基于直线电机的开放式微细铣削数控系统开发

摘要

微细加工相关技术在高精度立体且尺寸位于微米与毫米之间的中间尺寸零件制造中的应用，大大推进了微细制造以及其相关技术的前进，这一技术与MEMS技术、超精密加工技术有着明显区别，是通过通用加工设备、采用常规加工方法，对加工尺寸处于微米和中间尺寸之间的微小零件进行高质量，高精度的精细高效化加工制造的一种有效的方式方法。各种超精密机床可以说是进行微细加工的唯一途径与媒介。目前我国在专用精细切削设备机床研发中虽有重大进步，但仍然属于研制阶段的初期，在从系统构建设计到性能评估等一系列相关纵向领域缺乏深入的研究。而国外相关技术已经有了初步应用，但由于国际形势影响对我国进行技术保密。
　　随着直线电机和直线伺服驱动系统的技术日趋成熟与稳定，其优点也逐渐显现出来，直线电机由于其独特的结构，彻底去除了传统电机的“电机+联轴器+丝杠”的传动形式。自身即可为一个较完整的传动系统，如果与相关控制检测装置相结合，就可以实现半闭环、闭环回路控制。同时直线电机克服了由于引入传统电机所带来的丝杠的螺距误差，侧隙，丝杠本身的变形，进而导致伺服系统分辨率差，响应频率低，在低速度、重载时易出现爬行现象等种种缺陷。正是由于直线电机的以上优点，使其可以充分满足微细加工对精度、误差等级等的要求，同时因为直线电机所构成的反馈系统较普通电机更加灵敏，实时性更加优越，可以不断调节加工时的参数，适宜对使用条件苛刻，产品质量要求极为严格的微小零件的加工。
　　近年来，在电子技术领域一大批新型控制技术不断出现，DSP芯片作为其中的佼佼者，再一次引领了控制领域的一场变革。DSP芯片具有极高的稳定性、可重复性、可大规模集成电路化，尤其是可编程性和快速的反应能力，广泛应用于通信、网络。雷达等需要快速、准确实现实时操控并进行信息处理的领域。结合精细零件加工相关系统所需要的高速反应能力、高速加工、高速信息处理的技术要求，可以认为DSP的种种优点可以极好的满足精细零件加工的相关要求，充当精细加工系统的控制与信息处理的核心。
　　因此本课题以微细铣削加工专用数控系统为研究方向，根据微细加工的实际要求，并结合直线电机在控制方式上的特点，通过DSP开发板实现了对电机速度、方向、运行方式的控制、插补算法，初步实现了专用数控系统的主要界面、数据传输。同时对本课题所涉及的系统中关于开放式的相关设计及考量进行了介绍。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 开放式数控系统国内外研究现状

1．3 数控微细铣削机床发展现状

1．4 研究目的和意义

1．5 研究内容和工作安排

1．6 本章小结

第二章 基于直线电机的微细铣削机床总体方案及硬件设计

2．1 数控系统体系结构

2．2 总体设计方案

2．3 基于直线电机的微细铣削机床平台的搭建

2．4 直线伺服驱动的选用

2．4．1 直线电机的结构和工作原理

2．4．2 直线电机的分类

2．4．3 直线电机进给伺服系统控制方案

2．4．4 直线电机的选择

2．5 本章小结

第三章 微细铣削数控系统上位机控制程序

3．1 机床编译语言识别分析程序

3．2 数字积分法插补轨迹生成程序

3．3 坐标转换程序

3．4 本章小结

第四章 微细铣削数控系统人机控制界面设计

4．1 各控制界面说明

4．2 界面具体操作操作

4．3 本章小结

第五章 微细铣削加工系统下位机设计

5．1 TMS320F28335控制芯片简介

5．2 双中断循环响应程序编写方法

5．3 电机驱动用PWM波形生成程序

5．3．1 ePWM模块概述

5．3．2 驱动用PWM波形产生原理

5．4 电机运动控制程序

5．4．1 电机旋转方向的循环改变

5．4．2 电机加速启动与减速停止

5．4．3 电机速度、方向的任意改变

5．5 数控微细铣削系统开放式设计

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

附录