【正文】 據(jù)大量的時(shí)而降低加工效率。如何解決這些問題成為一個(gè)重要的研究課題。 采用主動(dòng)測(cè)量技術(shù)可以很好地解決上述問題。主動(dòng)測(cè)量 是指在機(jī)械加工過程中，由測(cè)量裝置始終測(cè)量著工 件的尺寸，并將其尺寸變化量實(shí)時(shí)傳遞給控制儀，再由控制儀發(fā)出信號(hào)（如粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信號(hào)）控制機(jī)床的動(dòng)作。它能使操作人員無需停機(jī)就能測(cè)量工件，從而對(duì)加工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，又降低了廢品率，同時(shí)加工出的工件尺寸一致性較高，特別適應(yīng)于在大批量流水線作業(yè)中使用，如汽車零部件、軸承零件的加工等。 主動(dòng)測(cè)量?jī)x主要由測(cè)量裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、控制儀三部分組成。 （ 1） 測(cè)量裝置 在砂輪磨削工件的工程中，裝置的兩個(gè)測(cè)子始終接觸工件表面，將工件直 徑的變化量通過測(cè)子、杠桿，使得裝置中的磁芯和電感線圈的位置產(chǎn)生相對(duì)位移，從而將尺寸的變化轉(zhuǎn)換為電感量的變化。主動(dòng)測(cè)量裝置俗稱側(cè)頭，起著把被測(cè)量參數(shù)的變化量轉(zhuǎn)化為測(cè)量信號(hào)的作用，它是測(cè)量?jī)x的主體。從結(jié)構(gòu)原理上可以分為單點(diǎn)測(cè)量裝置和雙點(diǎn)測(cè)量裝置，單點(diǎn)測(cè)量裝置可以用于端面定位或者用兩個(gè)組合起來測(cè)量大的直徑等；雙點(diǎn)測(cè)量裝置可以測(cè)量外徑、內(nèi)徑、槽寬、臺(tái)階寬等。 （ 2） 控制儀 鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 控制儀將裝置輸出的電感信號(hào)經(jīng)過相敏整流、放大，發(fā)出粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信號(hào)給磨床控制系統(tǒng)，磨床控制系統(tǒng)接受到信號(hào)后控制機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)， 從而到達(dá)控制工件尺寸的目的。 （ 3） 油壓驅(qū)動(dòng)裝置 測(cè)量裝置的進(jìn)退由油壓驅(qū)動(dòng)裝置來帶動(dòng)，工件安裝好后，砂輪快速前進(jìn)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)油缸也帶動(dòng)測(cè)量裝置進(jìn)入測(cè)量工位。磨削到尺寸后砂輪快速退回，驅(qū)動(dòng)油缸帶動(dòng)主動(dòng)測(cè)量裝置退出測(cè)量工位，以便于操作者裝卸工件。 嵌入式磨加工主動(dòng)測(cè)量?jī)x軟件系統(tǒng)，是控制儀的軟件部分，良好的軟件設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)使控制儀具有合理的人機(jī)交互界面，人機(jī)交互界面是人與機(jī)器進(jìn)行交互的操作方式，是用戶與機(jī)器之間傳遞信息的媒介，其中包括了輸入和輸出。好的人機(jī)界面簡(jiǎn)單易懂，操作簡(jiǎn)單且具備引導(dǎo)功能，能夠使用戶感覺愉快，興趣增強(qiáng)，從 而提高使用效率。 C語言是微軟公司開發(fā)的一種面向?qū)ο缶幊陶Z言，它是微軟公司專門為 .NET 運(yùn)行框架開發(fā)的高度集成和高度兼容的面向?qū)ο缶幊陶Z言。 C強(qiáng)大的功能得益于強(qiáng)大的 .NET 運(yùn)行框架。 嵌入式 C語言是一種編譯型的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言 , 它兼顧了多種高級(jí)語言的特點(diǎn) , 并且具備匯編語言的功能。同時(shí)它是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言 , 具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu) , 在軟件開發(fā)中可以采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法。用嵌入式 C 語言進(jìn)行開發(fā)可以極大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期 ,增強(qiáng)系統(tǒng)軟件的可讀性 , 便于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)充。以單片機(jī)為基礎(chǔ)的嵌 入式系統(tǒng) , 沒有通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)那樣豐富的軟件資源可以利用 , 諸如圖形化的操作系統(tǒng)、集成開發(fā)環(huán)境等大多資源需要自行定義 , 另外 , 要根據(jù)其不同的功能以及針對(duì)不同的用戶 , 開發(fā)不同的人機(jī)交互界面。 因此，研究和開發(fā)高性能的嵌入式磨加工主動(dòng)測(cè)量控制儀軟件系統(tǒng)對(duì)于促進(jìn)精密機(jī)械的加工以及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展以及提高設(shè)備的性能和自動(dòng)化水平都具有重要意義。 綜 上所述， 磨加工主動(dòng)測(cè)量控制儀作為一種先進(jìn)的智能化機(jī)械設(shè)備，對(duì)當(dāng)今機(jī)械加工過程中的磨加工的效率和精度的提高都具有很大幫助，既 減少了加工過程中的勞動(dòng)強(qiáng)度 ,又 提高了生產(chǎn)效率 , 同時(shí) 又降低了廢品率 。 嵌入式 軟件系統(tǒng)通過其 人機(jī)交互界面良好的可操作性和用戶友好性，作為人與計(jì)算機(jī)之間的傳遞交換信息的媒介和對(duì)話的接口，在當(dāng)今社會(huì)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用 。 嵌入式磨加工主動(dòng)測(cè)量?jī)x 軟甲系統(tǒng) 設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)中具有其重要的研究意義，也將擁有其廣闊的發(fā)展前景。 鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文 7 磨加工主動(dòng)測(cè)量控制儀的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 目前，主動(dòng)測(cè)量技術(shù)國(guó)外還處于領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)地位，其中著名的公司有意大利的 Marposs公司、日本東京精密等，這些公司所在的國(guó)家都為汽車工業(yè)大國(guó)。意大利的 Marposs 產(chǎn)品包括了一系列標(biāo)準(zhǔn)裝置，并且可以按照客戶要求專門設(shè)計(jì)。其中在磨床主動(dòng)測(cè)量裝置方面，它優(yōu)化了磨削過程，在磨削過程中對(duì)工件進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，機(jī)床進(jìn)給可以根據(jù)磨削余量進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且能最大程度地降低外部環(huán)境 (溫度變化、冷啟動(dòng)等 )對(duì)加工的影響，從而進(jìn)一步保證了磨削精度。一般的磨加工，重復(fù)誤差可小于 微米，尺寸分散性控制在 3 微米以內(nèi)；高精度磨加工，重復(fù)誤差小于 微米，尺寸分散性控制在 1 微米以內(nèi)。在滿足高精度的基礎(chǔ)上，主動(dòng)測(cè)量?jī)x朝著測(cè)量對(duì)象多樣性發(fā)展。日本東京精密公司現(xiàn)已開發(fā)出了能檢測(cè)內(nèi)圓、外圓、連續(xù)面和斷續(xù)面，同時(shí)還 能在線檢測(cè)圓度誤差的主動(dòng)測(cè)量?jī)x，并且精度高，穩(wěn)定。 國(guó)內(nèi)研究發(fā)展現(xiàn)狀 在國(guó)內(nèi)以中原精密有限公司為代表，引進(jìn)日本東京精密公司技術(shù)，在測(cè)量精度，測(cè)量對(duì)象的多樣性處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，主導(dǎo)產(chǎn)品磨加工主動(dòng)測(cè)量?jī)x國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到 60％，但是缺乏核心技術(shù)。同時(shí)還有成都工具研究所、洛陽新和精密測(cè)控有限公司等，但產(chǎn)品存在測(cè)量精度不高、顯示不夠直觀、測(cè)量范圍及控制點(diǎn)調(diào)整不方便和智能化程度低等缺點(diǎn)，而且基本上都是停留在以單片機(jī)為核心的微機(jī)化儀表的水平上，甚至有的還仍然在指針式儀表階段，而基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)進(jìn) 行較高智能性的主動(dòng)測(cè)量?jī)x器地研究和開發(fā)還在起步階段。 課題來源 本課題來源于鄭州大學(xué)和三門峽中原精密有限公司校企合作項(xiàng)目“ Z600 型磨加工主動(dòng)測(cè)量控制儀”的研究與開發(fā)。設(shè)計(jì)任務(wù)是在 VS20xx 集成開發(fā)環(huán)境下用 C編程語言，對(duì)“ Z600鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 型主動(dòng)量?jī)x”進(jìn)行嵌入式軟件系統(tǒng)的開發(fā)。 本課題研究的主要內(nèi)容 本文在對(duì)磨加工主動(dòng)測(cè)量控制儀進(jìn)進(jìn)行了解和認(rèn)識(shí)之后，對(duì)嵌入式系統(tǒng)下的適用于此類磨加工主動(dòng)測(cè)量控制儀的 軟件系統(tǒng) 進(jìn)行研究、分析和設(shè)計(jì)，運(yùn)用 C編程語言在 VS20xx集成環(huán)境下設(shè)計(jì)出 Z600 型嵌入式磨加 工主動(dòng)測(cè)量?jī)x的 軟件系統(tǒng) 。根據(jù)本課題的理解，對(duì)主動(dòng)測(cè)量技術(shù)和磨加工主動(dòng)量?jī)x做充足的了解和認(rèn)識(shí)，了解其工作原理和對(duì)本課題所涉及的軟件系統(tǒng) 的功能需求，進(jìn)一步對(duì)開發(fā)軟件和開發(fā)平臺(tái)等進(jìn)行選擇， 在此 基礎(chǔ)上形成整體設(shè)計(jì)方案，而后完成對(duì) 軟件系統(tǒng) 的三大部分：測(cè)量、控制、調(diào)整三個(gè)模塊的各窗體和功能的設(shè)計(jì) 。 鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文 9 第二章 磨加工主動(dòng) 量 儀的 工作原理及功能分析 磨加工主動(dòng)測(cè)量?jī)x的簡(jiǎn)介及其工作原理 目前的數(shù)控磨床所采用的一般是開環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制，機(jī)床只是按照預(yù)先設(shè)定好的加工量進(jìn)行加工，因此其中的加工余量，加工條件等不能 及時(shí)的反饋到系統(tǒng)中，因此加工精度有限。磨加工主動(dòng)測(cè)量控制儀將加工中的測(cè)量控制儀與砂輪、機(jī)床、工件等組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。其中 ,要求的尺寸為給定量 Do，工件實(shí)際尺寸 D 為被控制量，控制量是磨床砂輪的進(jìn)給，在加工過程中，主動(dòng)測(cè)量?jī)x對(duì)工件實(shí)際尺寸 D 進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，并與給定量進(jìn)行比較得出差值 △ D=DDo，由此給出控制信號(hào)，使磨床按要求完成加工過程，最后在 △ D=0時(shí)給出砂輪退刀信號(hào)。以上的反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了加工的過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行對(duì)工件的測(cè)量并做出相應(yīng)的反饋，不但減少了加工時(shí)間，提高了加工的效率，同時(shí)也提高了磨削過程中的加工精度 ，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的精密化和自動(dòng)化。 嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)是用來控制或者監(jiān)視機(jī)器、裝置、工廠等大規(guī)模設(shè)備的系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分。通常，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)控制程序存儲(chǔ)在 ROM 中的嵌入式處理器控制板。事實(shí)上，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，如手表、微波爐、錄像機(jī)、汽車等，都使用嵌入式系統(tǒng)，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是由單個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)整 個(gè)控制邏輯。 嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分。嵌入式系統(tǒng)（ Embedded system），是一種 “完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ”，根據(jù)英國(guó)電器工程師協(xié)會(huì)（ . Institution of Electrical Engineer）的定義，嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或用于工廠運(yùn)作的設(shè)備。與個(gè)人計(jì)算機(jī)這樣的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)。由于嵌入式系統(tǒng)只針對(duì)一項(xiàng)特殊的任務(wù)，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)λM(jìn)行優(yōu)化，減 小尺寸降低成本。由于嵌入式系鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 統(tǒng)通常進(jìn)行大量生產(chǎn)。所以單個(gè)的成本節(jié)約，能夠隨著產(chǎn)量進(jìn)行成百上千的放大 。 所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，都使用的是嵌入式系統(tǒng)，某些嵌入式系統(tǒng)甚至還包括操作系統(tǒng)，但大多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)還是由單個(gè)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)的邏輯控制。國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)的定義是： 以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會(huì)具有生命力、才更具有優(yōu)勢(shì)。因此可以這樣理解上述三個(gè)面 向的含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際 系統(tǒng)需求 進(jìn)行合理的裁減利用 。一般來說，嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)架可以分為 4 個(gè)部分：處理器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出（ I\O）和軟件。 嵌入式系統(tǒng)具有以下幾個(gè)重要的特征： 。由于嵌入式系統(tǒng)是一般應(yīng)用與小型電子裝置，系統(tǒng)資源相對(duì)有限，因此內(nèi)核較之傳統(tǒng)的系統(tǒng)的內(nèi)核要小得多。 。嵌入式系統(tǒng)的專用性很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件結(jié)合的非常緊密，同時(shí)針對(duì)不同的任務(wù)，往往要求有比較大的更改，程序的編譯和下載都要和系統(tǒng)相結(jié)合 。 。 嵌 入式系統(tǒng)一般沒 有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的 的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制 系統(tǒng) 成本，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全 。 4. 高實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)軟件 (OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態(tài)存儲(chǔ)，以提高速度；軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠 性。 嵌入式系統(tǒng)還有一個(gè)很大的有點(diǎn)就是可以提供 友好 的多媒體和人機(jī) 交互 界面。嵌入式系統(tǒng)能夠和用戶親密接觸，最重要的因素就是它能提供非常友好的用戶界面 、 圖像界面 和靈活的控制方式，使得人們感覺在使用嵌入式系統(tǒng)的時(shí)候會(huì)非常親切。因此嵌入式 系統(tǒng)開發(fā) 也獲得了越來越廣泛的使 用。 主動(dòng)測(cè)量技術(shù) 主動(dòng)測(cè)量是指在機(jī)械加工過程中，由測(cè)量裝置始終測(cè)量著工件的尺寸并將其尺寸變化量隨時(shí)傳遞給控制儀由控制儀發(fā)出信號(hào)（如粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信號(hào)）控制機(jī)床的動(dòng)作。由于采用主動(dòng)測(cè)量技術(shù)的機(jī)床能使操作人員不需要停機(jī)檢查工件的尺寸就能得到工件的實(shí)時(shí)尺寸，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，降低了廢品率，同時(shí)加工出的工件尺寸一致性較好特別適用于大批流水線作業(yè)中使用例如在軸類零件的生產(chǎn)中。主動(dòng)測(cè)量系鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文 11 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 1 中所示： 圖 1 主動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 主動(dòng)測(cè)量和傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比， 由于是實(shí)時(shí)對(duì)工件尺寸進(jìn)行測(cè)量并反饋給控制儀，控制儀發(fā)出機(jī)床動(dòng)作指令，因此，有諸多優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)測(cè)量可以減少?gòu)U品率，提高產(chǎn)品質(zhì)量；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度；閉環(huán)檢測(cè)大大減少停機(jī)檢驗(yàn)和調(diào)整時(shí)間，從而提高生產(chǎn)效率；廢品率的減少可以節(jié)約能源和原材料，提高經(jīng)濟(jì)效益。 磨加工主動(dòng)量?jī)x的主要結(jié)構(gòu)及功 能 磨加工主動(dòng)測(cè)量?jī)x的組成 ，即測(cè)頭。 在砂輪磨削工件的過程中 , 裝置的測(cè)頭始終接觸工件表面 , 將工件直徑的變化量通過測(cè)子、杠桿 , 使得裝置中的磁芯和電感線圈的位置產(chǎn)生相對(duì)位移 ,從而將尺寸的變化轉(zhuǎn)換為電感量的變化。 它將裝置輸出的電感等信號(hào)經(jīng)過整流、放大 , 發(fā)出粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信號(hào)給磨床控制系統(tǒng) , 磨床控制系統(tǒng)接收到信號(hào)后 , 控制機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu) , 從而達(dá)到控制工件尺寸的目的。目前的控制儀已基本剔除了過去分離元件的電路 , 采用了集 成電路 , 有些已使用了微處理機(jī) , 使重復(fù)精度、長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性等性能均有極大提高。 測(cè)量裝置的進(jìn)退由它來帶動(dòng) , 工件安裝好后 , 砂輪快速前進(jìn) , 同時(shí)驅(qū)動(dòng)油缸也帶動(dòng)主動(dòng)測(cè)量裝置進(jìn)入測(cè)量工位。磨削到尺寸后砂輪快速退回 , 驅(qū)動(dòng)油缸帶動(dòng)主動(dòng)測(cè)量裝置退出測(cè)量工位 , 以便于操作者裝卸工件 。 油壓驅(qū)動(dòng)裝置是主動(dòng)測(cè)量裝置與機(jī)床的連接部件，負(fù)責(zé)將裝置進(jìn)入或退出測(cè)量工位，通過對(duì)前后微調(diào)機(jī)構(gòu)的調(diào)整，可以使裝置的鄭州大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 觸頭對(duì)準(zhǔn)工件中心。目前的油缸有立式和臥式（根據(jù)機(jī)床的中心高來確定）。由以上三個(gè)部分組成的主動(dòng)測(cè)量控制系統(tǒng)與機(jī)床 控制系統(tǒng)組合就形成了磨加工過程中的主動(dòng)測(cè)量。以用 3 個(gè)信號(hào)控制的磨削過程為例，從砂輪快速進(jìn)給進(jìn)入粗磨階段， P1 點(diǎn)是從粗磨進(jìn)給向精磨進(jìn)給切換的信號(hào)點(diǎn)， P2 點(diǎn)是從精磨進(jìn)給向無火花磨削進(jìn)給切換的信號(hào)點(diǎn)， P3 點(diǎn)為到尺寸退刀信號(hào)點(diǎn)。機(jī)床控制系統(tǒng)從控制儀先后接收到這三個(gè)信號(hào)分別執(zhí)行不同的動(dòng)作，完成一個(gè)磨削循環(huán)。對(duì)于高精度磨削加工，一般可以將加工零件的尺寸分散度控制在 2～ 3μm。近年來，工藝要求尺寸