压电陶瓷刀具磨损补偿单片机驱动电源硕士论文

1、基于压电陶瓷驱动的刀具磨损补偿系统的设计  【关键词】 压电陶瓷; 刀具磨损补偿; 单片机; 驱动电源; 【英文关键词】 Piezoelectric Ceramics; Tool Wear Compensation; Single-Chip microcomputer; Driving Power Supply; 【中文摘要】 随着纳米微米技术的发展,机械加工领域对精度的要求日益提高。而刀具的磨损是影响加工精度的一个重要因素。在精密和超精密加工中,这种磨损带来的影响就更大。要解决这个问题,就需要可对刀刃位置进行微米甚至纳米级调整的刀具磨损补偿装置,从而达到提高加工精度的目的

2、。压电陶瓷作为理想的微纳米级微位移元件,具有体积小、位移分辨率高、承载力大、无噪声、不发热等特点,基于压电陶瓷驱动的刀具磨损补偿系统可以实现对刀具磨损的微米级补偿。 本文设计了以单片机为控制核心的基于压电陶瓷驱动的刀具磨损补偿系统。通过对所选择压电陶瓷微位移器的电压位移关系进行实验分析,提出了针对刀具磨损补偿系统的有效方法来消除压电陶瓷非线性、迟滞和蠕变所带来的影响。对以单片机为动力元件的刀具磨损补偿装置进行了设计和校核,并采用基于平均曲线模型的方法建立补偿系统的数学模型。根据电压控制法,设计了基于串联电压负反馈原理的压电陶瓷驱动电源,以及直流供电电路和压电陶瓷的放电回路,通过仿真验证了电源的

3、高线性度和低纹波。阐明了适用于实际生产的刀具磨损补偿控制系统的原理,根据所选方案选择控制器所需的单片机及接口器件,对各部分扩展单元技术指标和功能进行分析,论证选择的合. 【英文摘要】 With the development of nano-micron technology, demand of precision is increasing more and more in the field of machining. And tool wear is an important factor in influence of accuracy. In precision and ultra

4、 precision machining, the impact caused by such wear will be even greater. To resolve this problem, we need a tool wear compensation device which can use micrometer or even nanometer to adjust the blade position, thereby improving accuracy. As an ideal micro-nano displacement device, piezoelectric c

5、eram. 摘要 5-6 Abstract 6 第一章 绪论 9-14 1.1 课题来源及意义 9-10 1.2 微进给机构综述 10-12 1.2.1 对微量进给机构的要求 10 1.2.2 微进给机构的常用形式 10-12 1.3 国内外研究概况 12-13 1.4 论文主要研究内容 13-14 第二章 补偿装置的分析与设计 14-24 2.1 引言 14 2.2 压电陶瓷的致动器的选择 14-15 2.3 压电陶瓷致动器的基本特性 15-19 2.3.1 非线性和迟滞特性的分析 15-17 2.3.2 蠕变特性的分析 17-18 2.3.3 力位移特性分析 18-19 2.4 补偿装置的

6、结构设计 19-21 2.4.1 补偿装置的工作原理 19-20 2.4.2 补偿装置的刚性校核 20-21 2.5 补偿装置数学模型的建立 21-23 本章小结 23-24 第三章 驱动电源的设计 24-33 3.1 引言 24 3.2 驱动电源的设计原则 24 3.3 放大电路的设计 24-28 3.3.1 功率放大器的选择 25-26 3.3.2 运算放大器的选择 26-27 3.3.3 放大电路的设计 27-28 3.4 直流稳压供电电路的设计 28-29 3.5 压电陶瓷放电回路 29-31 3.6 驱动电源的仿真 31-32 本章小结 32-33 第四章 控制系统的硬件设计 33-

7、48 4.1 系统的功能及硬件的构成 33-34 4.2 控制系统硬件的选择 34-45 4.2.1 单片机 34-36 4.2.3 扩展数据存储单元 36-37 4.2.4 数据显示单元 37-39 4.2.5 模数转换单元 39-41 4.2.6 数模转换单元 41-43 4.2.7 其它I/O接口单元 43-45 4.3 上位机通信 45-47 4.3.1 通信总线的选择 45 4.3.2 驱动芯片介绍 45-46 4.3.3 上位机与单片机之间的通信协议 46-47 本章小结 47-48 第五章 系统的功能及软件设计 48-61 5.1 具磨损补偿系统的主要功能 48 5.2 主程序的流程 48-50 5.3 软件模块的实现方案及典型子程序的设计 50-59 5.3.1 数据采集模块 50-52 5.3.2 补偿量处理与输出控制模块 52 5.3.3 液晶显示模块 52-55 5.3.4 按键功能及处理模块 55-59 5.4 系统抗干扰设计 59-60 5.4.1 硬件抗干扰 59 5.4.2 软件抗干扰 59-60 本章小结 60-61 结论 61-63 参考文献【