基于DSP的雕刻机控制系统的研究
发布时间：2021-11-05 11:22
数控技术是当今先进制造技术的核心,是一项共性技术,反映了一个国家制造技术的水平和工业水平。当今世界各国制造业广泛采用数控技术以提高制造能力和水平,提高对动态市场的适应能力和竞争能力。雕刻机的数控系统是数控雕刻机的控制核心,其控制功能的强弱、控制性能的优劣直接关系着数控雕刻机的加工质量与加工效率,对整个雕刻机的性价比和市场竞争力都至关重要。所以本文以高性能DSP作为控制系统的核心,研究性价比更高、控制性能更出色、精度更高的数控雕刻机。本文在对控制系统、雕刻技术进行分析研究的基础上,提出了基于DSP的数控雕刻机控制系统的总体研究方案,建立了基于32位微处理器TMS320F2812的硬件平台及基于μCOS-Ⅱ操作系统的软件平台控制系统。采用模块化设计,以TMS320F2812为控制核心模块,完成系统的信息处理计算功能;采用SST39VF800A芯片与K9F4G08U0E芯片来扩展存储器模块,用以存储加工数据及路径文件;采用内部专用通信模块MAX232A芯片实现CPU与外设间的通信;通过控制系统开关量信号控制主轴变频器的启动停止,通过模拟量信号自动控制主轴转速从而实现对雕刻机主轴速度的控制;采...
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数控雕刻机控制系统示意图
河北科技大学硕士学位论文10图2-2雕刻机结构示意图（3）主轴速度控制：根据雕刻机主轴的功能特性采用变频调速电机，其转速区间为0-24000rpm。如此设计的优势就是，用户可通过对主轴电机进行调速，来加工切削不同的深度，针对不同工况进行灵活调整。主轴速度越高，就具有更高的切削速度，有利于改善刀具的切削能力，是零件具有更好的表面光洁度。但有时受刀具或零件材质的限制，若需保证雕刻的质量，需降低主轴的运行速度。（4）控制精度：为保证系统较高的性价比，满足多种控制目标的控制需求，控制系统以步进电机为驱动进行伺服控制，控制精度通过执行机构保证在±0.02mm。（5）指令格式：数控雕刻机的常用指令程序格式有两种，为了使系统能具有更广泛的适用性，这就需要兼容G指令。（6）经济性指标：为了使系统具有更好的市场竞争力和性价比，在保证功能的前提下，将成本尽可能的降低。2.3总体方案控制系统总体方案的确定，首先要充分了解雕刻机行业在国内外的发展现状、工作原理及分类，确定系统开发所需达到的最终目标，明确要实现的具体功能，分析系统目标实现的可能性，综合考虑系统的开发策略，结合以上任务来制定工程进度安排。其次，是确立一个初步的系统设计方案，包括系统设计的初步说明、描述文档和设计方案，要考虑到每种系统的可能的组成，估算每种系统的成本和效益，在充分权衡各方案的基础上选择一个较为优良的方案并制定详细计划。最后，对已有的初步方案加以完善与实施，通过软硬件联动调试，最终制成样品机后对样品机展开可靠性测试与性能测试。在确定了系统的整体目标后，为系统设计总体方案提供了主要依据。系统的总体方案就是为系统整体开发提供一个大方向，明确系统的软硬件开发的思路及划分。要想使得系统整体有?
河北科技大学硕士学位论文14法、乘法和移位计算都能够在同一处理周期中完成，核心计算速度为20MIP/50ns。此外，DSP还具还具备数控加工中所需的多种特殊功能，如数据指针反向寻址、高速中断处理以及硬件寻址控制等。TMS320F2812具有以下特点：（1）高性能TMS320F2812DSP芯片是32位定点微控制单元，主频能够达到150MHz；所以它具备数控雕刻机所需的高速计算能力，同时还具备强大的微型处理器外设集成功能。（2）适用于多种控制类工业设备的总线接口，如CAN总线、PWM总线、I2C总线、SPI总线等；（3）体积孝性能强、便携性高，同时适用于多种手持设备；（4）能够应用于各种较为严苛的工业作业环境；图3-1TMS320F2812示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]现代机械加工中数控技术的应用研究[J]. 颜伟. 农家参谋. 2019(20)
[2]高速高精度数控雕刻机控制技术的分析[J]. 张超,姚玉梅. 决策探索(中). 2018(02)
[3]国产化数控系统的应用现状与发展趋势[J]. 田建忠. 金属加工(冷加工). 2018(02)
[4]三轴雕刻机人机交互界面设计[J]. 夏尔冬,王春荣,熊昌炯,刘建军,高浩. 宁德师范学院学报(自然科学版). 2016(04)
[5]国内外数控系统技术研究现状与发展趋势[J]. 蔡锐龙,李晓栋,钱思思. 机械科学与技术. 2016(04)
[6]试分析复杂表面多轴数控加工的精度控制[J]. 王炜罡. 山东工业技术. 2016(03)
[7]基于运动控制器的雕刻机控制系统设计[J]. 刘勇求. 机床与液压. 2016(02)
[8]数控雕刻机控制系统研究及实现[J]. 陈艺冲. 电子世界. 2014(18)
[9]嵌入式SoC单片机在雕刻机数控系统中的应用[J]. 王锁弘. 电子科技. 2014(09)
[10]基于μcos-Ⅲ数控系统的研制[J]. 张自谦,黄穗,邓丽贞. 机电工程技术. 2014(05)
硕士论文
[1]基于FPGA的雕刻机32位运动控制器设计[D]. 陈嵘.内蒙古大学 2019
[2]激光雕刻机的结构及控制系统的研究[D]. 杨晓礼.长春理工大学 2018
[3]大族彼岸数字控制软件技术有限公司发展战略研究[D]. 夏剑杰.吉林大学 2018
[4]基于ARM+FPGA雕刻机控制系统的设计[D]. 任福.哈尔滨理工大学 2018
[5]激光雕刻机控制系统设计[D]. 孙征.华北理工大学 2018
[6]经济型高速高精度数控雕刻系统开发[D]. 蔡君义.西安建筑科技大学 2016
[7]基于ARM+DSP的双CPU运动控制器设计[D]. 李弘扬.华中科技大学 2016
[8]高速数控雕刻加工技术研究[D]. 张绍青.上海应用技术学院 2015
[9]基于嵌入式网络的雕刻机数控系统研究与实现[D]. 高阳东.西安科技大学 2014
[10]基于自适应模糊PID控制的激光雕刻系统的研究[D]. 赵兵.燕山大学 2012
本文编号：3477704
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数控雕刻机控制系统示意图
河北科技大学硕士学位论文10图2-2雕刻机结构示意图（3）主轴速度控制：根据雕刻机主轴的功能特性采用变频调速电机，其转速区间为0-24000rpm。如此设计的优势就是，用户可通过对主轴电机进行调速，来加工切削不同的深度，针对不同工况进行灵活调整。主轴速度越高，就具有更高的切削速度，有利于改善刀具的切削能力，是零件具有更好的表面光洁度。但有时受刀具或零件材质的限制，若需保证雕刻的质量，需降低主轴的运行速度。（4）控制精度：为保证系统较高的性价比，满足多种控制目标的控制需求，控制系统以步进电机为驱动进行伺服控制，控制精度通过执行机构保证在±0.02mm。（5）指令格式：数控雕刻机的常用指令程序格式有两种，为了使系统能具有更广泛的适用性，这就需要兼容G指令。（6）经济性指标：为了使系统具有更好的市场竞争力和性价比，在保证功能的前提下，将成本尽可能的降低。2.3总体方案控制系统总体方案的确定，首先要充分了解雕刻机行业在国内外的发展现状、工作原理及分类，确定系统开发所需达到的最终目标，明确要实现的具体功能，分析系统目标实现的可能性，综合考虑系统的开发策略，结合以上任务来制定工程进度安排。其次，是确立一个初步的系统设计方案，包括系统设计的初步说明、描述文档和设计方案，要考虑到每种系统的可能的组成，估算每种系统的成本和效益，在充分权衡各方案的基础上选择一个较为优良的方案并制定详细计划。最后，对已有的初步方案加以完善与实施，通过软硬件联动调试，最终制成样品机后对样品机展开可靠性测试与性能测试。在确定了系统的整体目标后，为系统设计总体方案提供了主要依据。系统的总体方案就是为系统整体开发提供一个大方向，明确系统的软硬件开发的思路及划分。要想使得系统整体有?
河北科技大学硕士学位论文14法、乘法和移位计算都能够在同一处理周期中完成，核心计算速度为20MIP/50ns。此外，DSP还具还具备数控加工中所需的多种特殊功能，如数据指针反向寻址、高速中断处理以及硬件寻址控制等。TMS320F2812具有以下特点：（1）高性能TMS320F2812DSP芯片是32位定点微控制单元，主频能够达到150MHz；所以它具备数控雕刻机所需的高速计算能力，同时还具备强大的微型处理器外设集成功能。（2）适用于多种控制类工业设备的总线接口，如CAN总线、PWM总线、I2C总线、SPI总线等；（3）体积孝性能强、便携性高，同时适用于多种手持设备；（4）能够应用于各种较为严苛的工业作业环境；图3-1TMS320F2812示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]现代机械加工中数控技术的应用研究[J]. 颜伟. 农家参谋. 2019(20)
[2]高速高精度数控雕刻机控制技术的分析[J]. 张超,姚玉梅. 决策探索(中). 2018(02)
[3]国产化数控系统的应用现状与发展趋势[J]. 田建忠. 金属加工(冷加工). 2018(02)
[4]三轴雕刻机人机交互界面设计[J]. 夏尔冬,王春荣,熊昌炯,刘建军,高浩. 宁德师范学院学报(自然科学版). 2016(04)
[5]国内外数控系统技术研究现状与发展趋势[J]. 蔡锐龙,李晓栋,钱思思. 机械科学与技术. 2016(04)
[6]试分析复杂表面多轴数控加工的精度控制[J]. 王炜罡. 山东工业技术. 2016(03)
[7]基于运动控制器的雕刻机控制系统设计[J]. 刘勇求. 机床与液压. 2016(02)
[8]数控雕刻机控制系统研究及实现[J]. 陈艺冲. 电子世界. 2014(18)
[9]嵌入式SoC单片机在雕刻机数控系统中的应用[J]. 王锁弘. 电子科技. 2014(09)
[10]基于μcos-Ⅲ数控系统的研制[J]. 张自谦,黄穗,邓丽贞. 机电工程技术. 2014(05)
硕士论文
[1]基于FPGA的雕刻机32位运动控制器设计[D]. 陈嵘.内蒙古大学 2019
[2]激光雕刻机的结构及控制系统的研究[D]. 杨晓礼.长春理工大学 2018
[3]大族彼岸数字控制软件技术有限公司发展战略研究[D]. 夏剑杰.吉林大学 2018
[4]基于ARM+FPGA雕刻机控制系统的设计[D]. 任福.哈尔滨理工大学 2018
[5]激光雕刻机控制系统设计[D]. 孙征.华北理工大学 2018
[6]经济型高速高精度数控雕刻系统开发[D]. 蔡君义.西安建筑科技大学 2016
[7]基于ARM+DSP的双CPU运动控制器设计[D]. 李弘扬.华中科技大学 2016
[8]高速数控雕刻加工技术研究[D]. 张绍青.上海应用技术学院 2015
[9]基于嵌入式网络的雕刻机数控系统研究与实现[D]. 高阳东.西安科技大学 2014
[10]基于自适应模糊PID控制的激光雕刻系统的研究[D]. 赵兵.燕山大学 2012
本文编号：3477704
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