基于CNC的自定心钻头导尖磨床关键技术的研究与开发

发布时间：2017-03-30 18:10

  本文关键词：基于CNC的自定心钻头导尖磨床关键技术的研究与开发，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,一种自定心钻头受到市场的广泛欢迎。这种钻头与普通的麻花钻相比,在钻头端部增加了一个导尖部分,使得打孔更加稳定。当前的数控工具磨床并未彻底实现导尖部分的自动化批量生产。在运动控制、功能控制、钻头角度定位等控制系统关键技术上,还存在许多待解决的问题。因此,解决技术上的难题就显得非常有必要。论文对导尖磨床控制系统提出了总体方案,在系统运动控制、功能控制、钻头角度定位等关键技术上作出了详细设计。在运动控制方面,选用四轴数控系统、伺服元件组成了半闭环系统。通过硬件设计、参数配置、HMI与G代码开发的设计模式对此部分进行了完整的设计。在功能控制方面,通过I/O信号设计、内嵌式PLC程序开发实现了磨床的各项功能控制要求,比如电磁阀控制、角度定位模块控制等。为了解决磨床的自动送料问题,在钻头角度定位方面,提出了一种嵌入式的图像定位方案,采用FPGA平台实现。其中,基于Verilog HDL完成了钻头图像采集与处理算法的设计,并进行了仿真验证。最后,搭建了CNC控制实验平台与角度定位实验平台,对以上各项关键技术进行了实验与调试,验证了运动控制和功能控制设计的精确性与合理性,证明了图像定位方案的可行性。通过对导尖磨床控制系统的关键技术进行研究,解决了运动控制、功能控制、钻头角度定位方面的一些问题。这对将来实现导尖批量自动化生产就具有很重要现实意义。
【关键词】：导尖磨床 CNC 运动控制 功能控制 钻头角度定位 图像处理 FPGA
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG580.23
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 课题研究背景12-14
• 1.1.1 钻头工具磨床发展现状12-13
• 1.1.2 数控技术发展现状13-14
• 1.1.3 检测与传感技术14
• 1.2 课题来源与研究意义14-16
• 1.3 课题的主要研究工作16
• 1.4 本章小结16-17
• 第二章 系统总体方案设计17-28
• 2.1 系统总体控制方案设计17-19
• 2.1.1 磨床工作原理分析17-18
• 2.1.2 总体方案设计18-19
• 2.2 位置控制方案设计19-21
• 2.3 功能控制方案设计21-23
• 2.3.1 输入信号设计21-22
• 2.3.2 输出信号设计22-23
• 2.3.3 CNC与角度定位模块通讯设计23
• 2.4 钻头角度定位模块方案设计23-27
• 2.4.1 视觉测量可行性分析23-25
• 2.4.2 FPGA图像处理系统方案设计25-27
• 2.4.3 图像处理算法方案设计27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 系统硬件设计28-43
• 3.1 数控系统选型28-31
• 3.1.1 控制指标分析28
• 3.1.2 数控系统选型28-30
• 3.1.3 KY-1000M型数控系统接口30-31
• 3.2 运动控制模块设计31-33
• 3.2.1 伺服电机与驱动器选型31
• 3.2.2 运动控制电路设计31-33
• 3.3 功能控制模块设计33-36
• 3.3.1 数控系统I/O分配33
• 3.3.2 输入输出控制电路设计33-36
• 3.4 角度检测模块硬件设计36-42
• 3.4.1 FPGA选型及I/O分配37
• 3.4.2 FPGA外围电路设计37-40
• 3.4.3 CMOS传感器选型设计40
• 3.4.4 SRAM存储器模块设计40-41
• 3.4.5 通讯模块设计41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 系统软件设计43-72
• 4.1 控制系统软件架构43-45
• 4.1.1 数控系统软件总体架构43-44
• 4.1.2 角度定位模块软件总体设计44-45
• 4.2 系统参数设置45-48
• 4.2.1 数控系统PARA参数设置46-47
• 4.2.2 伺服驱动器参数设置47-48
• 4.3 内嵌式PLC软件设计48-53
• 4.3.1 PLC信号处理48-52
• 4.3.2 辅助功能代码定义52-53
• 4.4 HMI与G代码设计53-58
• 4.4.1 HMI软件设计53-55
• 4.4.2 G代码设计55-58
• 4.5 角度传感器软件设计58-71
• 4.5.1 钻头图像采集58-62
• 4.5.2 SRAM存储模块设计62-63
• 4.5.3 钻头图像预处理63-68
• 4.5.4 Hough变换与角度检测68-71
• 4.6 本章小结71-72
• 第五章 系统实验与调试72-82
• 5.1 实验平台设计72-74
• 5.1.1 CNC控制系统实验平台搭建72-73
• 5.1.2 钻头角度测量实验平台搭建73-74
• 5.2 CNC控制系统调试与优化74-77
• 5.2.1 CNC调试方案设计74-75
• 5.2.2 功能控制调试75
• 5.2.3 运动控制调试75-76
• 5.2.4 CNC控制系统调试结果分析76-77
• 5.3 钻头角度测量实验77-81
• 5.3.1 测量实验过程77
• 5.3.2 测量误差分析77-81
• 5.4 本章总结81-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 总结82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-87
• 致谢87

【参考文献】

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