基于嵌入式技术的弯管机专用控制系统的研究与开发

摘要

数控机床很大程度上反映一个国家的综合国力，工业装备的数控化是我国制造业发展的前提，数控机床是国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有巨大的经济效应与社会效应。数控技术是近年发展最快的技术之一，而嵌入式技术的发展更为数控技术插上腾飞的翅膀。将嵌入式技术和数控技术相结合是当今研究的一个重点。
　　本论文概述了弯管机专用控制系统的设计方案。通过对弯管机控制系统发展现状的介绍与分析，并结合本项目的具体要求，确立了弯管机专用控制系统总体设计方案。本论文首先介绍了弯管机进行管材绕弯工艺流程、加工的原理和控制要求等，然后根据加工需求详细介绍了弯管机控制系统方案总体设计。
　　本论文完成了弯管机控制系统硬件平台设计。硬件平台采用东南大学设计的SEP4020微处理器为主控芯片，配以日本NPM公司的专用运动控制芯片PCL6045B来进行高效有序的运动控制。详细介绍了各功能模块电路设计，包括电源电路设计、复位电路设计、时钟电路设计、JTAG调试电路设计、储存器模块设计、运动控制芯片电路设计和触摸屏与SEP4020通信电路设计等。
　　本论文介绍了弯管机控制系统软件平台的搭建和控制应用程序的设计。首先进行了μC/OS-II在SEP4020上的移植，为应用程序的运行提供软件平台。然后进行了人机交互的设计、PCL6045B的API函数库封装以及基于MODBUS协议的通信等。
　　本论文研究了管材加工采用矢量弯管技术的快速建模和管材在弯曲过程中的回弹和伸长等问题对管材加工的影响。以矢量理论为基础，将设计图纸中在笛卡尔坐标系中以绝对坐标表示的管形数据坐标，利用矢量的基本概念和运算法则精确计算出成弯管加工中数控系统所需的增量管形数据。然后研究了管件弯曲过程中的弹性回弹和伸长，控制系统对增量管形数据进行回弹和伸长修正后，由弯管机控制器执行修正后的管件加工数据控制弯管机弯制三维空间管形。
　　本论文结合弯管机进行管材绕弯工艺流程、加工的原理和控制要求等，完成了基于嵌入式技术的弯管机专用控制系统的研究与开发。该系统运行稳定、可靠，实现了预期设定的目标，具有广阔的应用前景。

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1 绪 论

1.1 课题来源、意义及目的

1.2 国内外现状及趋势

1.3 论文的主要内容和主要工作

2 弯管机主要结构介绍及控制系统总体方案设计

2.1 弯管机工艺流程及控制要求

2.2 弯管机工作原理

2.3 弯管机控制系统总体设计

2.4 本章小结

3 弯管机控制系统硬件设计

3.1 系统的硬件总体设计

3.2 ARM处理器及外围电路设计与实现

3.3运动控制芯片接口设计

3.4触摸屏硬件设计

3.5 硬件抗干扰

3.6 本章小结

4 弯管机控制系统软件的设计

4.1 弯管机总体软件设计思路

4.2μC/OS-II在SEP4020上的移植

4.3弯管机人机界面的设计

4.4触摸屏与SEP4020的通信

4.5 运动控制芯片API函数库设计

4.6 弯管机控制系统系统软件设计

4.7 软件抗干扰

4.8 本章小结

5 弯管机弯管模型建立及参数化编程

5.1管件空间坐标系描述

5.2 管件空间坐标的几何模型

5.3 管材的弹性力学特性研究

5.4数控系统的参数化自动编程实现方法

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录