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嵌入式开放型数控系统研究摘 要 在构建的开放式数控系统中,把μC/OS-Ⅱ实时操作系统移植到MCS-51上,在其内核上创建自己的任务,开发出实时运动控制系统。该数控系统具有通信和网络功能。将该系统用在模拟加工平台上,验证了系统的可行性。关键词 开放式数控 μC/OS-Ⅱ 实时操作系统1 开放式数控开放式数控是数控技术的发展趋势。前几年国内外对于PC-based开放式数控讨论较多,并取得了一定成果。最近一段时间,由于嵌入式技术的发展,采用嵌入式实时操作系统的开放式数控逐渐引起业界的关注。其主要原因是基于PC技术的数控系统在实时性方面有其先天不足之处。而这一方面嵌入式技术刚好发挥了它的优势,逐渐显示出其强大的生命力。目前采用嵌入式技术的开放型数控研究主要是指包含实时操作系统的控制器。本文研究的是关于采用μC/OS-Ⅱ实时内核的数控系统的软、硬件结构以及实验系统开发。和PC技术无关。2 基本体系结构和工作原理硬件结构以Windows 78E58(51系列)为核心,扩展了RAM,显示、键盘接口8279,MAX232串口,8255并口以及RTL 8019 AS网络芯片。去步进电机输出直接由78E58进行。如图1所示。W inbond 78E58内核32kB的FlashROM,包含μC/OS-Ⅱ实时内核在内的系统软件(即实时操作系统)约25kB左右。覆盖了该实验系统的全部数控功能,包括输入、译码、插补、伺服输出、显示、通讯等功能。图1中8279主要用于管理自行设计的小键盘和LED显示器。零件加工程序可以从小键盘输入。也可以从MAX232串行口输入。并口8255主要用于机床I/O信号的输入、输出以及调试时使用。8019AS是网络接口芯片,使得本嵌入式系统能和采用TCP/IP协议的以太网连接,实现上网功能。78E58中包含一个精简的TCP/IP协议栈。实时时钟是嵌入式系统的一个显著特征,μC/OS-Ⅱ要求时钟周期为10~100ms,刚好符合数控系统工作周期的需要。本实验系统采用10ms的工作周期,复杂系统可以适当增大。μC/OS-Ⅱ是一个源代码公开的实时占先式内核,它可以管理64个任务,有8个留给系统,用户可以使用56个任务,每个任务的优先级必须是不同的(对于数控系统而言这56个任务已绰绰有余)。GB/T 18759·1-2002开放式数控系统国家标准中,开放程度分为三个层次。其中第二层次为“控制装置在明确固定的拓扑结构下允许替换、增加NC核心中的特定模块以满足用户的特殊要求”。只要在μC/OS-Ⅱ开放式内核下“挂”上不同功能的任务,比如译码、插补、输出等模块就可以基本达到第二层次的要求,实现开放式数控的目标。3 开放式数控的软件实现3·1 软件接口整个软件系统以μC/OS-Ⅱ作为平台,并在创建的各个任务中调用相应的应用软件模块,结合实时中断服务程序,共同完成系统功能。为了实现开放式数控系统的模块化,提高应用软件模块的互换性和可移植性,给各应用软件模块定义了相应的程序接口。只要软件接口一致的应用软件模块则可以替代和互换。下面是插补程序的部分接口定义(C语言),其中包括插补数据的数据结构和一些相关的函数接口。3·2 任务实现整个软件除了μC/OS-Ⅱ以外,建立了9个任务外加一个系统初始化例程。9个任务分别是。9个任务被分配在一个前后台结构中,前台程序是实时性较强的任务,包括插补任务,监控任务,机床信号输入/输出任务。其余为后台任务,零件加工程序输入任务主要是从键盘输入加工程序,放在存储器中。串行通信是从外部输入零件加工程序。网络任务是和局域网交换信息。显示放在空闲任务之中。系统初始化在启动时只运行一次,以启动多任务OSStart()结束,见图2为实现各个任务之间的通信以及数据共享,μC/OS-Ⅱ提供了三种方法:信号量、邮箱和消息队列。下面以信号量为例说明任务间通信的方法。用户任务形式如下:这样,任务就是一个无限循环的C语言函数。函数中任务通过OSSemPend()函数等待相应信号量的到来,触发任务的执行;并利用系统延时函数OSTimeDly()延时。如图2所示,系统初始化完成的工作为μC/OS-Ⅱ初始化,创建信号量,创建任务,接口初始化等。在启动多任务OSStart();后,就处于μC/OS-Ⅱ的调度下运行。首先,在键盘命令没有下达之前,系统处于等待状态,各用户任务都在等待信号量的到来。在此期间,系统执行的是优先级最低的任务OSTask Idle,进行一些显示等工作。实时中断定时发生,只是没有键盘命令,只进行一些例外监控等,不会出现插补等加工状态。一等加工的键盘命令按下,经过键盘解析任务KeyAnalyse Task对任务的解析,向译码任务Trans-late Task发出信号量,进入译码过程,译码任务从存储器中取出零件加工程序进行编译处理,同时给插补程序发出信号量,等到实时中断发生后,插补任务接收到信号量后,即开始插补加工。本次实验系统采用步进电机伺服系统,一边插补,一边就向外输出。译码任务在没有遇见M02、M30之前,则不断进行编译,一直到零件加工程序结束。零件加工程序输入任务InputTask是在非加工状态下运行的,下达键盘命令后经KeyAnalyse Task任务解析,向输入任务InputTask发出信号量。InputTask在获得信号量后,即开始从键盘输入零件加工程序至存储器。串行通信和网络通信亦设计成非加工状态下执行。在以太网网络通信的硬件设计上,采用了RTL8019AS,它是一款10Mbps的以太网网卡控制芯片,大量应用于PC机的ISA接口以太网网卡中。虽然如今计算机网卡市场中的主流产品已经是PCI接口的10M/100M自适应的以太网网卡了,但是,RTL8019AS的生产线仍然没有停止。因为RTL8019AS支持8位数据总线,在跳线工作方式下可以非常方便地连接单片机,所以在嵌入式系统领域中仍然有很大的应用价值。图3为硬件连接图。除了硬件连接外,在软件上要编写相应的驱动程序。内容有芯片初始化、发送以太帧数据包和接收以太帧数据包三种。4 开放式数控的实现和验证按照前面提出的系统体系结构,我们搭建了一个小型的开放式数控实验台。在图1的基础上,通过P1口接一个X-Y实验工作台。通过键盘输入一段零件加工程序,在按下起按钮后,进行译码、插补、伺服输出。工作台的X、Y轴由二台步进电机驱动,插补算法采用最常用的逐点比较法,演示的结果达到了预期的效果。证明了开放式数控系统控制思想的正确性。5 结束语基于μC/OS-Ⅱ的开放式数控系统工作台稳定可靠,且开放性强,虽然就目前只是初步实现了数控系统的基本功能,但可以随时根据需要,利用嵌入式系统的软硬件资源进行功能扩展,方便二次开发,以满足不同的功能要求。是实现开放式数控和“个性化”CNC的一个有效途径。参 考 文 献[ 1 ]谭峰,等.基于μC/OS-Ⅱ的开放式数控系统研究.机械与电子,2004, 12.[ 2 ]李诚人,等.嵌入式系统及单片机应用.北京:清华大学出版社,2005.[ 3 ]谭峰,等.基于以太网的嵌入式数控系统的研究开发.西北工业大学硕士论文, 2005, 3.[ 4 ]李诚人,等.现代机电控制系统.西安:西北工业大学出版社, 1999.[ 5 ] GB/T 18759. 1-2002,开放式数控系统标准第一部分:总则.

典型零件的宏程序编制 字数:17804,页数:33 论文编号:JX070 课题目的：该毕业设计从选题到最终的完成，运用到了大学三年所学到的很多知识。通过完成这次毕业设计，首先让我熟悉了我们以前所学的知识，把比较分散的知识集中化，对我们以前所学的各科知识进一步的熟练、巩固与提高。同时也锻炼我们在数控编程等方面的实际能力。也使我能够系统的集中的复习、总结了这二年多所学的许多学科的知识。让自己在专业方面有很大的提升。 课题意义：数控加工技术对我国经济建设的发展具有重要的意义。当前我国企业的生产正逐步从原来的粗放型转向内涵型，产品生产也从原来的“粗制”转变为“精制”。为了保证产品质量，降低成本，提高生产效率，企业在未来的生产中自动化程度将大大提高，一线的生产将向机电一体化、程控化、数字化方向发展。形式迫使我们在机械加工方面不仅要会操作普通机床而且更要会操作数控机床。此外，还要求我们具有分析、判断、处理生产过程中的突发事件的能力；具有开拓创新能力、团队协作能力和交际能力。通过本课题的完成，我们能够加强自己对数控知识的掌握。 国内外现状：随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。目前国外机械设备的数控化率已达到85%以上，而我国的机械设备的数控化率不足20%，随着我国机制行业新技术的应用，我国世界制造业加工中心地位形成，数控机床的使用、维修、维护人员在全国各工业城市都非常紧缺，再加上数控加工人员从业面非常广，可在现代制造业的模具、钟表业、五金行业、中小制造业、从事相应公司企业的电脑绘图、数控编程设计、加工中心操作、模具设计与制造、 电火花及线切割工作，所以目前现有的数控技术人才无法满足制造业的需求，而且人才市场上的这类人才储备并不大，企业要在人才市场上寻觅合适的人才显得比较困难，以至于导致模具设计、CAD/CAM工程师、数控编程、数控加工等已成为我国各人才市场招聘频率最高的职位之一。据报载，我国高级技工正面临着“青黄不接”的严重局面，原有技工年龄已大，中年技工为数不多，青年技工尚未成熟。在制造业，能够熟练操作现代化机床的人才已成稀缺， 据统计，目前，我国技术工人中，高级技工占，中级工占35%，初级工占60%。而发达国家技术工人中，高级工占35%、中级工占50%、初级工占15%。这表明，我们的高级技工在未来5—10年内仍会有大量的人才缺口。 随着产业布局、产品结构的调整，就业结构也将发生变化。企业对较高层次的第一线应用型人才的需求将明显增加。 而借助国外的发展经验来看，当进入产业布局、产品结构调整时期，与产业结构高度化匹配、培养相当数量的具有高等文化水平的职业人才，成为迫切要求。而对于数控加工专业，不仅要求从业人员有过硬的实践能力，更要掌握系统而扎实的机加理论知识。因此，既有学历又有很强操作能力的数控加工人才更是成为社会较紧缺、企业最急需的人才。 研究内容：本课题主要研究典型零件的宏程序编制。包括零件的加工工艺分析，并确定最终加工工艺方案；合理选择数控机床；确定各工序的加工路线。合理选择刀具和确定各工步的切削用量；通过以上各项的分析和设计，最后各工序编制相应的加工程序。 研究方案：课题通过以下步骤来完成：首先，分析零件图，初步确定零件的分类以及大体对设备的要求；其次，对工艺的方案进行分析和拟定，这一步中包括工艺分析处理、机床的选择、刀具的确定、切削用量的确定、拟订加工方案；最后编制适合机床和零件的程序。 预期结果：通过本次毕业设计，能够提高自己对资料的收集和查阅能力；会合理应用资料和工具软件解决设计问题，提高设计效率；锻炼自己分析问题和解决问题的能力；会对零件进行工艺分析，能解决中等以上复杂程度零件的工艺问题和数据处理问题；提高编程能力，编制合理的加工程序。同时自己学会了遇到问题后，用怎样的办法去解决问题和利用有限的资料去解决问题的能力，是对这三年来所学的知识的一个综合运用，另一面看也检查了自己对知识的撑握的情况，也为自己今后的工作打下了坚实地基础。 目录 前言1 1．宏程序概述 2 宏程序的特点 2 宏程序的作用 2 宏程序的定义 2 宏程序的应用领域 2 B类宏程序 2 A类宏程序 5 2、椭圆在宏程序中的实现 10 椭圆在宏程序中的编制原理 10 2．2椭圆车削实例 10 3、椭圆柱倒角宏程序的实现 15 椭圆柱倒角宏程序的编制原理 15 椭圆圆心角的确定 15 椭圆柱倒角铣屑实例 15 4、椭圆柱在宏程序中的实现 18 椭圆柱在宏程序中的编制原理 18 圆心角增角的确定 18 椭圆柱铣屑实例 18 5、含倒角的椭圆柱在宏程序中的实现 20 含倒角的椭圆柱在宏程序中的编制原理 20 含倒角的椭圆柱铣屑实例 20 结束语 23 参考文献 25 前言 数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。它的出现以及所带来的巨大效益引起世界各国科技界和工业界的普遍重视。随着数控机床已是衡量一个国家机械制造业技术改造的必由之路，是未来工厂自动化的基础。需要大批量能熟练掌握数控机床编程、操作、维修的人员和工程技术人员。但是我们装备制造业仍存在“六有六缺”的隐忧，即“有规模、缺实力，有数量、缺巨人，有速度、缺效益，有体系、缺原创，有单机、缺成套，有出口、缺档次。目前，振兴我国机械装备制造业的条件已经具备，时机也很有利。我们要以高度的使命感和责任感，采取更加有效的措施，克服发展中存在的问题，把我国从一个制造业大国建设成一个制造业强国，成为世界级制造业基地之一。 我选择这个题目是因为此零件既包括了数控车床的又含有数控铣床的加工。对我们学过的知识大致都进行了个概括总结。这份毕业设计主要分为四个方面：一.概述二.宏程序在车床上的编制三.宏程序在铣床中的编制四.总结零件图通过在AUTOCAD上用平面的形式表现出来，更加清楚零件结构形状。通过对零件的工艺分析，可以深入全面地了解零件，及时地对零件结构和技术要求等作必要的修改，进而确定该零件是否适合在数控机床上加工，适合在哪台数控机床上加工，接着分析某台机床上应完成零件哪些工序或哪些工序的加工等。 选择定位基准；零件的定位基准一方面要能保证零件经多次装夹后其加工表面之间相互位置的正确性，另一方面要满足加工中心工序集中的特点即一次安装尽可能完成零件上较多表面的加工。定位基准最好是表面已有的面或孔。再确定所有加工表面的加工方法和加工方案；选择刀具和切削用量。然后拟订加工方案确定所有工步的加工顺序，把相邻工步划为一个工序，即进行工序划分最后再将需要的其他工序如普通加工工序插入，并衔接于数控加工工序序列之中，就得到了规定要求零件的数控加工工艺路线。工艺设计是通过工艺分析划分好各个工序，然后用数控加工工件安装和零点设定卡把零件按工序加工的多少把它表现出来使更加明了。查表填写数控加工工序卡、工件安装和零点设定卡最后就是画轨迹图先是用手画然后是用MASTERCAM上更加形象的表现出来。最后就是编程编程分手工编程和自动编程。这里采用先计算再手工编程。整个设计就算是完成了。最后，让我们在数控车床上加工出该零件达到要求。 数控技术的广泛应用给传统的制造业的生产方式，产品结构带来了深刻的变化。也给传统的机械，机电专业的人才带来新的机遇和挑战。通过本次毕业设计让我们毕业生更好的熟悉数控车床，确定加工工艺，学会分析零件，掌握数控编程。为即将走上工作岗位打下良好的基础。 以上回答来自: