微型数控铣床及嵌入式数控系统研究

摘要

随着现代制造业技术的不断更新与发展，机械零件向着微型、高精度、复杂曲面方向发展，传统的三轴数控铣床已经满足不了复杂曲面的加工要求；对于微小型零件的加工，使用大型五轴数控机床具有成本高、加工效率低等缺点；大型数控机床价格昂贵，高校大型数控设备紧缺，学生动手实践机会少，缺乏实际操作经验是现在高校开展数控技术实验教学过程中急需解决的问题。本文在分析了国内外现有微型机床的基础上，设计了基于ARM嵌入式数控系统的五轴微型数控铣床。
　　本论文主要完成的工作有以下几个方面：
　　第一，完成了五轴微型数控铣床的结构设计。利用UG软件完成铣床的三维建模及装配，并对铣床进行运动学仿真。利用ANSYS WORKBENCH软件对机械结构进行有限元静力学分析，证明铣床关键部件的结构设计可以满足设计要求。
　　第二，完成了微型数控铣床控制系统的总体设计。根据数控系统功能需求，完成了数控系统控制方案以及软件系统流程图的设计。最后，完成单片机的选型及主要芯片的选择。
　　第三，设计ARM单片机电路原理图，完成电源电路、工作台步进电机控制电路、主轴电机电路、光电限位开关与编码器控制电路及串口通信电路等数控系统硬件电路设计。完成驱动器接线设计及数控系统硬件控制箱的接线。
　　最后，利用Delphi与keil5分别作为上位机与下位机程序编译软件，采用模块化设计思路对数控铣床控制系统软件程序进行设计。主要完成了人机交互界面显示、NC文档的操作、参数设置与译码、模拟运行及串口通讯等非实时性程序的设计以及串口通讯、译码、插补算法计算、电机信号控制、反馈等实时性高的程序设计。该数控铣床及数控系统的研发可以满足企业及高校的使用后要求。与大型五轴数控铣床相比，该数控铣床的性价比极高，能够在企业及高校中得到广泛应用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外五轴微型数控铣床的研究水平及发展趋势

1.3 本课题研究的主要内容

1.4本章内容

第二章 五轴微型数控铣床结构设计与仿真分析

2.1微型数控铣床机械结构总体方案设计

2.2微型数控铣床参数确定

2.3铣床主要零部件设计

2.4微型数控铣床实体建模

2.5微型数控铣床实体运动学仿真

2.6微型数控铣床蜗轮轴静力学分析

2.7本章小结

第三章 五轴微型数控铣床系统总体设计

3.1数控系统简介与设计形式选择

3.2数控系统整体设计方案

3.3操作系统开发平台选择及软件设计流程

3.4单片机主要芯片的选型

3.5本章小结

第四章 五轴微型数控铣床系统硬件设计

4.1数控系统下位机电路图设计及生产

4.2电机驱动器接口设计

4.3数控铣床硬件系统箱的设计

4.4本章小结

第五章 五轴微型数控铣床系统软件设计

5.1刀具半径补偿程序设计

5.2串口通讯程序设计

5.3译码模块程序设计

5.4插补模块

5.5模拟图形显示

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

在校期间公开发表的学术论文

致谢