线切割机控制系统设计

目录 前言 .......................................................................................... 1 1总体方案设计 ......................................................................... 1 1.1总体方案原理分析 ......................................................... 2 1.2 算法分析....................................................................... 2 2方案分析与电路设计 .............................................................. 4 2.1控制器模块设计 ............................................................. 4 2.2 步进电机模块设计 ........................................................ 4 2.3蜂鸣器模块设计 ............................................................. 4 2.4键盘模块设计 ................................................................ 5 2.5显示模块设计 ................................................................ 5 3软件设计 ................................................................................ 6 3.1算法流程图及系统流程图 .............................................. 7 4小结与体会 ............................................................................ 9 参考文献 ................................................................................. 10 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，都得到了极大的发展。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

系统总体框图如图1所示，主要有控制器、输入模块、显示模块、提示模块和电机驱动模块组成。

图1 总体系统方框图 蜂鸣器提 示音模块

AT89C51

4*4矩阵 键盘模块

液晶显示模块 步进电机驱

动芯片

步进电机驱动芯片

X轴步进电机

Y轴步进电机 1.1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度的斜线时， 如图2所示。

图2 插补切割示意图 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。 本系统的设计采用89C51主控芯片对数据进行计算处理，由I／O接口输出控制信号给驱动器，来驱动步进电机，经齿轮机构减速后，带动滚珠丝杠转动，由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给进行控制。

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/Ye 若Fm=0，表明点m在OA直线上，若Fm>0，表明点m在OA直线段的上方，即点m’处，若Fm<0，表明点m在OA直线段的下方，即m’’处。如图3所示。 若用单X坐标或Y坐标进给方式时 当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Fm <0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) 图3 m点分布示意图 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+ Xe - Ye (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轴各走一步，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。

O A m’’ m’ 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，性价比较高，管脚比较丰富，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。为简化电路，本设计选用三片2764EPROM(8K48位)用来分别存放监控程序、各功能模块程序和常用零件加工程序，这样方便升级。数据存储器RAM对实时控制系统而言，可靠性是第一位的，此处选用大容量静态RAM6264(8Km8位)一片。

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，工作的环境温度在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30Ω，电感为25mH，最大转矩为

3200g.cm。 图4 步进电机与驱动器连接图

2.3蜂鸣器模块设计 我们在设计中加入了一个蜂鸣器作为简单的语音提示，在键盘输入数据时，蜂鸣器“滴”响一声，表示数据已经输入，同时在数据输入错误时提供报警作用，同时在切割时做完成的长鸣提示。由于蜂鸣器驱动所要电流不是很大，因此我们只用了一个三极管8550来放大电流，通过I/O口控制PNP的导通与截止，来控制蜂鸣器的响与不响。图5为蜂鸣器的连接电路图。 图5 蜂鸣器连接电路图 2.4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”(“D”表示确认删除操作已完毕)时表明已删除错误值，等待再重新输入数据。

图6 键盘模块设计图 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，如果发现输入有错，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。液晶的连接我们采用8位并行数据传输方式，单片机通过I/O口来控制液晶上的三个使能管脚，使得数据的准确显示。