便攜式數(shù)控切割機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā).pdf

1、近年來,隨著造船、汽車等制造業(yè)發(fā)展的提速,金屬切割總量隨之大幅增長,用戶對提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、解決技術(shù)勞動力不足、減少二次加工量、改善工作環(huán)境的要求越來越迫切,因此,自動化程度較高的數(shù)控切割機(jī)的市場需求也在迅速擴(kuò)大。然而,許多購買力不高的用戶雖然有強(qiáng)烈的使用數(shù)控切割機(jī)的愿望,但大型數(shù)控切割機(jī)昂貴的價(jià)格使得他們望而卻步。便攜式數(shù)控切割機(jī)以大型機(jī)1/5~1/10的價(jià)格,滿足主要切割功能的自動化程度受到了廣大中小用戶的歡迎,該機(jī)一經(jīng)上市

2、,其銷量便迅速增長,市場前景和發(fā)展?jié)摿薮?。受某切割機(jī)制造商的委托,本文針對便攜式數(shù)控切割機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和開發(fā)。首先,在調(diào)研國內(nèi)外數(shù)控切割機(jī)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上,提出了以DSP+單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)整體方案。作者完成的主要設(shè)計(jì)工作和特點(diǎn)是：(1)完成了數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),主要包括：電源模塊；DSP及其外圍電路；步進(jìn)電機(jī)控制和驅(qū)動模塊；液晶驅(qū)動模塊；USB數(shù)據(jù)存取模塊；I/O輸入輸出模塊和鍵盤模塊等。其中：USB接口可通過

3、價(jià)廉易用的U盤來接收在外部設(shè)備(如：PC機(jī))上制作好的加工代碼,免去在自身系統(tǒng)上編程時(shí)的麻煩。采用價(jià)格較便宜的步進(jìn)電機(jī)(精度不如伺服電機(jī))作為運(yùn)動控制執(zhí)行器是因?yàn)樵撉懈顧C(jī)主要用于火焰切割(割縫為3~5mm),對位置控制精度要求不高(誤差≤0.5mm)；采用DSP作為電機(jī)控制芯片,是因?yàn)镈SP具有電機(jī)控制事件管理器(支持電機(jī)的轉(zhuǎn)向、PWM指令的產(chǎn)生、控制算法的處理、數(shù)據(jù)交流和系統(tǒng)監(jiān)控等功能),能很好地滿足響應(yīng)速度和加工質(zhì)量的要求；采用圖形

4、液晶(藍(lán)白)顯示是為了在實(shí)時(shí)監(jiān)控切割過程等人機(jī)接口方面,不比大型數(shù)控遜色很多。(2)開發(fā)了可單獨(dú)在PC機(jī)上運(yùn)行的輔助編程軟件,該軟件提供了參數(shù)編程、標(biāo)準(zhǔn)代碼轉(zhuǎn)換、多零件套料、割縫補(bǔ)償?shù)却笮颓懈顧C(jī)才具備的強(qiáng)大功能,巧妙地利用了容易得到的外部資源(PC)來彌補(bǔ)了便攜式切割機(jī)硬件資源的先天不足,同時(shí)又沒有增加控制器的硬件開銷,很好的解決了成本和性能的矛盾。(3)完成了數(shù)控系統(tǒng)的軟件開發(fā)。包括：直線和圓弧插補(bǔ)算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)；DSP電機(jī)運(yùn)動控制

5、程序(單步前進(jìn)、后退；四方向移車；I/O邏輯等)；USB數(shù)據(jù)通訊；軟件實(shí)現(xiàn)的故障監(jiān)測和報(bào)警功能(該功能既方便了系統(tǒng)調(diào)試,提高了系統(tǒng)的智能化,又沒使成本增加)等。(4)在完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)開發(fā)后,作者實(shí)際制作了控制系統(tǒng)樣機(jī),并利用廠家提供的切割機(jī)機(jī)床,進(jìn)行了整機(jī)的聯(lián)調(diào)和測試。經(jīng)過三代樣機(jī)的不斷改進(jìn),最終完成的便攜式數(shù)控切割機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、具備常用的切割功能、最高運(yùn)動速度達(dá)12000mm/min,位置控制誤差小于0.5mm。測試結(jié)果表明：系統(tǒng)