ，Grundig電子，ISG，SIEMENS）。
這樣做的目的是在用戶和制造商之間交換信息，為兩者帶來好處。 OSACA架構(gòu)允許使用用戶界面組裝機床控制，而不需要檢查整個軟件（Altintas，et al。，1996）。而為了達到這個目標(biāo)，我們有必要先了解平臺的概念。
平臺由為功能單元（FU）控制提供統(tǒng)一服務(wù)的硬件和程序組（操作系統(tǒng)，通信系統(tǒng)）組成。與FU的應(yīng)用程序編程接口（API）基于明確定義的任務(wù)。
三個主要平臺領(lǐng)域是：
?通信系統(tǒng)：硬件和軟件獨立于控制器應(yīng)用程序的不同模塊之間的信息交換接口進行定義。 OSACA通信系統(tǒng)允許在客戶端和服務(wù)器應(yīng)用之間以透明的方式交換信息。
?參考架構(gòu)：確定控制FU并指定外部接口。這樣做是為了通過內(nèi)部數(shù)據(jù)以良好定義的方式使用和集成外部單元。 FU示例包含人機界面，聯(lián)鎖邏輯控制和軸運動控制。對于每個識別的FU，用于定義使用面向?qū)ο蟮耐ㄐ排c應(yīng)用模塊接口的數(shù)據(jù)的外部模塊。寫入和讀取數(shù)據(jù)訪問的接口位于面向架構(gòu)的對象中，并且這種訪問可以面向通信的對象進行使用。
?系統(tǒng)配置：允許通過組合不同的應(yīng)用程序模塊進行控制器動態(tài)配置。這不僅允許確定給定功能的特定拓撲，而且允許確定分布式進程之間的同步。
圖1描述了OSACA系統(tǒng)的平臺，其中由微計算機產(chǎn)生的配置請求被發(fā)送到系統(tǒng)。重新配置使用FU（功能集成），它基于面向?qū)ο蟮某绦颍悗?，變量和?nèi)部數(shù)據(jù)工作。 OSACA應(yīng)用協(xié)議使用基于面向?qū)ο笤淼目蛻舳?服務(wù)器基礎(chǔ)。所有FU功能都將具有外部訪問，并且它可以由通信平臺進行配置。從客戶的角度來看，可以通過系統(tǒng)通信消息的發(fā)送和接收來訪問服務(wù)器。
OMAC架構(gòu)（開放調(diào)制架構(gòu)控制器）
OMAC架構(gòu)于1994年12月開始，出版了克萊斯勒，福特和通用汽車公司的“開放，調(diào)制架構(gòu)控制器應(yīng)用于汽車工業(yè)的要求”。本文檔作為北美汽車行業(yè)控制器API的指南。
OMAC組由開放架構(gòu)系統(tǒng)用戶組成，其目標(biāo)是能夠一起工作，帶來幾個好處（Yen，1998），例如：
?根據(jù)軟件用戶和機器制造商的經(jīng)驗確定開放式架構(gòu)控制器的位置;
?通過使用API??加速行業(yè)內(nèi)的開放控制使用;
?促進控制器制造商之間的開放控制的發(fā)展;
?為開發(fā)架構(gòu)控制器技術(shù)的開發(fā)，商業(yè)化和使用開發(fā)集體解決方案。
HOAM-CNC架構(gòu)（分層開放式架構(gòu)多處理器 - 數(shù)控）
HOAM-CNC架構(gòu) - 用于CNC機床的開放式系統(tǒng)架構(gòu)分層多處理器 - 主要用于機床硬件，具有兩條總線，一條CNC控制總線和另一條總線，優(yōu)點是允許引入新的組件。參與這一研究項目的一些研究中心是：
?密歇根大學(xué)/美國安娜堡 - 對開放式架構(gòu)控制器實時研究高性能機床。他們執(zhí)行幾種不同類型的硬件控制與網(wǎng)絡(luò)通信的實施，研究機器性能的差異取決于采用的架構(gòu)（Koren等人，1996a;（Koren等人，1996年b）。
?不列顛哥倫比亞大學(xué)/加拿大溫哥華 - 他們使用這種架構(gòu)尋求調(diào)節(jié)自適應(yīng)控制。使用聲學(xué)傳感器插入檢測刀具損壞和振動的模塊，用于控制執(zhí)行。主總線用于執(zhí)行機器控制過程和監(jiān)視任務(wù)，并且具有更高性能的次級總線用于與CNC通信（Altintas等人，1996）（Yamazaki，1996）。
圖3示出了使用微型計算機的HOAM-CNC結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)主總線ISA處理監(jiān)視器活動、數(shù)據(jù)處理、自適應(yīng)控制和人機接口（MMI）。 CNC總線處理每個軸的位置和速度控制（Altintas等人，1996），用專用處理器實時地操作控制。
該系統(tǒng)允許在主總線中添加幾個處理模塊并且在次總線中控制軸的交互。
OSEC體系結(jié)構(gòu)（控制器的開放系統(tǒng)環(huán)境）
六家日本公司，東芝機械公司，豐田機床有限公司，山崎馬扎克公司，IBM日本有限公司，三菱電機公司SML公司組成了OSEC（控制器開放系統(tǒng)環(huán)境）組，其目的是開發(fā)數(shù)字控制設(shè)備的開放式架構(gòu)平臺。
該小組的目的是創(chuàng)建一個基于標(biāo)準(zhǔn)個人微機IBM-PC的開放式架構(gòu)，以控制制造設(shè)備，提高其性能并便于其維護。除了控制設(shè)備之外，個人微計算機還可以作為工廠操作的信息庫系統(tǒng)。換句話說，基于這種架構(gòu)的設(shè)備可以是基于計算機CALS（計算機輔助采集和后勤支持）（Yamazaki，1996）的采集和后勤支持系統(tǒng)的要素。
有許多研究中心致力于這種開放式架構(gòu)概念，例如美國海軍與增強型機器控制器項目 - EMC（增強型機器控制器），貿(mào)易部支持提出了五級架構(gòu)：
1 - 工作站規(guī)劃;
2 - 工作站管理;
3 - 計劃解釋;
4 - 軌跡生成/離散輸入和輸出（I / O）;
5 - 伺服控制。
該項目包括熱變形誤差補償和NURBS（非均勻有理B樣條）插值法（Yamazaki，1996）。
美國能源部與TEAM-ICLP（技術(shù)啟用敏捷制造 - 智能閉環(huán)處理）項目集中研究開發(fā)面向開放式架構(gòu)的API。
啟動NGIS（下一代檢測系統(tǒng)II）項目的國家制造科學(xué)中心（NCMS）正在尋求開發(fā)傳感器過程檢查界面。
趨勢
公司和研究中心提出的幾個項目尋求開發(fā)控制器，為機器提供增加的新技術(shù)。主要是通過建立世界硬件和軟件模式，使制造商和客戶之間的技術(shù)依賴。
由于CNC的開放體系結(jié)構(gòu)的編程和配置靈活性的增加，產(chǎn)生了面向?qū)ο蟮能浖陀梢粋€或多個控制處理器控制的電氣 - 機械系統(tǒng)組成的模塊化服務(wù)。
未來的趨勢是使用自主CNC，管理和處理所有內(nèi)部（機器固有）和外部（與生產(chǎn)計劃相關(guān)）元素。為此，有必要開發(fā)幾個部分：
計劃科：收到產(chǎn)品項目（CAD - 計算機輔助設(shè)計模型）和原材料。規(guī)劃使用可用資源執(zhí)行;
內(nèi)部分析部門：驗證零件加工，存儲在知識庫中獲得的最佳結(jié)果。此后，執(zhí)行分析以操作順序，工具的使用以及控制部分需要的切割條件為根據(jù)，對加工部件進行分類;
控制部分：使用補償和模擬預(yù)測實時執(zhí)行真實的CNC控制;
質(zhì)量的診斷和控制部分：從分析部分，最終部分被驗證，并且自主測量過程生成整個測量數(shù)據(jù)。質(zhì)量控制驗證過程行為統(tǒng)計以診斷失敗的原因。
上面提到的部分必須：
?使用知識庫以自動方式維持機器操作的活動;
?使用數(shù)據(jù)庫的信息來驗證和改進資源（新技術(shù)），以提高運營績效;
?使用診斷和質(zhì)量控制自動檢查完成部件，無需人工干預(yù);
?操作完成后，自動分析操作性能。
?基于模擬實時分析控制模型，并在維持機床精度和安全性的控制中進行校正。
開放式架構(gòu)CNC將具有以下特征（Yamazaki，1996）：
透明：系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)完全了解機床制造商以及最終用戶;
可移動：控制軟件的任何部分可以傳輸?shù)饺魏芜h程部分或個人微型計算機;
可移植：控制軟件可以實施或現(xiàn)代化;
活力：當(dāng)更換新的系統(tǒng)組件時，軟件和硬件都應(yīng)允許機器立即運行，無需額外成本;
可重新配置：控制器功能應(yīng)可由用戶配置;
進化：必須開發(fā)完整的系統(tǒng)（這意味著智能功能sho
總結(jié)
使用開放式結(jié)構(gòu)CNC被認(rèn)為是非常重要的，因為它是一種有前景的技術(shù)，其在工業(yè)自動化領(lǐng)域中起著重要的作用，允許設(shè)備的集成，更友好的配置界面，機床通訊和現(xiàn)代化。
電子元件的低成本激勵了新控制器的發(fā)展。
在美國，歐洲和亞洲開發(fā)的開放式架構(gòu)有幾種類型，它們使用標(biāo)準(zhǔn)的IBM-PC計算機進行控制。 OSACA架構(gòu)在軟件領(lǐng)域最為廣泛，OMAC架構(gòu)主要在工業(yè)應(yīng)用中運行，OSEC架構(gòu)在每個工業(yè)領(lǐng)域的自動化，物流和支持中都起作用。 HOAM-CNC架構(gòu)在新的傳感器和特殊模塊實現(xiàn)方面在硬件領(lǐng)域起作用。
所有這些架構(gòu)都集成了幾個不同制造商的設(shè)備，并以更低的成本獲得控制解決方案，保持相同的性能。
開放式架構(gòu)控制器的一些好處是：
?在控制軟件的設(shè)計中使用C ++編程。 軟件程序可以配置和實現(xiàn)新功能，增加機床性能。
?采用力傳感器，振動傳感器，聲傳感器等新應(yīng)用的適應(yīng)性控制算法開發(fā)的應(yīng)用可能性
?特殊伺服控制算法執(zhí)行，提高機床精度。
?為不同機器使用相同的操作界面，簡化用戶培訓(xùn)并降低成本。
致謝
作者要感謝巴西的FAPESP - 圣保羅州研究基金會安帕羅 ，部分資助了這項工作的開發(fā)。
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開題報告
學(xué)生姓名
學(xué)號
專業(yè)
指導(dǎo)教師姓名
職稱
所在院系
課題來源
自擬題目
課題性質(zhì)
課題名稱
基于單片機的CK6163數(shù)控機床控制系統(tǒng)設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和意義
·課題背景
隨著最近幾年經(jīng)融危機的不斷爆發(fā)，國際上的機床市場受到了很大的沖擊，而我國的經(jīng)濟型數(shù)控機場市場也在一定程度受到了影響，產(chǎn)銷量可以說是大幅度的下降，研究出很好的對策成了當(dāng)務(wù)之急。我國的機床行業(yè)中經(jīng)濟型數(shù)控機床是最早的起步產(chǎn)品，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高，以及經(jīng)融危機的影響，國內(nèi)的經(jīng)濟型數(shù)控機床的一些生產(chǎn)企業(yè)能力明顯過剩，特別對于一些產(chǎn)品檔次低、產(chǎn)量要求大的企業(yè)的市場沖擊更大。而造成這種情況的主要原因是市場需求的不斷減少，國外出口量下降嚴(yán)重，導(dǎo)致部分產(chǎn)品由出口轉(zhuǎn)內(nèi)銷，從而導(dǎo)致了國內(nèi)市場的競爭加劇。加快數(shù)控機床的發(fā)展成了當(dāng)務(wù)之急。
數(shù)控車床代表著機械制造行業(yè)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展的方向和水平。而目前我國的數(shù)控機床已經(jīng)研制出很多項目，如CNC系統(tǒng)，數(shù)控銑床加工中心和自動編程系統(tǒng)等等，但我國的數(shù)控機床無論是開發(fā)，生產(chǎn)，還是擁有量上與一些先進國家都有較大的差距，這也促使我國必須加快數(shù)控機床的發(fā)展。
綜上所述，本次我的課題是十分具有現(xiàn)實意義的，使普通機床進行經(jīng)濟型數(shù)控設(shè)計也是提高生產(chǎn)水平，更新工藝的重要途徑。
·課題的目的及意義
每一個設(shè)計都有其設(shè)計的目的和意義?？梢哉f，數(shù)控機床正被越來越多的制造企業(yè)所使用生產(chǎn)，也是現(xiàn)代制造工業(yè)化的重中之重。在數(shù)控技術(shù)中，對其的電氣控制系統(tǒng)的研究就顯得尤為重要。隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展，其在控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用也越來越廣泛，而臥本次的課題就是利用單片機對數(shù)控車床進行控制。而對數(shù)控車床的控制系統(tǒng)進行設(shè)計，不僅能在數(shù)控機床故障診斷和維修上帶來方便，還能保證零件加工的準(zhǔn)確度，減少一些不必要的認(rèn)為誤差。
畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和意義
·數(shù)控機床的工作原理
數(shù)控機床在加工過程中，是將加工過程中所需要的必要的操作和步驟以及加工零件的形狀尺寸用數(shù)字化的代碼來進行表示，在通過控制介質(zhì)將這些數(shù)字信號送入到數(shù)控裝置，數(shù)控裝置對這些輸入信息進行處理和運算，發(fā)出各種控制信號，從而控制機床的伺服系統(tǒng)或者其他的驅(qū)動元件，使機床自動加工出我們所需要加工的產(chǎn)品。
文獻綜述
1. 數(shù)控加工
1.1數(shù)控加工的概念及其發(fā)展
數(shù)控加工時指在機床上利用數(shù)控技術(shù)對零件進行加工的一個過程。數(shù)控加工和非數(shù)控加工的流程從整體上來說是大致相同的。但在技術(shù)上卻大相徑庭。采用數(shù)字信息控制加工零件的數(shù)控加工方法是針對零件種類多樣、相同型號產(chǎn)量少、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高等現(xiàn)實狀況達到高效化和自動化加工的有效方法。數(shù)控加工的發(fā)展方向是高速和高精度。20世紀(jì)50年代，MIT設(shè)計了APT，APT具有程序簡潔，方法靈活等優(yōu)勢，單頁有很多不足之處如對于復(fù)雜的幾何形狀，無法表達集合既視感。為修正APT的不足，1978年，法國達索飛機公司開發(fā)了CATIA。這個系統(tǒng)有效的解決了集合形狀復(fù)雜、難以表達既視感的缺陷。目前，數(shù)控編程系統(tǒng)正向高智能化方向發(fā)展。
1.2數(shù)控加工的內(nèi)容
數(shù)控加工的內(nèi)容有挑選適宜在數(shù)控機床上加工的零件，對數(shù)控加工方案進行確定；詳細繪制所加工零件的圖紙，對圖紙進行分析，確定需要數(shù)控加工的部分，如具體工作的分工、工作的前后順序、加工器具的選擇和位置確定、與其他加工工作的銜接等；利用圖形軟件對需要加工的部件進行造型；根據(jù)加工條件，選擇合適的加工參數(shù)，生成加工軌跡；確定數(shù)控加工中的允許誤差；軌跡的仿真檢驗，生成G代碼，傳給機床加工等。
2. 數(shù)控加工的特點
1)具有高度柔性
在數(shù)控機床上加工零件，主要取決的地方加工程序，因此使得它與普通機床有很大的不同，如不需要制造、更換工具、夾具的時候也不需要經(jīng)常調(diào)整機床。因此數(shù)控機床經(jīng)常適用在不需要經(jīng)常更換零件的場合，換句話說也就是適合單件、小批量生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開發(fā)，縮短了生產(chǎn)所要的周期，也就節(jié)省了許多工藝設(shè)備的費用。
2）加工精度高
8
文獻綜述
數(shù)控機床的加工精度，嚴(yán)格意義上說能夠達到0.005-0.1mm。數(shù)控機床是按照數(shù)字信號形式控制的，數(shù)控裝置沒輸出一個脈沖信號，則機床移動部件移動一個脈沖當(dāng)量（一般為0.001mm），而且別一方面，機床進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距平均誤差可由數(shù)控裝置進行補償。因此，數(shù)控機床的定位精度一般都很高。
3）加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠
加工同一批零件時，可以在同一機床，在相同加工條件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。
4）生產(chǎn)率高
數(shù)控機床因其高效的加工效率，可以有效的減少零件的加工時間和輔助時間，數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給量的范圍大，允許機床進行大切削量的強力切削。數(shù)控機床目前正進入高速加工時代，數(shù)控機床移動部件的快速移動和定位及高速切削加工，減少了半成品的工序間的周轉(zhuǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率。
5）利用生產(chǎn)管理現(xiàn)代化
數(shù)控機床的加工，可預(yù)先精確估計加工時間所使用的刀具、夾具可進行規(guī)范化、現(xiàn)代化管理。數(shù)控機床使用數(shù)字信號與標(biāo)準(zhǔn)代碼為控制信息，易于實現(xiàn)加工信息的標(biāo)準(zhǔn)化。目前已與計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）有機的結(jié)合起來，是現(xiàn)代集成制造技術(shù)的基礎(chǔ)。
3.單片機
以上是對數(shù)控加工和數(shù)控機床的一些簡單的介紹，而數(shù)控機床中數(shù)控的控制系統(tǒng)作為它的核心之一，我也在此有必要對數(shù)控機床的控制系統(tǒng)進行一些研究和分析。而臥的課題是基于單片機的CK6163數(shù)控車床控制系統(tǒng)設(shè)計，所以我對單片機作一些簡單的分析和介紹。
（1）.單片機系統(tǒng)設(shè)計主要包括以下幾個方面的內(nèi)容:控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計,包括系統(tǒng)的要求、控制方案的選擇,以及工藝參數(shù)的測量范圍等;選擇各參數(shù)檢測元件及變送器;建立數(shù)學(xué)模型及確定控制算法;選擇單片機,并決定是自行設(shè)計還是購買成套設(shè)備;系統(tǒng)硬件設(shè)計,包括接口電路,邏輯電路及操作面板;系統(tǒng)軟件設(shè)計,包括管理、監(jiān)控程序以及應(yīng)用程序
文獻綜述
的設(shè)計,應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計包含有硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩部分;系統(tǒng)的調(diào)試與試驗。
(2）.單片機是一種廣泛的常用控制系統(tǒng)，因其具有以下的幾種特點
1）.高集成度、體積小、高可靠性
單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，使得其集成度很高，相應(yīng)的體積也很小。而芯片本身是按照工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機程序指令，常熟及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。
2） .控制功能強
為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件：分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。
3） 低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品
為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機內(nèi)的工作電壓僅為1．8V~3．6V,而工作電流僅為數(shù)百微安。
4） 易擴展
片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。
5） 優(yōu)異的性能價格比
單片機的性能極高。為了提高速度和運行效率，單片機己開始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機的尋址能力也己突破64KB的限制，有的己可達到IMB和16MB,片內(nèi)的ROM容量可達62MB，RAM容量則可達2MB。由于單片機的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。
4.基于單片機的數(shù)控系統(tǒng)原理設(shè)計
單片機在現(xiàn)代的社會生產(chǎn)和生活中正扮演著越來越重要的角色。單片機技術(shù)已經(jīng)成為實現(xiàn)各種工業(yè)測控系統(tǒng)和智能儀器儀表的重要手段。在數(shù)控系統(tǒng)中，插補起著非常重要的作用。插補，就是根據(jù)給定的進給
速度和給定輪廓線形的要求，在運行軌跡的起始點坐標(biāo)和輪廓軌跡之間，由數(shù)控系統(tǒng)計算出各個中間點的坐標(biāo)，“插入”、“補上”運動軌跡中間點的坐標(biāo)軸。由于原理和計算方法的不同，插補可以分為許多不同類型，主要分為兩種：逐點插補法和數(shù)字插補法。逐點插補法以折線來逼近直線或者圓弧曲線，它既可以作直線插補，也可以作圓弧插補，且運算直觀。對于單片機程序的編制，我們可以使用逐點插補法，因其相對于數(shù)字插補法來說，更加適合于單片機這個相對出于中低端的CPU芯片。
參考文獻
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研究內(nèi)容
1. 數(shù)控車床控制系統(tǒng)的確定
2. 理解插補原理，特別是逐點插補法
3. 學(xué)會硬件電路PCB制圖
4. 學(xué)會使用系統(tǒng)的PROTEUS軟件以及掌握必要的匯編語言
5.對課題設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題的思考和總結(jié)
研究計劃
第一周：資料收集與文獻檢索
第二周：英文資料查找及翻譯
第三周：編寫開題報告并修改
第四周：提交開題報告
第五周：學(xué)習(xí)必要的軟件并建模
第六周：學(xué)習(xí)必要的軟件并建模
第七周：用插補運算的方法設(shè)計程序
第八周：用插補運算的方法設(shè)計程序
第九周：采用PROTEUS進行軟件仿真
第十周：采用PROTEUS進行軟件仿真
第十一周：編寫必要的程序流程圖
第十二周：撰寫論文
第十三周：撰寫論文
第十四周：修改論文，準(zhǔn)備答辯
第十五周：修改論文，準(zhǔn)備答辯
第十六周：答辯
特色與創(chuàng)新
1. 根據(jù)計算機仿真技術(shù)，使設(shè)計的產(chǎn)品周期減短，效益提高。
2. 用插補運算的方法設(shè)計程序
3. 編寫必要的程序流程圖
4. 掌握單片機的硬件結(jié)構(gòu)
5. 能積極有效的采用一些較為完善的抗干擾措施，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
指導(dǎo)教師
意見
指導(dǎo)教師簽名：
年月日
教研室意見
院系意見
主任簽名：
年 月 日
教學(xué)主任簽名：
年 月 日
#include
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
#define com8255 XBYTE[0x007f]//8255端口地址
#define PA8255 XBYTE[0x007c]
#define PB8255 XBYTE[0x007d]
#define PC8255 XBYTE[0x007e]
uchar code F_rotation1[]={0x80,0xc0,0x40,0x60,0x20,0xa0};//步進電機正反轉(zhuǎn)控制狀態(tài)表
uchar code B_rotation1[]={0xa0,0x20,0x60,0x40,0xc0,0x80};
uchar code F_rotation2[]={0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x0a};
uchar code B_rotation2[]={0x0a,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08};
uchar code F_rotation3[]={0x88,0xcc,0x44,0x66,0x22,0xaa};
uchar code B_rotation3[]={0xaa,0x22,0x66,0x44,0xcc,0x88};
uchar code F_rotation4[]={0x8a,0xc2,0x46,0x64,0x2c,0xa8};
uchar code B_rotation4[]={0xa8,0x2c,0x64,0x46,0xc2,0xa8};
uchar code table[16] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//數(shù)碼管數(shù)字顯示表
uchar code table_d[16] = {0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};
void xianshi();//數(shù)碼管顯示函數(shù)
void jianpan();//鍵盤功能實現(xiàn)函數(shù)
uchar keyscan();//鍵盤掃描函數(shù)
int A,W,H;
int X3=0, Z3=0, X4=-50,Z4=-50;//加工參數(shù)設(shè)置
int X5, Z5, F1,j0;
uchar i0=0,k0=0;
int X0=0,Z0=-50,X1=0,Z1=0,X2=-50,Z2=-50;
int F=0,X,Z;
uchar n,m=0,k=0;
uchar key,g,count;
void delay(t)//延時函數(shù)
{
uint i,j;
for(i=0;i0)
{
if(F1<0)
{
PA8255=B_rotation2[i0];
F1=F1+Z5;
i0++;A++;H++;
if(i0==6)
i0=0;
}
else
{
PA8255=B_rotation1[k0];
F1=F1-X5;
k0++;W++;H++;
if(k0==6)
k0=0;
}
j0--;
}
}
void RS_move()//第三象限圓弧順時針加工函數(shù)
{
if(n=0)
{
PA8255=B_rotation2[m];
F=F-2*X+1;
X=X-1;
m++;A++;H++;
if(m==6)
m=0;
}
else
{
PA8255=B_rotation1[k];
F=F-2*Z+1;
Z=Z-1;
k++;W++;H++;
if(k==6)
k=0;
}
n++;
}
}
void iti() interrupt 1//中斷函數(shù)
{
TH0=(65536-8000)/256;
TL0=(65536-8000)%256;
count++;
if(count==15)
{
count=0;
jianpan();
}
}
void main()
{
TMOD=0x01;
TH0=(65536-8000)/256;
TL0=(65536-8000)%256;
TR0=1;
ET0=1;
EA=0;
A=0;W=0;
com8255=0x80;
PA8255=0x00;
X1=X1-X0;Z1=Z1-Z0;
X2=X2-X0;Z2=Z2-Z0;
Z=Z1;X=X1;H=0;
X5=X3-X4;Z5=Z3-Z4;
j0=X5+Z5;
while(1)
{
xianshi();
key=keyscan();
if(key==1)
{
A=0;W=0;
}
else if(key==2)
EA=0;
else if(key==5)
EA=1;
}
}
uchar keyscan()
{
uchar Y[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}, X[]={0xd0,0xb0,0x70},ii=0,jj=0,temp;
P1=Y[ii];
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delay(2);
if(temp!=0xf0)
for(;jj<3;jj++)
if(temp==X[jj])
return 3*ii+jj;
}
ii++;
P1=Y[ii];
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delay(2);
if(temp!=0xf0)
for(;jj<3;jj++)
if(temp==X[jj])
return 3*ii+jj;
}
ii++;
P1=Y[ii];
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delay(2);
if(temp!=0xf0)
for(;jj<3;jj++)
if(temp==X[jj])
return 3*ii+jj;
}
ii++;
P1=Y[ii];
temp=P1;
temp=temp&0xf0;
if(temp!=0xf0)
{
delay(2);
if(temp!=0xf0)
for(;jj<3;jj++)
if(temp==X[jj])
return 3*ii+jj;
}
}
void jianpan()
{
if(key==8)
{
com8255=0x80;
PA8255=B_rotation2[g++];
A++;
if(g==6)g=0;
}
else if(key==11)
{
com8255=0x80;
PA8255=F_rotation2[g++];
A--;
if(g==6)g=0;
}
else if(key==7)
{
com8255=0x80;
PA8255=B_rotation1[g++];
W++;
if(g==6)g=0;
}
else if(key==10)
{
com8255=0x80;
PA8255=F_rotation1[g++];
W--;
if(g==6)g=0;
}
else if(key==6)
{
com8255=0x80;
PA8255=B_rotation3[g++];
W++;
A++;
if(g==6)g=0;
}
else if(key==9)
{
com8255=0x80;
PA8255=F_rotation3[g++];
W--;
A--;
if(g==6)g=0;
}
else if(key==3)
{
com8255=0x80;
PA8255=F_rotation4[g++];
W--;
A++;
if(g==6)g=0;
}
else if(key==4)
{
com8255=0x80;
PA8255=F_rotation4[g++];
W++;
A--;
if(g==6)g=0;
}
else
{
if(H<100)
RS_move();
else
// S_move()
;
}
}
void xianshi()
{
PB8255=0x00;
PB8255=0x5b;
PC8255=7;
delay(1);
if(W>0){
PB8255=0x00;
PB8255=0x40;
PC8255=6;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[W%1000000/100000];
PC8255=5;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[W%1000000%100000/10000];
PC8255=4;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[W%1000000%100000%10000/1000];
PC8255=3;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table_d[W%1000000%100000%10000%1000/100];
PC8255=2;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[W%1000000%100000%10000%1000%100/10];
PC8255=1;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[W%1000000%100000%10000%1000%100%10];
PC8255=0;
delay(1);
PB8255=0x00;}
else{
PB8255=0x00;
PB8255=0x3f;
PC8255=6;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[-W/100000];
PC8255=5;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[-W%100000/10000];
PC8255=4;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[-W%100000%10000/1000];
PC8255=3;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table_d[-W%100000%10000%1000/100];
PC8255=2;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[-W%100000%10000%1000%100/10];
PC8255=1;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[-W%100000%10000%1000%100%10];
PC8255=0;
delay(1);
PB8255=0x00;}
PB8255=0x76;
PC8255=0x0f;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=0x40;
PC8255=0x0e;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[A/100000];
PC8255=0x0d;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[A%100000/10000];
PC8255=0x0c;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[A%100000%10000/1000];
PC8255=0x0b;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table_d[A%100000%10000%1000/100];
PC8255=0x0a;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[A%100000%10000%1000%100/10];
PC8255=0x09;
delay(1);
PB8255=0x00;
PB8255=table[A%100000%10000%1000%100%10];
PC8255=0x08;
delay(1);
}