PCB高速数控钻床运动控制器的研究与设计

摘要

近年来，随着家用电器、IT、通讯等行业的快速发展，我国的PCB行业得到了飞速发展，目前全球PCB产能的大部分都是在我国完成的，由于电子终端产品对PCB需求的不断增加，PCB行业在未来都会呈现一个非常好的发展趋势，有着非常好的市场前景，对于我国的PCB加工制造相关企业来说，这是一个非常好的发展机会。在PCB加工制造过程中，专用于钻孔的PCB高速数控钻床是一个非常重要的设备，其性能在很大程度上影响着PCB生产的速度和质量，现有的钻床无论在速度上还是加工精度上都难以满足目前电子终端产品对PCB提出的更高要求，PCB高速数控钻床上所使用的运动控制器在钻床性能的提升方面起着非常重要的作用，现有的运动控制器在很大程度上制约着PCB数控钻床整体性能的提升，因此研究性能更好的PCB高速数控钻床运动控制器有着十分重要的现实意义。
　　本文首先分析了PCB高速数控钻床的运动控制特点和其所使用的运动控制器技术特点和现状，提出了研究专用于PCB高速数控钻床的运动控制器的必要性，提出了对其性能进行改进的思路和方法；针对现有控制器的优缺点，结合控制需求的特点，确定了控制器的结构，完成了控制器的方案设计以及确定了相关功能技术指标；完成了控制器的硬件设计，包括控制器核心处理器的选型设计、电源电路的设计、高速脉冲输出电路设计、外扩存储模块设计以及其他外围模块设计；最后对影响钻床性能的几个关键算法进行了研究和选择，包括孔位定位过程中的速度规划、实际控制过程中的PID调节以及孔位加工顺序的优化。经过部分验证，取得了一定的应用效果。

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1 绪论

1.1 PCB行业的快速发展

1.2 PCB数控钻床现状及发展

1.3 数控技术及运动控制器

1.4 课题背景来源

1.5 论文结构安排

2 PCB高速数控钻床控制特点及所用运动控制器现状分析

2.1 PCB高速数控钻床工作流程

2.2 PCB高速数控钻床控制特点分析

2.3 PCB高速数控钻床现有运动控制器的优缺点分析

2.4 本章小结

3 钻床运动控制器总体设计

3.1 运动控制器方案设计

3.2 进给系统驱动方式

3.3 CPU构架的研究和确定

3.4 运动控制器功能指标的确定

3.5 本章小结

4 钻床运动控制器硬件设计

4.1 CPU选型设计

4.2 电源电路设计

4.3 通讯模块设计

4.4 驱动模块设计

4.5 存储模块设计

4.6 开关量设计

4.7 本章小结

5 钻床关键算法研究

5.1 定位轴速度规划算法

5.2 钻床PID算法的实现

5.3 最优钻孔顺序的算法研究

5.4 本章小结

6 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

附录A 运动控制器板卡正反面实际效果图

附录B 控制器内部连接关系图

致谢