四轴数控锁孔机控制系统研究与设计

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数控锁孔机是木工、铝合金工业领域一种常用的零件加工机械设备,具有精密加工,一次成型等优点,可实现数控编程、数控加工等功能。目前,高端数控锁孔机技术主要被外国企业所垄断,当前国内的数控锁孔机功能比较简单,加工精度不高且稳定性不足,人机交互系统只能实现较为简单的功能,只能用于生产加工较为简单的零部件。除此之外,国内大量的数控锁孔机只能实现三轴加工,零件单面加工完成后,加工另一个侧面时,需要将工件取下,人为调转加工面,然后再固定在加工台面上进行后续加工工作,生产效率低下且控制效果不佳,影响零件的加工精度和效率。针对数控锁孔机在生产加工过程中存在的问题,本研究设计了一种基于嵌入式的控制系统,以实现数控锁孔机自动化生产。主要研究内容如下:(1)深入研究了数控锁孔机的机械结构和加工工艺,分析了设备各个模块的工作原理、生产加工过程中的技术要点以及设备各模块联动控制需求,设计符合设备的控制方案,在此基础上提出了数控锁孔机控制系统的总体方案。(2)采用模块化结构设计控制系统,各模块之间通过串行通信总线相互连接,实现数据通信。根据不同模块的功能设计相应的硬件模块和软件程序。采用正则表达式的译码方法,设计了人机交互模块;基于七段柔性S形加减速控制算法设计了伺服电机驱动模块;设计了Mirco Controller Unit(MCU)主控模块、接口电路模块和整个系统的电源管理模块。为实现各硬件模块的功能需求和模块联动通讯需求,设计了软件程序。(3)整体控制系统搭建系统测试平台,对系统进行硬件测试、软件测试和设备运行整体联动调试。包括人机交互界面测试、MCU主控模块测试、通讯模块测试,测试完成后收集生产加工数据进行分析与校验。经测试验证,数控锁孔机控制系统实现所有控制要求,整体系统具有较高的稳定性和柔性,可实现数控锁孔机自动化生产。经过数据对比分析,该控制系统生产效率更高,零件加工质量更好,适用于大多数实际运用场景,有较高的经济价值。
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