ARM的电火花线切割机数控系统研究.docVIP

烟台南山学院 烟台南山学院毕业设计（论文） 学 院：计算机与电气自动化学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气工程09级 学 号： 200902100238 学生姓名： 刘小刚 指导教师： 胡彩霞 烟台南山学院教务处制 基于ARM9的电火花线切割机数控系统研究 摘要 由于电火花线切割加工技术具有能适应多种硬度与形状的材料加工，加工精度高的特点，在成形刀具加工、模具制造、精密复杂零件和高硬度材料的加工等方面有较为广泛的应用，因此电火花线切割机床在我国有十分广泛的应用。在我国，高速走丝电火花线切割技术经过数十年的发展技术已经达到比较成熟的水平，但与国外慢走丝电火花线切割技术相比，无论从加工速度、精度、自动化程度、加工稳定性等工艺指标上看还是从外观上看，国内的技术水平明显低了一个档次。其主要原因在于国内线切割机床的脉冲电源和进给系统的控制水平不高，能否解决这两方面的难题将直接影响着国内线切割机床的发展前景。 本文首先介绍了电火花线切割技术在国内外的发展现状与趋势，针对国内电火花线切割控制技术的不足，设计了全数字化智能型线切割脉冲电源，并基于 ARM9 处理器 STM32 设计了线切割机床的总体控制系统，用以改善现有线切割机床控制系统的不足。 对于文中设计的智能型脉冲电源控制电路，本文利用 Matlab/Simulink 软件进行了电路仿真，为实际电路的搭建提供参考；文中还指出进给系统中用伺服电机代替步进电机的必要性，同样利用 Simulink 软件对伺服电机的控制系统展开了仿真研究，为伺服电机的软硬件平台开发提供参考。 另外本文还从软硬件两个方面对所设计的线切割机床总体控制系统进行了比较详细的介绍，先是从硬件方面阐述了控制电路板的设计思路和各模块电路的原理，又从软件方面分别阐述了基于 ARM9 处理器 STM32 芯片的初始化设置、各电路模块的配置流程和实际应用。其中重点介绍了 PWM 脉冲信号的产生过程和脉冲电源电路的调试结果，验证了所设计的脉冲电源控制系统所能达到预期目标。 关键词：电火花线切割，控制系统，脉冲电源，STM32 第1章 绪论 1.1 选题背景 电火花线切割机属于电加工范畴，最早于 1960 年在苏联问世。前苏联拉扎林科夫妇在研究开关触点受火花放电而腐蚀损坏的现象及原因时，发现电火花产生的瞬时高温可以使金属局部熔化、氧化而被腐蚀掉，从而发明了电火花加工技术。 线切割机适用材料多种多样，如高强度、高硬度、高韧性、高脆性和磁性材料，还能加工精密细小和形状复杂的零件。现有的电火花线切割机为了得到更广泛的发展，必须设法降低生产成本，缩短加工时间，提高产品的质量、产量及其经济性。本文提出的基于 ARM9 控制芯片的全新的电火花线切割机控制系统，正好满足现有的线切割机的改进思想，对提高线切割机的加工效率、质量和经济性具有重要意义。 1.2 国内外线切割机发展现状及趋势 线切割机自从上世纪 50 年代末问世至今，每年都取得快速的发展，应用也越来越广。如今随着数控技术的日益成熟，线切割机床的发展迎来了更为广阔的前景。线切割机在我国及国外的发展方向有所不同，目前我国研制生产和使用的绝大多数为快速往复走丝的电火花线切割机，而国外研制生产和使用的主要为慢速单向走丝的电火花线切割机。两者相比起来，除了采用的工艺不同外，无论在加工速度、精度、功能、自动化程度、可靠性、稳定性和加工工艺指标，或者在外观等方面，前者都低于后者一个档次。 从加工速度上来说，我国的电火花线切割机的最大加工速度一般为250mm 2/ min，而国外的低速线切割机床最大加工速度为 500mm2 / min；从尺寸精度及表面粗糙度上来说，我国线切割机床一般为 5.0 μm（国家标准），Ra 0.5~0.8 μm；而国外能达到 1.0 μm，Ra 0.05 μm。 国外的电火花线切割加工技术已经达到比较高的水平，今后预计必将向高速化、高精度化及高自动化的方面发展，这也是近年来经济型机床的一个发展趋势。而我国的电火花线切割技术在未来几年甚至几十年都将会有大好的发展机会。伴随着十二五规划我国高端装备制造业将迎来发展的春天，信息化、智能化和绿色环保化将是我国线切割技术的发展方向。 1.3本文研究的主要内容 本文将基于 ST（意法半导体）公司的 ARM9 芯片 STM32 开发全新的智能电火花线切割机控制系统，主要包括节能脉冲电源 PWM 波形的智能反馈控制系统软硬件设计和进给控制系统中步进电机等其他硬件电路的设计。全文主要内容分为如下六个章节： 第一章为绪论，总结叙述了本课题的选题背景，国内外线切割机的发展现状及趋势，点明