(精品论文)计算机控制系统线切割系统课程设计

线切割机控制系统设计前言数控切割技术经过多年的发展已经取得了很大的进步，无论是在系统硬件的实时性、稳定性，还是在控制理论及控制算法应用研究方面，都得到了极大地发展。而线切割控制是塑性加工各类模具的最重要的加工手段之一，目前，逐点比较法线切割控制算法因其计算比较简单， 插补误差也比较小， 因而在线切割机控制系统中得到广泛应用。通过一个学期的计算机控制技术的学习，我们对整个计算机控制技术有了一定的认识，此次课程设计主要是巩固和加强我们对课本知识所学的认识，把理论知识实际应用，来达到学以致用的目的。在本次设计中，主要利用书本介绍的线性插补算法的思想，加以自我的认识和对整个设计系统的分析，对线性插补算法进行改进和优化，以适应工业生产中对加工精度要求不断提高的趋势。1 总体方案设计AT89C514*4矩阵键盘模块液晶显示模块步进电机驱动芯片ULN2003步进电机驱动芯片ULN2003X轴步进电机Y轴步进电机总体系统方框图11 总体方案原理分析数控机床在加工曲线时，用折线逼近所要加工的曲线，常用的脉冲增量插补方法是逐点比较法，逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线，它与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差为一个脉冲当量。但是逐点比较法每计算一次， 只有一个坐标进给， 不能两个坐标同时进给 因此， 加工一条曲线或平行于坐标轴的直线时，阶梯现象比较明显， 如插补运算一条与坐标轴成45 的斜线时， 如图l所示。如果我们改为X坐标、Y坐标同时进给一步，则在插补计算45度斜线时，进给方向与45度斜线方向完全一致， 那么误差理论上为0。但此方法并不适用与任何场合，因此，我们采用改进的插补方式，即在单独进给X坐标或Y 坐标，或对X坐标、Y坐标同时进给则三种方式中选取误差最小的方向进给方案，在最大程度上减小误差。同时，本设计中，有X轴和Y轴两台步进电机进行两个方向的步进进给。我们对单片机进行编程，通过键盘模块向单片机输入起点坐标和终点坐标，输入的结果通过液晶显示，然后对输入的数据通过一定的算法进行计算，选择最优的进给方案，最后通过驱动芯片来对步进电机的步进转动进行控制，从而实现两个方向的步进进给。1.2 算法分析我们在程序一开始先输入要切割的起点和终点，建立以起点为原点的坐标系，则起点定位O(0,0)，终点定位A(Xe，Ye)。假设终点在第一象限，现在我们通过逐点比较法直线插补来加工出线段OA，点m在直线OA上，为加工的动点，则有Xm/Ym=Xe/Ye即Xm/Ym -Xe/Ye=0现在我们定义直线插补的偏差判别式为Fm=Xm/Ym -Xe/YeOAmm若Fm=0，表明点m在OA直线上，若Fm0，表明点m在OA直线段的上方，即点m处，若Fm=0时，表明点在OA上或上方，应沿+X轴方向进给，进给后的坐标为(Xm+1,Ym+1)则该点的偏差为 Fm+1=Fm-Ye (1)当Fm0时，表明点在OA下方，应沿+Y轴方向进给，进给后的坐标为(Xm+1,Ym+1)则该点的偏差为Fm+1=Fm+Xe (2)若用对X坐标、Y坐标同时进给方式时,进给后的坐标为(Xm+1,Ym+1)则该点的偏差为 Fm+1=Fm-Ye+Xe (3)我们在单片机编程时判断(1)、(2)、(3)中Fm+1谁最小，最后判定此次进给方式选择那一种。如果我我们要进行圆的切割，用逆圆插补技术则采用对X坐标、Y坐标同时进给方式时的优势或许将明显一些。设动点为P(Xi，Yi)，则偏差为Fi=Xi2 +Yi2-R是已知的，下一步有3三种走法：(1)：走-X，则新的偏差为Fi+1=(Xi-+1)2+ Yi2-R=Fi-2Xi+1(2)：走+Y，则新的偏差为Fi+1=Xi2+(Yi+1)2-R=Fi+2Yi +1(3)：走-X 轴和+Y轴各一步，则新的偏差为Fi+1=(Xi-+1)2+(Yi+1)2-R=Fi-2Xi +2Yi +1则在一般情况下，我们可以发现用第三种进给方式应该有更小的偏差。2方案分析与电路设计2.1控制器模块设计在本次设计中，采用传统的8位的51系列单片机作为系统控制器。AT89C51单片机是一款比较通用的单片机，性价比比高，管脚丰富，同时和其他单片机都很相近，资料容易收集，并且编程简单，最小系统设计方便。2.2 步进电机模块设计步进电机我们选用常州苏杰机电有限公司的42BYGH404型四相六线式步进电机，此电机步距角为1.8deg，工作的环境温度25+40之间，温升为85K，绝缘电阻为500V，绝缘等级为B级，工作电压12V，电流0.4A，电阻为30，电感为25mH，最大转矩为3200g.cm。2.3 驱动芯片模块设计在本次设计中采用ULN2003作为步进电机的驱动芯片，此芯片是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，属于这类可控大功率器件。此芯片的特点是：高电压输出达到50V，输出有二个钳位极管，并同时输入兼容各种类型的逻辑电路，因而应用比较广泛。2.5显示模块设计为了更好的进行坐标的输入，我们对输入的坐标值进行显示，如果输入有错，可以进行更改。同时液晶兼代对每一次的进给方式进行显示，方便我们对控制算法的实施进行了解。2.6键盘模块设计在此次设计中，我们用键盘输入起点坐标和终点坐标，输入形式为：(X，X)，(X，X)，“Y”(“Y”表示确定)。若要修改输入的数值我们按“C”(“C”表示改变)，然后按“B”(“B”表示删除)来删除前一个输入的数值，当按下“D”时表明已删除错误值，等待再重新输入数据。3软件设计3.1算法流程图及系统流程图YNNYYNYN开始等待键盘输入键盘是否有输入？输入是否为Y？调用算法程序，计算出控制量输出控制步进电机显示已经完成同时声音提示液晶显示输入值且蜂鸣器叫一声输入值是否为C？光标后退一格输入是否为B？删除光标所在位置的值，光标再退后一