基于MCU和CPLD架构的数控系统设计与实现

发布时间：2017-07-06 22:15

  本文关键词：基于MCU和CPLD架构的数控系统设计与实现

  更多相关文章： MCU CPLD 最小误差法 数控系统

【摘要】：在工业装备制造领域,数控机床是其核心设备。如今,评价某个国家的工业制造水平,离不开数控技术的发展层次。西方的数控机床发展得较早,当前西方发达国家大多实现了高端数控,这是其工业核心竞争力的重要保有手段。国内的数控机床还处在转型期间,在发展高端数控的同时,也不能忽视中低档数控机床的发展,这是因为我国的加工制造业市场广泛,中低档数控机床依然有着广阔的前景。此次研究的数控系统即针对中低档数控机床而言的,是一种较为新型的效率高、成本低的数控系统。此次研究的数控系统架构为MCU(Microcontroller Unit,微控制单元)+CPLD(Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件),主要对系统的逻辑控制模块及电源进行设计和实现。系统的逻辑控制模块包括双轴伺服控制模块、主轴编码器模块、手轮控制模块,这些模块是构成系统软件的核心组成部分,可以对加工工件进行有效的控制。数控系统的精确度要求很高,所以其电源保障不可或缺。本系统的电源设计包括核心电源、LCD背光电路、LM358的电源电压、掉电保护电路、系统抗干扰等方面的设计。本论文主要研究内容:对数控系统的工作原理及体系结构进行深入的分析,着重分析了数控刀具的切削原理、刀具的补偿原理以及插补原理,并在此基础上提出几种常见的插补算法。设计了数控系统的运行环境,主要对各功能模块进行设计。论文的核心部分为数控系统控制软件的设计和实现,首先论述了MCU+CPLD的系统架构,并对两者之间的通信协议进行实现,定义了每一个寄存器,证明了系统软件最小误差法的插补算法。最后实现了系统的逻辑控制。本数控系统经过一段时间的研发与调试,各控制模块的功能基本实现,插补精度达到了um级,进给速度最高能够达到15m/min,系统的可靠性较高,可以长周期安全稳定运行,基本能够满足数控机床的加工要求。
【关键词】：MCU CPLD 最小误差法 数控系统
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.2.3 数控系统未来发展趋势14-16
• 1.3 主要研究内容与方法16
• 1.3.1 主要研究内容16
• 1.3.2 研究方法16
• 1.4 论文组织结构16-18
• 第二章 系统的技术指标及工作原理18-30
• 2.1 相关技术指标18
• 2.2 系统的体系结构18-21
• 2.3 数控系统的控制原理21-22
• 2.4 系统的补偿原理22
• 2.5 系统的插补原理22-29
• 2.5.1 逐点比较法24-26
• 2.5.2 数字积分插补原理26-27
• 2.5.3 最小误差法插补原理27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 系统的功能模块设计30-40
• 3.1 手动操作模块的设计30-32
• 3.1.1 手轮操作模块的设计30-31
• 3.1.2 手动处理模块的设计31-32
• 3.2 自动运行模块的设计32-35
• 3.2.1 运行数据储存模块的设计32-33
• 3.2.2 运行数据编码模块的设计33-34
• 3.2.3 自动运行通信模块设计34-35
• 3.3 系统控制模块的设计35-39
• 3.3.1 数控驱动模块的设计35-36
• 3.3.2 数控逻辑模块的设计36-37
• 3.3.3 伺服控制模块的设计37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 系统的逻辑控制设计40-55
• 4.1 CPLD选型40
• 4.2 通信协议设计40-43
• 4.2.1 静态存储控制41-42
• 4.2.2 通信协议的地址寄存42
• 4.2.3 实现通信协议42-43
• 4.3 系统功能模块的逻辑控制设计43-48
• 4.3.1 系统控制的逻辑设计43-45
• 4.3.2 自动运行的逻辑控制设计45-47
• 4.3.3 手动操作的逻辑控制设计47-48
• 4.4 系统的供电设计48-53
• 4.4.1 功能模块供电设计49-50
• 4.4.2 功能模块掉电保护设计50-51
• 4.4.3 功能模块的抗干扰设计51-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第五章 系统的调试与测试55-69
• 5.1 系统的实现55-59
• 5.1.1 手动操作模块的实现55-56
• 5.1.2 自动运行模块的实现56-58
• 5.1.3 系统控制模块的实现58-59
• 5.2 系统的实验调试59-64
• 5.2.1 系统运行平台59-60
• 5.2.2 系统实验调试60-64
• 5.3 系统现场测试64-66
• 5.3.1 系统的搭建64-65
• 5.3.2 系统的整机调试65-66
• 5.4 系统测试66-68
• 5.4.1 系统功能测试66-67
• 5.4.2 切削精度测试67-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69
• 6.2 展望69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-74

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本文编号：528004