如何在淘宝上做自己的网站,东莞通网上营业厅,网页设计网站建设的书籍,海淀seo搜索优化多少钱桌 面数控 设 备 对 小 尺寸零件加工在成 本 、 功 耗 和 占 地 面 积等方 面有 着 巨 大 优 势 。 桌 面数控 设 备 大致 有 3 种 实 现 方 案 : 第 一种 为 微 型 机 床搭 配 传统 数控系 统 #xff0c; 但 是 桌 面数控 设 备 对 成 本 敏感 ; 第二 种 为 基 于 PC… 桌 面数控 设 备 对 小 尺寸零件加工在成 本 、 功 耗 和 占 地 面 积等方 面有 着 巨 大 优 势 。 桌 面数控 设 备 大致 有 3 种 实 现 方 案 : 第 一种 为 微 型 机 床搭 配 传统 数控系 统 但 是 桌 面数控 设 备 对 成 本 敏感 ; 第二 种 为 基 于 PC 的 数控系 统 软 件 及 其 相应 接 口 卡 控 制 微 型 机 床 1 由 于 软 件设 置 复杂 很 难 针对 不 同 需 求 进行 修 改 结果表现 为 精度 差 、 稳 定性 不高 ; 第 三 种方 案 为 在一 定 硬 件 平台 下 自行完 成 数控系 统设 计 。 方 案 三 中 根据 硬 件 平台 的不 同 可分 为 基 于 PC 23 和 基 于 嵌 入 式 芯 片 47 。 基 于 PC 的 数控系 统 可 简 化在 任 务 调 度 和通 信 等方 面 的工 作 实 现 仿 真 加 工 、 轨 迹 显 示 等复杂的 人机 交 互 功 能 。 但 是 引入 PC 不 仅 增大 体 积和成 本 同 时 由 于通用 操 作 系 统不 满足 数控系 统 实 时 性要 求 需 要 增加 实 时 性 内 核 补 丁 或者 使用 硬 件 实 现数控系 统 中 高 实 时 性 任 务 89 。 嵌 入 式 芯 片 在 单个 芯 片 上 高 度集 成了 CPU 、 AM 、 OM 以 及 丰 富 的 外 设 在 体 积 、 功 耗 和成 本 上 相 对 与 PC 有 巨 大 的 优 势 。 STM32 是 基 于 Cortex M 内 核 开发 的一 系 列 32 位 微处 理 器 主 频 从 32 MHz 到 480 MHz 可以 平 衡 嵌 入 式 数控系 统 对 CPU 实 时计算 能 力 和成 本 的 要 求 。 因 此本 设 计 采 用 STM32 完 成 数控系 统设 计 使用 FPGA 辅 助 STM32 控 制具 体 执 行 器 并 设 计 桌 面 车 床 10 进行 验 证 。 1 数 控 车 床 控 制 系 统 模 式 分 类 传统 数控系 统模式 边 界 模 糊 易 使 初 学者 混 淆 。 对 这 些 模式的 功 能及 其 实 现 方式 分 析 可 概 括为 两 种模 式 : 手 动 加工和 自 动 加工 。 合 理 的 功 能 分 类 有 助 于 理 清 任 务 内 容 降 低 使用 门 槛 。 在具 体 实 现中 两 模式 存 在 实 现 方式的 重 叠 部 分 硬 件和 软 件 可以 共 用 。 依 据 客 户 机 服 务 器 设 计 模 式 ( ClientServer ( C /S ) ) 将 数控 车床 控 制 系 统 划 分 为 客 户 机 和 服 务 器 两 部 分 。 客 户 机主要 完 成 人机 交 互 类 工 作 服 务 器主要 完 成 参数 修 改 、 动 作 执 行以 及数控系 统的 核 心 功 能 G 代 码执 行 。 两 部 分 主要 通过 自 定 的 不 对 称 通 信 协 议 实 现 服 务 器 接 收 执 行 客 户 机指 令 并 返回 执 行结果 协 同实 现 两 种加工模式 。 2 硬 件 设 计 硬 件是 数控系 统的 基 础 硬 件设 计 要 满足 数控系 统在 数据 处 理 能 力 、 多 轴 联 动 同步性 、 存 储 能 力 和 抗 电 磁 干 扰 等方 面 的 要 求 。 限于 篇 幅 这 里 不 对 具 体 电 路 原 理 图 展开 仅 从需 求 角 度对数控系 统 硬 件 部 分进行 分 析 设 计 。 21 客户 机部 分 硬 件 设 计 客 户 机部 分 的 主要 任 务 是 人机 交 互 而 屏幕 显 示 和 虚 拟 按 键 是 人机 交 互 的 主要 设 备 。 为 了 降 低 工 作 量 提 高 开发效率 许 多 嵌 入 式设 计 采 用 串 口 屏 实 现 人机 交 互 4 1112 但 是设 计 受限 且 串 口 屏 面 向 一 般 工业应用 场 景 不 满足 坐 标 显 示 等高 实 时 要 求 。 因 此 在 客 户 机 硬 件设 计 中 采 用 STM32F429 触 摸 屏 自行进行 人机 交 互 开发 。 同 时 充 分 利用 STM32 丰 富 的 外 设 增加 USB 、 SD 接 口 用于 U 盘 、 键 盘 以 及 SD 卡 等 外 部 G 代 码 输入 ; 使用 Flash 实 现 G 代 码 板内 存 储 ; 添 加 32MB 的 SDAM 拓 展 STM32F429 内 存 同 时作 为 显 示 屏 显 存 ; 拓 展 手 轮 接 口 用于 外 接 电子 手 轮 ; 预 留 以 太网 、 S485 接 口 增加 系 统 开 放 性 以 及 功 能 可 拓 展 性 。 22 服 务 器部 分 硬 件 设 计 由 于 服 务 器 承担 自 动 加工 中 绝 大 部 分 任 务 所 以 服 务 器 硬 件 需 要 满足 数控系 统 实 时 性 、 同步性 以 及稳 定性要 求 。 采 用 主 频 高 达 216 MHz 、 支持 浮 点 运算 的 STM32F767 以 达 到 数控系 统的 实 时 性要 求 。 采 用 EP4CE15F484 同步 发 送各 轴 运 动 指 令 到 电 机 驱 动 器 。 添 加 SDAM 拓 展 内 存 提 高最大 G 代 码 行数 避免 系 统 死 机 ; 使用 FMC 进行 STM32 和 FPGA 的 主 从 通 信 ; 由 于 FPGA 直 接 与 执 行 器 和传 感 器 连 接 增加光 耦 隔 离 避免 外 部 信 号 干 扰 等 。 23 总 体 硬 件 设 计 虽 然 通过 两 个 MCU 完 成 客 户 机 和 服 务 器 任 务 但 是 考虑 到 体 积和 安 装 将 两 部 分集 成在 同 一 块 PCB 电 路 中 共 用 必 需 的 电 源 、 时 钟 、 急 停 、 指示 灯 等模 块 。 数 控系 统 整体 的 硬 件 架 构 如 图 1 所示 : 3 软 件 设 计 软 件设 计 主要 对 客 户 机 功 能 、 服 务 器 任 务 进行分 析 设 计 。 限于 篇 幅 且 有 许 多 文 献 1316 对 译 码 、 刀 补 和 插 补 等 进行 介绍 这 里 不 对 所 有 子 功 能 模 块详细阐 述 。 31 客户 机 软 件 设 计 emWin 是 针对 嵌 入 式 平台 开发 的 图 形 软 件 库 。 使用 emWin 控 件 可以 如同 搭 积 木 一 般 完 成 界 面 编 辑 再 由 STM32 的 LTDC 控 制 器 驱 动显 示 屏 实 现 界 面 显 示 。 emWin 支持 触 摸 屏 周 期 性 检 测 触 摸 交 互 并 获 取 屏幕 坐 标 系 下 的 点击位置 坐 标 通过 点击位置与 界 面控 件 位置 比 较 判 断 是 否 该 控 件 被 操 作 在 控 件 回 调 函 数中 编写 响 应 函 数 实 现 虚 拟 按 钮 功 能 。 通过 对 不 同 按 钮 类 控 件 编码 在 按 钮 控 件 回 调函 数中 将 对 应 编码 写 入内 存 即 可完 成标 准 G 代 码 或者其 他 类 型数据 的 虚 拟 按 键 输入 。 传统 数控 车床 支持 使用 电子 手 轮 相 对 于 按 钮 电子 手 轮 可以 实 现 灵 活 微 进 给 根据 摇 动 速 度控 制 电 机 进 给 速 度 为 对 刀 等 操 作 提 供 极 大 便 利 。 FatFs 是 针对 嵌 入 式 系 统设 计 的 文 件 系 统模 块 FatFs 根据 扇 区 信息 完 成 数据 读 写 并 做 必 要 的 数据 保 护 对 不 同 的 存 储 介 质 提 供 泛 型 操 作 。 客 户 机与 服 务 器之间 使用 4Mbps 串 口 通 信 以 满足 大 数据 指 令 响 应的 实 时 性 。 服 务 器 返回 的 结果 类 型 较 多 串 口 接 收 中 断 解 析 可 能会 导 致 客 户 机 系 统 有 较 大的 时 间 抖 动 所 以 需 要 将 除 显 示实 时 性要 求 高的 ( 如 坐 标 ) 结果 使用 FIFO 缓 冲 区 暂 时 存 储 待 其 他 任 务 完 成 后 再 对结果 解 析 。 触 摸 检 测 、 屏幕 显 示 和 结果 解 析 在 宏 观 上 是 并行 任 务 因 此 借 用 嵌 入 式 操 作 系 统 μ C /OS Ⅲ 进行 任 务 调 度 同 时 emWin 和 FatFs 亦 可以 使用 操 作 系 统 提 供 的 信 号 量 等 共 享 资 源 保 护 机 制 进行 资 源 保 护 。 32 服 务 器 软 件 设 计 限于 服 务 器 内 存 大 小 需 要 将 译 码 、 刀 补 和 插 补等 模 块 并行 执 行以 降 低 对 缓 冲 区 需 求 因 此 带 来 任 务 调 度 、 共 享 资 源 管 理问题 。 随着 硬 件的 发展 MCU 片 上 AM 大 小 增加 而 且 可以 外 扩 AM 增加 系 统 内 存 因 此 许 多 并行 任 务 可以 转 为 串 行 执 行 从 而 简 化设 计 降 低 系 统 耦 合 增加 系 统 鲁 棒 性 。 由 于 服 务 器 被 动 响 应 客 户 端 指 令 所 以 在 服 务 器 空 暇 时 应 该 不 停 查 询 是 否 存 在 指 令 通过 数据 通 信 送 达 根据 指 令 内 容 通过 函 数 指 针 调 用 执 行参数 修 改 、 动 作 执 行 、 G 代 码执 行 等 服 务 类 任 务 。 参数 修 改 任 务 不 仅 提 供 对 刀 数据 等 自 动 加工 时 必 需 参数 修 改 也 可以 修 改 电 机 参数 ( 最大速 度 、 加速 度 等 ) 以 及 机 床 参数 ( 最大 行程 、 前 / 后置 刀架 、 螺距 等 ) 提 高 数控系 统 柔 性 。 动 作 指 令 发 送的 先 后 必 然 破 坏 联 动 的 同步性 所 以 动 作 执 行 任 务 仅 需 考虑 同 一 时 间 下 单 轴 动 作 即 对 应 手 动 加工模式 。 G 代 码 任 务 包括 译 码 、 刀 补 、 速 度规 划 、 G 代 码 解 释 等 子 任 务 16 。 通过 FatFs 读 入 系 统的 文本文 件是 以 字 符 数 组 保 存 的 如 果 在 G 代 码 解 释时 再 寻找 指 令 无 法 满足 加工速 度提 出 的 实 时 性要 求 。 因 此 译 码 需 要 预 先 从 字 符 数 组 中提 取 并 检 查 指 令 及 其数据 。 刀 具 长度 补 偿 是 指 当 刀 具 长度因 为 换 刀 、 磨 损 导 致 切削 不到工件 时 补 偿 这 部 分 缺 失 而 不 需 要 重 新 对 刀 节 省 时 间 ; 速 度控 制 主要指 加 减 速 控 制 也 有针对 连 续 微小 线段 进行 速 度 前 瞻 控 制 17 G 代 码 中描述 的 轨 迹 都 是 从 零速 度开 始 零速 度结 束 。 根据 牛 顿 定 律 必 然存 在加速和 减 速过 程 对 于 步 进 电 机 在 启 动 频 率 之 下 加工 精度 要 求 不高 可以 不 考虑 加 减 速 。 频繁 的 启 停 影响 加工 效率 速 度 前 瞻 控 制 引入转接 速 度 避免 电 机 启 停 。 G 代 码 解 释 将 G 代 码 转 换 为 具 体 指 令 驱 动 执 行 器 运 动 。 对 于 简 单 执 行 器 如 冷却液 、 照 明 等 只 需 控 制 FPGA 产生相应的高 低 电 平 ; 对 于 单个 复杂 执 行 器 如 直 流 无 刷 电 机 控 制 FPGA 产生相应的使 能 、 方 向 电 平 信 号 以 及 速 度 脉 冲 信 号序 列 发 送 给 直 流 无 刷 驱 动 器 ; 对 于多 个 复杂 执 行 器 联 动 使用逐 点 比 较 插 补 分 解 出 各 轴位 移 再 控 制 FPGA 产生相应的方 向 电 平 信 号 以 及 包 含 位 移 速 度 信息 的 脉 冲 序 列 发 送 给 步 进 电 机 驱 动 器 。 急 停 用于 危 急 情 况 下 机 床 的 紧 急 停 止 如 果 急 停 仅仅 给 主 回 路 断 电 存 在 急 停 复 位后 电 机 继 续 运 动 的 可 能 性 所 以 急 停 信 号 同 时需 要 提 供 给 数控系 统 用于 控 制 停 止 电 机 对 于 主轴 这 种大 惯 量部 分 必 要 时 适 当 反 转 电 磁 力 矩 或者 增加 机 械 抱死 装置 。 综 上 所 述 服 务 器部 分 的 参 考 模 型 如 图 2 所示 。 客 户 机 服 务 器 模式 下 的 系 统 本 质 上 是 主 从 系 统 这 决 定 了相 互 之间 通 信 协 议 具 有 不 对 称 性 。 客 户 机 需 要 按照 服 务 器 协 议 调 用 服 务 器 提 供 的 服 务 由 于 G 代 码 数据 具 有 不 确 定性 如 果 服 务 器采 用不 定 长 方式 接 收 数据 时 间 抖 动 较 大 为 了 实 现 定 长 接 收需 要 客 户 机 先 发 送一 个 指 令 告 诉 服 务 器 G 代 码 长度 然 后 在 下 一 个 指 令 发 送 对 应 长度 G 代码。 4 实验验 证 为 了 验 证修 改 本 嵌 入 式 数控系 统 分 别 采 用了 两 台机 床 其 一 为南京 翼马 ET100ZT 数控 装 调 实 训 车 床 选 配电 机 和 刀 具 后 完 成 切削 实验 ; 其 二 为 自 设 计 机 床 。 使用 如 图 3 所示 零件 图 进行 车 削 实验 。 加工成 果 图 如 图 4 、 图 5 所示 加工零件 数据 如 表 1 所示 。 自 设 计 机 床 X 轴 刚 度 较差 导 致零件在 X 轴 方 向 的尺寸 精度 相 对 较差 且 加工 表面 质 量 不 如 ET100ZT。
