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X-Y工作台实验教学型数控仿真系统研制

作　者: 张培铭
导　师: 张镭
学　校: 东北大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: X-Y工作台插补编译 CNC系统
分类号: TG659-4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 85次
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内容摘要

数控技术的不断革新和应用,推动了数控人才的需求,传统的培养模式存在弊端,为了更经济更好地培养数控技术人员,本文研制了一套适合数控初级教育的X-Y工作台实验教学型数控仿真系统。系统结构简单、模块清晰、组建操作容易、适于高等学校和高职院校作为机电一体化课程设计和数控技术实验教学。系统由PC机、单片机控制板、步进电机驱动器和X-Y工作台组成,本文对单片机控制板和步进电机驱动器进行了模块化设计、制作和实验调试,并基于微软公司的VisualBasic 6.0面向对象的编程软件开发了适用于X-Y工作台的数控仿真操作系统,完成了适用于本系统的通信技术、插补技术、步进电机控制技术、NC代码编译技术和系统抗干扰技术的研究。系统设计结合了PC机适用于大规模程序计算和单片机适用于现场控制的优点,采用PC机与单片机联机运行的工作方式,两者通过RS-232串行通信接口进行数据的传送和接收。PC机用于系统的插补运算、数据处理和二维仿真,并在PC机上组建了NC代码仿真、点位控制、手动控制等控制模块。单片机用于响应PC机的各种控制命令,对步进电机驱动器发出命令,驱动步进电机运行。数控仿真操作系统采用模块化设计理念,操作者可以根据需求添加相应的软硬件功能模块来扩展系统性能。系统成功实现了X-Y工作台运行数据实时采集和二维仿真,操作者可以方便地了解X-Y工作台的运行状态和实现精确定位。系统经过综合调试,确定了系统的运行参数,构建了适用于本系统的NC代码和编译方法。系统能够适应NC代码的二维图形仿真运行,已形成教学实验环境,为学生提供了一个良好的模拟操作环境,可以丰富机电一体化技术和数控技术课程教学内容,提高课程教学效果,对于数控教学和培训具有明显的实用价值。本文分成8章完成。第1章为绪论部分,阐述课题产生的背景和意义;第2章介绍系统的总体结构;第3章介绍系统硬件电路搭建过程;第4章探讨系统步进电机的控制策略和方法;第5章对系统组建中的若干技术问题进行研究和探讨;第6章介绍工作台操作系统的设计和功能;第7章介绍系统的搭建和调试;第8章为总结与展望。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-17
  1.1 课题产生的背景  12-15
    1.1.1 数控技术的发展概况  12-13
    1.1.2 数控人才需求分析  13-14
    1.1.3 数控教学中存在的主要问题  14-15
    1.1.4 数控教学中应突出实验教学  15
  1.2 课题的提出和实验教学意义  15-16
    1.2.1 课题的提出  15-16
    1.2.2 课题的实验教学意义  16
  1.3 课题的研究内容  16-17
第2章系统总体方案设计  17-25
  2.1 系统设计参数  17-18
  2.2 系统组成  18-20
    2.2.1 PC机  18
    2.2.2 单片机控制板  18-19
    2.2.3 步进电机驱动器  19-20
    2.2.4 X-Y工作台  20
  2.3 系统的坐标系  20-21
  2.4 系统功能  21-22
  2.5 系统代码规则  22-25
    2.5.1 系统程序段格式  22
    2.5.2 系统的功能代码  22-25
第3章系统硬件设计  25-39
  3.1 系统试验电路的搭建  25
  3.2 步进电机驱动器设计  25-31
    3.2.1 控制对象分析  25-26
    3.2.2 步进电机驱动方式选择  26-27
    3.2.3 驱动器硬件电路设计  27-28
    3.2.4 环形分配器  28
    3.2.5 信号处理级  28-29
    3.2.6 电压隔离接口  29
    3.2.7 驱动级电路  29-30
    3.2.8 续流电路  30-31
  3.3 单片机控制板硬件电路设计  31-36
    3.3.1 单片机的选型  32
    3.3.2 单片机的电源电路  32-33
    3.3.3 单片机的时钟电路  33-34
    3.3.4 单片机的复位电路  34-35
    3.3.5 单片机I/O口分配电路  35
    3.3.6 单片机的串口通信电路  35
    3.3.7 单片机的JTAG电路  35-36
  3.4 电子元器件封装的选择和制作  36
  3.5 PCB板的制作  36-38
  3.6 印刷电路板的焊接  38-39
第4章步进电机的运行控制  39-49
  4.1 步进电机的脉冲分配  39-41
    4.1.1 通过软件法实现脉冲分配  39-40
    4.1.2 通过硬件法实现脉冲分配(基于PMM8713)  40-41
  4.2 步进电机的速度控制  41-43
    4.2.1 软件法  42
    4.2.2 定时中断法  42-43
  4.3 步进电机的位置控制  43-44
  4.4 步进电机的加减速控制  44-49
    4.4.1 步进电机的加减速过程  44-45
    4.4.2 加减速曲线的离散化处理  45-46
    4.4.3 步进电机加减速控制参数计算和实现  46-49
第5章系统中若干关键技术的研究  49-68
  5.1 PC机与单片机串行通信设计  49-54
    5.1.1 RS-232标准接口总线  49
    5.1.2 RS-232的电气特性和电平转换  49-50
    5.1.3 C8051F020单片机串行通信特点  50-51
    5.1.4 串行通信波特率的设定和产生  51-52
    5.1.5 PC机和单片机串行通信的实现  52-54
  5.2 系统插补的实现  54-61
    5.2.1 逐点比较法直线插补  55-58
    5.2.2 逐点比较法圆弧插补  58-61
  5.3 NC代码编译器  61-65
    5.3.1 NC代码错误分析  61-62
    5.3.2 NC代码编译的实现  62-63
    5.3.3 NC代码出错处理原理与实现  63-65
  5.4 系统抗干扰措施  65-68
    5.4.1 系统的硬件抗干扰技术  65-66
    5.4.2 系统的软件抗干扰技术  66-68
第6章 X-Y工作台数控仿真系统  68-83
  6.1 系统开发软件介绍  68
  6.2 X-Y工作台数控仿真系统的总体设计  68-77
    6.2.1 登陆界面  68-69
    6.2.2 通信设置  69-70
    6.2.3 X-Y工作台数控仿真系统  70-73
    6.2.4 X-Y工作台手动控制系统  73-74
    6.2.5 X-Y工作台点位控制系统  74-75
    6.2.6 X-Y工作台加减速控制系统  75-76
    6.2.7 X-Y工作台逐点比较法直线插补仿真系统  76
    6.2.8 X-Y工作台逐点比较法圆弧插补仿真系统  76-77
  6.3 Access数据库技术在系统中的应用  77-80
    6.3.1 Visual Basic与Microsoft Access的连接和操作方法  77-78
    6.3.2 基于Access的用户管理系统  78-79
    6.3.3 基于Access的工作台参数保存  79-80
  6.4 帮助系统  80-83
    6.4.1 帮助系统的功能设计  80
    6.4.2 帮助系统的主题  80-81
    6.4.3 帮助系统的实现方法  81-82
    6.4.4 帮助系统与操作系统的连接  82-83
第7章系统的整合与调试  83-89
  7.1 系统的整合  83
  7.2 系统的调试  83-86
    7.2.1 单片机控制版通信功能调试和I/O端口调试  84
    7.2.2 步进电机驱动器调试  84
    7.2.3 支撑平台和简易笔架的制作  84-85
    7.2.4 系统的仿真试验  85-86
  7.3 系统的参数确定  86-87
  7.4 系统的调试结果分析  87
  7.5 系统的软件性能优化  87-89
第8章结论与展望  89-90
  8.1 结论  89
  8.2 展望  89-90
参考文献  90-94
致谢  94

X-Y工作台实验教学型数控仿真系统研制

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