嵌入式数控技术及机床改造应用的研究

摘要

论文主题是实现导师的两个在研项目《基于ARM和DSP技术的网络化开放式数控系统的研究与开发》和《西南科技大学非标自制设备—机床计算机数控实训系统》的研究与开发，目标是完成基于ARM的经济型数控系统技术研究和机床数控实训系统改造。 论文基于ARM技术，集成嵌入式实时操作系统μC/OS—Ⅱ和DSP运动控制芯片技术，研究开发了新型数控系统，解决目前国内经济型数控系统的硬件集成度、控制精度和插补速度低等问题。系统能够很好地进行多任务处理，保证了运动控制的实时性，具有开放性，网络化的特点，且技术先进、成本低廉。 论文对新型嵌入式数控技术应用到普通机床数控改造的相关技术，如伺服系统、机械部件设计改造，数控实训加工等技术，也进行了研究，具体实现了一台普通机床改造成为车、钻、铣多用数控机床。 论文对数控实验系统方法与技术进行了研究，包括多细分恒流斩波电路测试设计、机床运动坐标检测技术、脉冲增量和数值增量插补算法的实训方法等。这些开放式综合实验的设计，特色鲜明。数控机床成为集实训、实验于一体的新型教育装备，直接提供的数控实训、数控技术综合实验的平台，对培养高素质的机电工程紧缺人才，提升学生应用能力和创新能力具有明显的优势。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 数控技术的发展背景及国内外现状

1.1.1 数控技术发展背景

1.1.2 国内外数控技术发展现状

1.2 数控机床改造的发展概况

1.3 嵌入式系统概况

1.4 课题的来源和研究的意义

1.4.1 课题的来源

1.4.2 课题的战略思考

1.4.3 现实意义及发展前景

1.5 本课题研究的主要内容

本章小结

2 项目规划与实施方案

2.1 任务与方案

2.2 数控系统设计方案

2.2.1 嵌入式数控系统的硬件总体结构设计

2.2.2 软件设计方案

2.3 机床改造机械部分的方案

2.3.1 CQ9107机床研究

2.3.2 机床改造的功能设计

2.4 实训系统设计

本章小结

3 伺服驱动改造分析与设计

3.1 滚珠丝杆设计

3.1.1 滚珠丝杠副分析与计算

3.1.2验算

3.2步进电机设计

3.2.1分析与计算

3.2.2选型

3.3驱动器设计

3.3.1驱动器分析

3.3.2驱动器选型

3.4伺服驱动安装接线图

3.5机械改造零件的设计

3.5.1传动系统分析

3.5.2零件设计

本章小结

4 数控系统软件开发

4.1指令系统

4.2数控加工程序的实现

4.2.1译码原理

4.2.2译码流程

4.2.3 G代码开发过程

4.3插补算法

4.3.1逐点比较直线插补

4.3.2逐点比较法圆弧插补

4.3.3数值增量直线插补--扩展的DDA数据采样插补法

4.4 运动控制芯片的软件设计与实现

4.4.1直线插补

4.4.2圆弧插补

本章小结

5 数控机床的应用实践

5.1机床的安装和调试

5.2操作性能设计

5.2.1操作控制台设计

5.2.2主要操作功能设计

5.3加工测试

5.4实验设计

5.4.1脉冲增量插补实验设计

5.4.2数值增量插补实验设计

本章小结

6 后续开发

6.1应用价值

6.2后续开发

本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果