基于ARM9的数控冲床自动送料运动控制系统设计

摘要

数控冲床自动送料机构作为冲压加工生产实现自动化的最基本要求，其自动化程度高低直接影响着冲压生产效率以及冲压生产整体自动化水平，其自动化程度与冲压设备相匹配甚至高于冲压设备，才能够实现冲压生产的完全自动化。
　　 基于ARM的嵌入式数控系统是集成了计算机数字控制技术、ARM技术、运动控制芯片技术及嵌入式操作系统技术等技术为一体的技术含量高的数控系统，是对低成本、高性能的数控冲床自动送料系统研究的一个新的尝试。基于ARM的嵌入式数控系统软、硬件部分的设计与实现及运动控制芯片控制方法的研究，是本论文研究的主要任务。
　　 针对中、低档数控机床自动化程度低、加工质量不稳定、缺乏保护装置、存在较大安全稳患的问题，本文采用了目前广泛使用的32位ARM9微处理器作为系统的主控制器，该处理器主要面向嵌入式设备，具有性价比高、功耗低的特点。该系统能实现数控冲床自动送料系统的运动控制。软硬件结构简单，定位精度高，操作简单方便。论文首先确定了自动送料运动控制系统的软硬件总体设计方案。硬件方面，包括基于ARM9的嵌入式自动送料运动控制器进给伺服系统设计、运动控制器与伺服电机接口电路设计、无线通讯模块的设计及电路抗干扰设计；软件部分主要完成运动控制程序的设计，包括插补运动算法模块、速度控制算法模块及通讯模块等。本文主要完成了以下几个方面的工作：
　　 1、通过32位ARM9芯核开发的自动送料运动控制系统，为普通冲床的数控改造或经济型数控冲床向高档数控转化提供理论依据和技术支持。
　　 2、采用三次样条插补、加减速控制算法，能够控制伺服电机平稳、高速运行，提高冲床加工精度和加工效率。
　　 3、通过改变输入参数，可随意改变板料尺寸、加工件的形状以及随意选择加工速度，易于控制。
　　 文章采用三次样条插补算法、S形加减速控制方法控制伺服电机平稳高速运行、达到较高的加工精度，自动完成数据运算、插补计算以及位置控制等功能，适合用于普通机床的数控化改造或经济型数控机床中，代替基于PC机的数控机床，降低成本。
　　 文章在最后对整个设计进行了总结和展望，指出了系统存在的问题和一些可以改进的地方。

目录

文摘

英文文摘

谨献

1 引言

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 数控冲床与自动送料技术的发展概况及发展趋势

1.2.1 数控冲床的发展概况

1.2.2 数控冲床自动送料装置的发展概况

1.2.3 数控冲床自动送料装置的发展方向

1.3 论文主要研究内容

1.4 本章小节

2 自动送料运动控制系统总体设计

2.1 系统设计原则

2.2 数控冲床系统的组成

2.3 冲床数控自动送料系统的总体设计

2.3.1 冲床数控系统硬件结构设计

2.3.2 冲床数控系统软件结构设计

2.3.3 ARM9芯核简介

2.4 本章小结

3 数控技术中的插补运动控制原理

3.1 数控技术中常用的插补算法

3.2 粗插补过程中周期、精度、速度的分析

3.3 精插补的插补精度研究

3.3.1 数字积分法的基本原理

3.3.2 DDA直线插补器

3.4 速度的控制方法

3.5 本章小结

4 自动送料运动控制系统硬件设计

4.1 系统总体设计

4.2 交流伺服运动控制系统设计

4.2.1 ARM9为核心的运动控制系统

4.2.2 ARM9与伺服电机的接口设计

4.3 系统无线通讯模块设计

4.4 运动控制系统抗干扰设计

4.5 本章小结

5 自动送料系统运动控制器的软件设计

5.1 软件系统总体设计

5.2 ARM9软件开发流程及开发工具介绍

5.3 插补运动控制模块设计

5.3.1 插补方案设计

5.3.2 粗插补在ARM中的实现

5.3.3 精插补在ARM中的实现

5.3.4 三次B样条曲线插补

5.3.5 三次B样条曲线插补非均匀恒速插补算法

5.3.6 插补预处理

5.4 加减速控制模块设计

5.5 通讯模块设计

5.6 本章小结

6 结论及进一步研究的建议

6.1 结论

6.2 进一步研究的建议

参考文献

致谢

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