基于pc的雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　緒論</b></p><p>　　隨著PC技術(shù)的迅速發(fā)展，其在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。用PC技術(shù)開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)可以得到強(qiáng)有力的硬件和軟件支持，避開(kāi)專有技術(shù)的制約，在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高水平。USB 自問(wèn)世以來(lái)，就以其速度快、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)逐步占領(lǐng)了PC及其外圍設(shè)備市場(chǎng)。隨著大量支持USB的個(gè)人電腦的普及， USB 逐步成為PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口已經(jīng)是大勢(shì)所趨。&l

2、t;/p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)（如柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等）的基礎(chǔ)。要發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，首先必須重視制造單元技術(shù)（數(shù)控技術(shù)、加工單元、柔性制造單元等）。數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代加工領(lǐng)域，特別是在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家（如美國(guó)、日本、英國(guó)、德國(guó)等），已經(jīng)作為主要加工設(shè)備而取代傳統(tǒng)加工機(jī)床。數(shù)控機(jī)床在整個(gè)現(xiàn)代制造系

3、統(tǒng)中處于基礎(chǔ)性的，核心的地位。因此，在現(xiàn)代制造系統(tǒng)朝著集成化、綜合化和智能化發(fā)展的今天，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展與普及化，深入研究新一代數(shù)控技術(shù)具有重要的意義和實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　1952 年，麻省理工學(xué)院研制成功出第一臺(tái)三坐標(biāo)連續(xù)控制的數(shù)控銑床，這標(biāo)志著數(shù)控機(jī)床的誕生。數(shù)控機(jī)床一問(wèn)世就顯示了極大的優(yōu)越性，由此逐步發(fā)展和完善起來(lái)。尤其是在70 年代以后，伴隨微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和伺服技術(shù)的發(fā)展

4、而不斷地發(fā)展演變。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝各的數(shù)字化己是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。</p><p>　　1.2 CAD/CAM概述</p><p>　　CAD/CAM是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造（Co

5、mputer Aided Design/Computer Aided Manufacture）的簡(jiǎn)稱，是當(dāng)今世界發(fā)展最快的技術(shù)之一。它不僅促使了生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，同時(shí)也促進(jìn)了市場(chǎng)的發(fā)展。 在計(jì)算機(jī)輔助下進(jìn)行設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的以人為核心的設(shè)計(jì)明顯不同。根據(jù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)計(jì)劃和對(duì)產(chǎn)品功能的要求，不再僅僅是依靠設(shè)計(jì)者個(gè)人的知識(shí)和能力去設(shè)計(jì)，而是運(yùn)用包括設(shè)計(jì)者本人和存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的多種知識(shí)，在CAD系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下進(jìn)行工作。這種工作方式設(shè)計(jì)出的產(chǎn)

6、品大大優(yōu)于單個(gè)設(shè)計(jì)師憑個(gè)人腦力和能力設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品；另外，CAD輸出的結(jié)果也不僅僅是裝配圖和零件圖，還包括設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中應(yīng)用計(jì)算機(jī)所需的各種信息。 CAM技術(shù)主要是圍繞著數(shù)控編程技術(shù)開(kāi)始發(fā)展的。數(shù)控加工是CAD/CAM發(fā)揮效益最直接、最明顯的環(huán)節(jié)之一。 加工對(duì)象的形狀越復(fù)雜，加工精度越高，設(shè)計(jì)更改越頻繁，數(shù)控加工的優(yōu)越性越容易得到發(fā)揮。因此數(shù)控編程技術(shù)受到高度重視。然而從制造的全過(guò)程看，應(yīng)用計(jì)算機(jī)作為輔助手段的不僅僅是數(shù)控編程，

7、還有許多技術(shù)和方法歸類于CAM的范疇，如計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP</p><p>　　所以在實(shí)際應(yīng)用中，CAD/CAM是以系統(tǒng)方式出現(xiàn)的，包括商品化CAD/CAM系統(tǒng)和企業(yè)根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)構(gòu)件的CAD/CAM系統(tǒng)。系統(tǒng)中包括設(shè)計(jì)與制造過(guò)程的三個(gè)主要環(huán)節(jié)，即CAD、CAPP和NCP。其中CAPP和NCP屬于CAM范疇。完善的CAD/CAM系統(tǒng)一般包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程分析、工藝過(guò)程規(guī)劃、數(shù)控編程、工程數(shù)據(jù)庫(kù)以及系統(tǒng)接口

8、幾個(gè)部分。這些部分以不同的形式組合集成就構(gòu)成各種類型的系統(tǒng)。</p><p>　　我國(guó)CAD/CAM軟件不管是從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)水平還是從商品化、市場(chǎng)化程度都與發(fā)達(dá)國(guó)家有不小的差距。由于國(guó)外CAD/CAM軟件出現(xiàn)得較早，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的時(shí)間也較長(zhǎng)，所以它們發(fā)展比較成熟，現(xiàn)在基本上已經(jīng)占領(lǐng)了國(guó)際市場(chǎng)。這些國(guó)外軟件公司利用其技術(shù)和資金的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)始大力向我國(guó)市場(chǎng)進(jìn)軍，目前，國(guó)外一些優(yōu)秀軟件，如UG、SolidWorks、Pro/E

9、ngineer、CATIA等，已經(jīng)占領(lǐng)了一部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。</p><p>　　經(jīng)過(guò)多年的推廣，我國(guó)也出現(xiàn)了一些優(yōu)秀CAD/CAM軟件，例如：高華CAD、CAXA電子圖板和CAXA-ME制造工程師、GS-CAD98、金銀花系統(tǒng)、開(kāi)目CAD等。另外，CAD/CAM技術(shù)可以應(yīng)用在許多領(lǐng)域，機(jī)械制造是最早也是最廣泛應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的領(lǐng)域。隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，建筑、電子、化工的領(lǐng)域也開(kāi)始應(yīng)用該技術(shù)，在這些新

10、的應(yīng)用領(lǐng)域中，國(guó)外軟件的優(yōu)勢(shì)并不明顯。所以，我國(guó)CAD/CAM軟件在這些方面還是可以與發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的，并且隨著CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用的深入，越來(lái)越多的領(lǐng)域?qū)?huì)使用該技術(shù)，所以，如果能夠緊跟時(shí)代潮流，不斷應(yīng)用于新的領(lǐng)域，那么國(guó)產(chǎn)CAD/CAM軟件還是很有前途的。 </p><p>　　雕刻加工是一種很傳統(tǒng)的手工工藝，在工藝品、標(biāo)牌、首飾等行業(yè)具有悠 久的歷史[4]。但傳統(tǒng)的雕刻加工一般都是手工工藝，產(chǎn)品的質(zhì)量主要取

11、決于雕刻 師傅的技藝水平，而且勞動(dòng)生產(chǎn)率低，成本價(jià)格高，可重復(fù)性差。隨著市場(chǎng)需 求的不斷擴(kuò)大以及模具工業(yè)的迅速發(fā)展，除首飾、標(biāo)牌和工藝品的模具制造需 要雕刻以外，很多日常生活用品（如服飾用品、鐘表零件）的模具也大量需要 雕刻加工，導(dǎo)致了雕刻加工向自動(dòng)化方向發(fā)展。</p><p>　　目前，雕刻系統(tǒng)主要分兩種:一種是激光式雕刻系統(tǒng)，他采用激光作為加工 具進(jìn)行雕刻加工:另一種是機(jī)械式雕刻系統(tǒng)，它采用傳統(tǒng)的切削式加工方

12、法進(jìn)行 雕刻加工。這兩種雕刻系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用區(qū)域也不盡相同。激光雕刻對(duì)加 工材料有一定的限制，它無(wú)法加工石材的材料，主要應(yīng)用于標(biāo)牌業(yè)和廣告業(yè);而 機(jī)械式雕刻系統(tǒng)加工軟到橡膠硬到石材等各種材料，應(yīng)用范圍也較激光雕刻系統(tǒng)廣泛的多。</p><p>　　機(jī)械式雕刻系統(tǒng)又可分為仿形雕刻機(jī)和計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)雕刻機(jī)兩大類。機(jī)械式雕刻系統(tǒng)可以完成有互換性要求的雕刻加工和模具雕刻加工。計(jì)算機(jī)數(shù)控 (CNC)雕刻機(jī)按驅(qū)動(dòng)電

13、機(jī)分類，可分為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻機(jī)和伺服 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻機(jī)，后者精度較高，但控制復(fù)雜，成本也較高；按 運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)類型進(jìn)行分類，分為三坐標(biāo)CNC雕刻機(jī)和五坐標(biāo)雕刻機(jī)；按機(jī)床結(jié)構(gòu) 進(jìn)行分類，分為立式CNC雕刻機(jī)、臥式CNC雕刻機(jī)和龍門(mén)CNC雕刻機(jī)等。下面 是雕刻系統(tǒng)的發(fā)展示意圖[5]:</p><p>　　圖1.1雕刻機(jī)系統(tǒng)發(fā)展示意圖</p><p>　　1.3基于PC的雕刻

14、機(jī)數(shù)控系統(tǒng)</p><p>　　1.3.1基于PC的數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)及模式</p><p>　　從上節(jié)介紹中可知，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到1995年以后，基于PC的開(kāi)放式數(shù)控 系統(tǒng)成為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。用PC技術(shù)開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)可以得到強(qiáng)有力 的硬件和軟件支持，避開(kāi)專有技術(shù)的制約，在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高水平[8]。其主 要特點(diǎn)有：</p><p>　　豐富的軟件資源，可將現(xiàn)有

15、的各種工廠管理軟件、CAD/CAM軟件、通訊 軟件等裝進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行并直接控制機(jī)床加工程序。完備的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，使系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作量大大減少。標(biāo)準(zhǔn)化的硬件、網(wǎng)絡(luò)功能以及開(kāi)放的總線，使系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)具有模塊化、 網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放性的特點(diǎn)。以上種種特點(diǎn)，使得它在改善CNC系統(tǒng)的數(shù)控編程、人機(jī)界面、實(shí)時(shí)仿真、 狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能方面表現(xiàn)出了無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　就結(jié)構(gòu)形式而言，目前基于PC的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有

16、3種模式：PC嵌入NC模式這種模式無(wú)法直接利用通用的PC，開(kāi)放性受到限制。NC嵌入PC模式這種模式是在通用PC的擴(kuò)展槽中插入專用的運(yùn)動(dòng)控制 卡，運(yùn)動(dòng)控制卡多以DSP為核心的多軸運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，能夠充分保證系統(tǒng)的性 能；同時(shí)可以充分利用PC機(jī)豐富的軟硬件資源，開(kāi)放性好；但開(kāi)發(fā)難度較大。</p><p>　　Soft型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)模式這種模式的CNC功能全部由裝在PC機(jī)中 軟件實(shí)現(xiàn)，硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)和外部

17、I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口， 就像計(jì)算機(jī)中可以安裝各種品牌的聲卡、CD-ROM和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序一樣，因而 提供給用戶最大的選擇和靈活性。</p><p>　　1.3.2基于PC雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的通訊總線形式</p><p>　　目前，在基于PC的雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中，PC與機(jī)床控制接口通訊的常用總線 形式有串口、并口、ISA總線、PCI總線和USB總線等。</p><p>

18、;　　串口和并口傳輸效率低，已不能滿足現(xiàn)代雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求， 已逐漸被主流雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)所淘汰。ISA總線雖然效率比串口、并口有了很大的提高，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃 發(fā)展，ISA總線自身的種種缺陷逐漸顯現(xiàn)，在商用PC機(jī)系統(tǒng)己基本被淘汰。PCI總線是目前并行總線的主流，速度快、兼容性好。然而，與后續(xù)相繼推 出的高速出口總線相比，其擴(kuò)展必須采用板卡形式，不僅安裝麻煩，容易受機(jī) 箱內(nèi)環(huán)境的干擾，而且受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量和地址、中斷資源的

19、限制，掛接設(shè)備 數(shù)量不能太多。</p><p>　　隨著USB的推出，其優(yōu)點(diǎn)不斷被認(rèn)識(shí)，不僅數(shù)據(jù)通訊速度高，而且支持外 置的熱插拔和即插即用，擴(kuò)展極為方便，因而得到迅速的普及應(yīng)用。特別是當(dāng) 2001年末Cypress公司推出第一款集成USB2.0的微處理器時(shí)，USB2.0接口在 數(shù)據(jù)采集和通訊方面得到迅速的應(yīng)用，并開(kāi)始成為高速數(shù)據(jù)通訊的熱點(diǎn)。將USB總線應(yīng)用于基于PC的數(shù)控雕刻機(jī)系統(tǒng)，可很好地解決高速數(shù)控雕刻 機(jī)

20、系統(tǒng)在接口通訊中面臨的矛盾，能夠易于實(shí)現(xiàn)高速、低成本、高可靠性、多 點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)監(jiān)控等控制系統(tǒng)。雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的研制目標(biāo)和設(shè)計(jì)思想。</p><p>　　目前，國(guó)產(chǎn)雕刻機(jī)使用的數(shù)控系統(tǒng)在性能和價(jià)格上不能很好地統(tǒng)一，成為 影響國(guó)產(chǎn)數(shù)控雕刻機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的制約因素之一。數(shù)控雕刻機(jī)是一種典型的機(jī) 電一體化設(shè)備，研制的總體目標(biāo)是提高該產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力，研制目標(biāo) 具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)主要方面：</p>

21、<p>　　提高可靠性并降低成本，開(kāi)發(fā)基于軟件控制的雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。依靠和發(fā) 揮軟件技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)性能，降低成本，加快產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。提高數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)運(yùn)算速度和精度，提高控制速度的平穩(wěn)性。模塊化設(shè)計(jì)，將雕刻機(jī)從軟、硬件結(jié)構(gòu)上按功能劃分模塊，各功能模塊相 對(duì)獨(dú)立研究、發(fā)展和完善，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口聯(lián)成系統(tǒng)。</p><p>　　基于以上的研制目標(biāo)、發(fā)展趨勢(shì)和研究室已有的成果[9]，本文設(shè)計(jì)的雕刻 機(jī)數(shù)控

22、系統(tǒng)采用“PC + USB2.0 +數(shù)字脈沖伺服接口卡”的數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)利用了 PC平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)，并對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng) 快，具有一定的開(kāi)放性；利用USB2.0高速傳輸、使用便捷等特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù) 通訊，突破數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i；基于FPGA實(shí)現(xiàn)精插補(bǔ)控制器作為數(shù)字脈沖伺服接 口和其它I/O接口功能，其速度快、集成度高，在提高性能的同時(shí)可降低開(kāi)發(fā) 難度和設(shè)計(jì)成本。</p><p>　　1.

23、3 主要研究?jī)?nèi)容及安排</p><p>　　本文在充分的市場(chǎng)調(diào)研基礎(chǔ)上，根據(jù)雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的總體要求，開(kāi)展數(shù) 字脈沖伺服接口卡的研制、USB總線的開(kāi)發(fā)和上層應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)等工作，主要包 括方案設(shè)計(jì)、改進(jìn)，軟件編程，數(shù)字脈沖伺服接口卡的研制，分系統(tǒng)調(diào)試和系 統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試等。具體工作如下：</p><p>　　USB通信方案設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和調(diào)試掌握USB2.0總線協(xié)議及特點(diǎn)，完成USB固件開(kāi)發(fā)和調(diào)試。

24、數(shù)字脈沖伺服接口卡的方案設(shè)計(jì)、改進(jìn)和調(diào)試根據(jù)項(xiàng)目總體對(duì)精插補(bǔ)驅(qū)動(dòng)脈沖的功能、時(shí)序和接口要求，完成基于FPGA 的數(shù)字脈沖伺服接口卡設(shè)計(jì)。</p><p>　　數(shù)字脈沖伺服接口卡的硬件研制完成USB和FPGA的硬件原理圖設(shè)計(jì)，PCB板調(diào)試和測(cè)試。</p><p>　　精插補(bǔ)控制器模塊的VHDL編程和仿真測(cè)試完成EZ-USB FIFO接口驅(qū)動(dòng)電路、乒乓FIFO存儲(chǔ)器、DDA精插補(bǔ)電路等模 塊的

25、編程和仿真測(cè)試等。應(yīng)用軟件方案的改進(jìn)和開(kāi)發(fā)完成USB驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)，數(shù)控程序的實(shí)時(shí)仿真，自動(dòng)加工、手動(dòng)加工等數(shù)控 操作的軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試。完成FPGA片內(nèi)模塊及板級(jí)聯(lián)調(diào)、應(yīng)用軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及測(cè)試等。</p><p>　　2 比較ISA運(yùn)動(dòng)控制卡和基于USB接口雕刻機(jī)的優(yōu)劣</p><p>　　2.1 ISA 總線</p><p>　　目前，在基于PC 的數(shù)控系統(tǒng)中，P

26、C 與機(jī)床控制接口通訊的常用總線形式有串口、并口、ISA 總線、PCI 總線和USB 總線等。串口和并口傳輸效率低，已不能滿足現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，已逐漸被主流數(shù)控系統(tǒng)所淘汰。</p><p>　　ISA 總線雖然效率比串口、并口有了很大的提高，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，ISA 總線自身的種種缺陷逐漸顯現(xiàn)，在商用PC 機(jī)系統(tǒng)己基本被淘汰。ISA插槽是基于ISA總線（Industrial Standard A

27、rchitecture，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線）的擴(kuò)展插槽，其顏色一般為黑色，比PCI接口插槽要長(zhǎng)些，位于主板的最下端。其工作頻率為8MHz左右，為16位插槽，最大傳輸率16MB/sec，可插接顯卡，聲卡，網(wǎng)卡以及所謂的多功能接口卡等擴(kuò)展插卡。其缺點(diǎn)是CPU資源占用太高，數(shù)據(jù)傳輸帶寬太小，是已經(jīng)被淘汰的插槽接口。</p><p>　　PCI 總線是目前并行總線的主流，速度快、兼容性好。然而，與后續(xù)相繼推出的高速出口總線

28、相比，其擴(kuò)展必須采用板卡形式，不僅安裝麻煩，容易受機(jī)箱內(nèi)環(huán)境的干擾，而且受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，掛接設(shè)備數(shù)量不能太多。</p><p>　　隨著USB 的推出，其優(yōu)點(diǎn)不斷被認(rèn)識(shí)，不僅數(shù)據(jù)通訊速度高，而且支持外置的熱插拔和即插即用，擴(kuò)展極為方便，因而得到迅速的普及應(yīng)用。特別是當(dāng)2001 年末Cypress 公司推出第一款集成USB2.0 的微處理器時(shí)，USB2.0 接口在數(shù)據(jù)采集和通訊方面得到迅速的

29、應(yīng)用，并開(kāi)始成為高速數(shù)據(jù)通訊的熱點(diǎn)。將USB 總線應(yīng)用于基于PC 的數(shù)控系統(tǒng)，可很好地解決高速系統(tǒng)在接口通訊中面臨的矛盾，能夠易于實(shí)現(xiàn)高速、低成本、高可靠性、多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)監(jiān)控等控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.2 usb接口控制優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　USB之所以能得到廣泛支持和快速普及，是因?yàn)樗邆湎铝械暮芏嗵攸c(diǎn): </p><p><b>

30、;　　1.使用方便 </b></p><p>　　使用USB接口可以連接多個(gè)不同的設(shè)備，支持熱插拔，在軟件方面，為USB設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件可以自動(dòng)啟動(dòng)，無(wú)需用戶干預(yù)。 USB設(shè)備也不涉及IRQ沖突等問(wèn)題，它單獨(dú)使用自己的保留中斷，不會(huì)同其它設(shè)備爭(zhēng)用PC機(jī)有限的資源，為用戶省去了硬件配置的煩惱。USB設(shè)備能真正做到“即插即用”。 </p><p><b>　　2.

31、速度加快 </b></p><p>　　快速性能是USB技術(shù)的突出特點(diǎn)之一。USB接口的最高傳輸率目前可達(dá)12Mb／s，比串口快了整整100倍，比并口也快了十多倍。今后USB的速度還將會(huì)提高到100Mb／s以上。 </p><p><b>　　3.連接靈活 </b></p><p>　　USB接口支持多個(gè)不同設(shè)備的串列連接，一個(gè)U

32、SB口理論上可以連接127個(gè)USB設(shè)備。連接的方式也十分靈活，既可以使用串行連接，也可以使用中樞轉(zhuǎn)接頭 (Hub)，把多個(gè)設(shè)備連接在一起，再同PC機(jī)的USB口相接。在USB方式下，所有的外設(shè)都在機(jī)箱外連接，不必打開(kāi)機(jī)箱；允許外設(shè)熱插拔，而不必關(guān)閉主機(jī)電源。USB采用“級(jí)聯(lián)”方式，即每個(gè) USB設(shè)備用一個(gè)USB插頭連接到一個(gè)外設(shè)的USB插座上，而其本身又提供一個(gè)USB插座供下一個(gè) USB外設(shè)連接用。通過(guò)這種類似菊花鏈?zhǔn)降倪B接，一個(gè)USB控

33、制器可以連接多達(dá)127個(gè)外設(shè)，而每個(gè)外設(shè)間距離(線纜長(zhǎng)度)可達(dá)5米。USB還能智能識(shí)別USB鏈上外圍設(shè)備的接入或拆卸。 </p><p><b>　　4.獨(dú)立供電 </b></p><p>　　普通使用串口、并口的設(shè)備都需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)，而USB設(shè)備則不需要，因?yàn)閁SB接口提供了內(nèi)置電源。USB電源能向低壓設(shè)備提供5V的電源，因此新的設(shè)備就不需要專門(mén)的交流電源了,從

34、而降低了這些設(shè)備的成本并提高了性價(jià)比。 </p><p><b>　　5.支持多媒體 </b></p><p>　　USB提供了對(duì)電話的兩路數(shù)據(jù)支持，USB可支持異步以及等時(shí)數(shù)據(jù)傳輸,使電話可與PC集成,共享語(yǔ)音郵件及其它特性。USB還具有高保真音頻。由于USB音頻信息生成于計(jì)算機(jī)外，因而減少了電子噪音干擾聲音質(zhì)量的機(jī)會(huì),從而使音頻系統(tǒng)具有更高的保真度。的依據(jù)是安裝信

35、息文件中注釋的設(shè)備的標(biāo)識(shí)和自舉中的標(biāo)識(shí)是否一致。所以,在進(jìn)行設(shè)備程序驅(qū)動(dòng)時(shí),DRIVER文件中需要包含兩個(gè)基本文件:相關(guān)硬件的安裝信息文件和固件驅(qū)動(dòng)文件。</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)于USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)主要是實(shí)現(xiàn)以下的三個(gè)功能:</p><p>　　1.對(duì)USB設(shè)備劃設(shè)備驅(qū)動(dòng)對(duì)象并實(shí)現(xiàn)對(duì)USB設(shè)備的初始化; </p><p>　　2.實(shí)現(xiàn)對(duì)USB設(shè)備電源的管理

36、; </p><p>　　3.實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備能夠即插即用,PC重啟后無(wú)需再次驅(qū)動(dòng)。由于本系統(tǒng)中USB的驅(qū)動(dòng)程序是即將固化在EEPROM中,CY7C68013的部分引腳的控制是通過(guò)CPLD擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn),而硬件電路設(shè)計(jì)中并未設(shè)計(jì)EEPROM程序下載電路,所以必須先通過(guò)TMS320F2812下載USB微控制器喚醒程序,然后再將DSP通過(guò)USB連接PC實(shí)現(xiàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　2.3 U

37、SB驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　當(dāng)一個(gè)新的設(shè)備通過(guò)USB與PC連接時(shí),設(shè)備會(huì)對(duì)PC進(jìn)行自舉,也就是通過(guò)USB插入PC時(shí),PC會(huì)發(fā)現(xiàn)新硬件設(shè)備,當(dāng)然這個(gè)是要建立在設(shè)備中已經(jīng)編入部分程序用來(lái)向PC操作系統(tǒng)來(lái)聲明自身的標(biāo)識(shí)。然后,設(shè)備管理器就會(huì)對(duì)相關(guān)的設(shè)備查詢是否已經(jīng)安裝了相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序,如果沒(méi)有,就會(huì)向用戶提示如何安裝相關(guān)驅(qū)動(dòng)。在安裝新的驅(qū)動(dòng)時(shí),設(shè)備管理器根據(jù)用戶提供的安裝信息文件(INF)來(lái)判斷該設(shè)備能不能在此

38、驅(qū)動(dòng)下完成于PC的連接。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)與分析</p><p><b>　　3.1 嵌入式技術(shù)</b></p><p>　　嵌入式技術(shù)是21世紀(jì)最富有活力的科技技術(shù)之一,是IT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后又一新科技的發(fā)展方向。根國(guó)際電

39、機(jī)工程師協(xié)會(huì)對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的定義是:控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行裝置[151。由于嵌入式系統(tǒng)具有體積小、功能強(qiáng)大、能耗低、穩(wěn)定性強(qiáng)等突出特點(diǎn),目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍事、電子消費(fèi)品、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制等各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　3.2 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)在硬件和軟件的設(shè)計(jì)上都是因地制宜、高效的處理速度、采用盡量少的資源實(shí)現(xiàn)要求的功能。與上位機(jī)系

40、統(tǒng)相比,它具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：</p><p>　　(1)穩(wěn)定性高、資源消耗低、很強(qiáng)的專用性;</p><p>　　(2)能耗低、高度集成化、體積小、價(jià)格低廉、使用壽命長(zhǎng),因此具有很強(qiáng)的性價(jià)比;</p><p>　　(3)對(duì)于某一型號(hào)的芯片都有固定的代碼存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中、工作時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作;</p><p>　　(4)有專用的幵發(fā)工具和

41、標(biāo)準(zhǔn)化是程序設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　3.3嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制上的發(fā)展</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)早期的應(yīng)用只是單片機(jī),但是隨著系統(tǒng)控制對(duì)象的復(fù)雜度越來(lái)越高,單片機(jī)的使用也不能滿足控制需求。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展,制造工藝的現(xiàn)代化,不僅使得芯片的處理能力越來(lái)越強(qiáng)大,而制造成本卻大幅度降低。工業(yè)控制操作系統(tǒng)在實(shí)時(shí)處理能力、可靠性、幵放性、可操作性等方面都</p>

42、<p>　　有嚴(yán)格的要求,而嵌入式系統(tǒng)恰好能夠適應(yīng)這些要求,并在工業(yè)控制上體現(xiàn)出了自己獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　(1)實(shí)時(shí)性:要求處理器在限定的時(shí)間內(nèi)完成要求的任務(wù),并且能都對(duì)外部的異步事件作出快速反應(yīng)。以往的單片機(jī)處理速度只是幾兆、幾十兆,而如今的微處理器通常都能達(dá)到上百兆。</p><p>　　(2)可靠性:主要是指能夠保證控制外部執(zhí)行件連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行和一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故

43、障后能夠獨(dú)立處理保證系統(tǒng)安全的能力。</p><p>　　(3)人機(jī)交互:嵌入式操作系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)與外部進(jìn)行信息交互,可以將一些重要數(shù)據(jù)通過(guò)圖形或者是窗口顯示給用戶,具有很強(qiáng)的靈活性。</p><p>　　(4)開(kāi)發(fā)成本和開(kāi)發(fā)環(huán)境:對(duì)于開(kāi)發(fā)環(huán)境有很高要求,而在工業(yè)控制設(shè)備上的批量要求不是很高,因此生產(chǎn)商對(duì)控制設(shè)備的幵發(fā)環(huán)境有著價(jià)格低、方便使用的要求。隨著如今嵌入式微處理器的性價(jià)比提升,硬件

44、平臺(tái)的不斷完善,軟件系統(tǒng)的不斷優(yōu)化,都為嵌入式的應(yīng)用提供了強(qiáng)大動(dòng)力。因此嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域具有很廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　3.4 系統(tǒng)插補(bǔ)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　在開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)下提供高性能的插補(bǔ)方案，需要綜合考慮系統(tǒng)進(jìn)給速度、算法 復(fù)雜性、脈沖的均勻分配、綜合成本幾個(gè)方面的因素。當(dāng)前計(jì)算機(jī)處理能力的 不斷提高及價(jià)格的大幅度下跌，為將數(shù)據(jù)采樣法(時(shí)間分割法)用于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的

45、 插補(bǔ)提供了有力條件?；跀?shù)據(jù)采樣法插補(bǔ)的基本結(jié)構(gòu)是軟硬結(jié)合的粗精兩級(jí) 插補(bǔ)結(jié)構(gòu)，由于粗插補(bǔ)可以借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的高速插補(bǔ)，這種方案可以有 效解決使用脈沖增量法在速度和算法復(fù)雜性方面的矛盾，提高開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的插補(bǔ) 性能。同時(shí)綜合成本較低，能以較高的性價(jià)比滿足經(jīng)濟(jì)型和普及型雕刻機(jī)數(shù)控 系統(tǒng)的需要。</p><p>　　兩級(jí)插補(bǔ)結(jié)構(gòu)中的粗插補(bǔ)是基于軟件實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法。其原理就是 根據(jù)進(jìn)給速度，計(jì)算出每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)

46、的總進(jìn)給量，然后進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，求出 插補(bǔ)周期各軸移動(dòng)的進(jìn)給增量值。可以采用各種高速高精度的的插補(bǔ)算法，如 直接函數(shù)法、雙DDA法、樣條插補(bǔ)法等，實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單的平面直線到復(fù)雜空間曲 線的插補(bǔ)。綜合考慮插補(bǔ)性能，本系統(tǒng)中直線、圓弧插補(bǔ)采用的是直接函數(shù)法</p><p>　　精插補(bǔ)的功能是接收通過(guò)粗插補(bǔ)計(jì)算得到的一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)各坐標(biāo)軸的運(yùn) 動(dòng)進(jìn)給量（微段直線），并將其轉(zhuǎn)化成頻率均勻的進(jìn)給脈沖，輸出給各軸的位置 伺服電機(jī)。

47、粗精兩級(jí)插補(bǔ)結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，就是精插補(bǔ)的設(shè)計(jì)和脈沖均勻分 配的方法，它對(duì)產(chǎn)生脈沖的頻率及其穩(wěn)定性有很大影響。</p><p>　　在眾多的插補(bǔ)算法中，脈沖乘法器、逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法等都可以用 于粗精兩級(jí)插補(bǔ)結(jié)構(gòu)的精插補(bǔ)中。但是數(shù)字積分法與其它的插補(bǔ)算法相比，數(shù) 字積分法具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可由簡(jiǎn)單的硬件電路實(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)可以達(dá)到較高的加 工進(jìn)給速度。此外，數(shù)字積分法設(shè)計(jì)成本低，各軸精插補(bǔ)脈沖分配相互獨(dú)立， 易于實(shí)現(xiàn)

48、多軸聯(lián)動(dòng)，所以數(shù)字積分法在數(shù)控系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。 本系統(tǒng)即采用數(shù)字積分法來(lái)實(shí)現(xiàn)精插補(bǔ)功能。</p><p>　　3.5 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的目標(biāo)是要設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套針對(duì)雕刻機(jī)的控制特點(diǎn)，功能 要求和性能指標(biāo)介于經(jīng)濟(jì)型和普及型雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)之間，具有經(jīng)濟(jì)型雕刻機(jī)通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，對(duì)待開(kāi)發(fā)的雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)歸納出如下功能：</p><p>&

49、lt;b>　　1.程序管理功能</b></p><p>　　可現(xiàn)場(chǎng)輸入、編輯和修改加工程序，記錄程序使用情況，高亮度顯示數(shù)控 加工程序指令字。它處理的對(duì)象是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼文件，得到的是此代碼文件經(jīng) 編譯后得到的命令集和數(shù)據(jù)集以及一些加工信息。命令和數(shù)據(jù)集以一定的數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)形式保存在內(nèi)存中供其他模塊調(diào)用，是整個(gè)軟件的數(shù)據(jù)來(lái)源和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。</p><p><b>　　

50、2.參數(shù)管理功能</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置、記憶、調(diào)用等。管理的參數(shù)有USB傳輸參數(shù)、圖形 顯示參數(shù)、工件零點(diǎn)、電機(jī)性能參數(shù)、加減速、刀具補(bǔ)償?shù)葏?shù)。并且對(duì)某些 參數(shù)進(jìn)行密碼保護(hù)，只有高級(jí)用戶才能修改。</p><p><b>　　3.加工控制功能</b></p><p>　　具有自動(dòng)加工、手動(dòng)連續(xù)或增量移動(dòng)各

51、坐標(biāo)軸、暫停/繼續(xù)加工、手動(dòng)設(shè)置 對(duì)刀坐標(biāo)系和返回機(jī)床參考點(diǎn)、急停、主軸控制和冷卻液控制等功能。系統(tǒng)根 據(jù)加工控制指令和所設(shè)置的參數(shù)，進(jìn)行粗插補(bǔ)計(jì)算。計(jì)算得出的插補(bǔ)量，將作 為USB通信和圖形仿真的數(shù)據(jù)來(lái)源。</p><p>　　4.USB總線通信功能</p><p>　　通過(guò)USB2.0總線，實(shí)現(xiàn)上位PC機(jī)和數(shù)字脈沖伺服接口卡高速及時(shí)的數(shù)據(jù) 通訊。一方面將粗插補(bǔ)量和控制信息傳遞給機(jī)床接口

52、卡，以控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)； 另一方面反饋機(jī)床狀態(tài)信息和加工信息至PC機(jī)。</p><p><b>　　5.仿真功能</b></p><p>　　在仿真模式下，具有仿真驗(yàn)證數(shù)控加工程序插補(bǔ)軌跡的功能；在加工過(guò)程 中，能實(shí)時(shí)顯示刀具中心點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡。</p><p><b>　　6.圖形管理功能</b></p><

53、;p>　　按照用戶要求，對(duì)所顯示的刀具中心點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡圖形進(jìn)行視圖變換操作， 如俯視圖、東南等軸側(cè)視圖等共9種視圖模式。此外可進(jìn)行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、 移動(dòng)和還原等圖形變換操作。</p><p>　　信息采集及顯示功能.根據(jù)接口卡反饋的機(jī)床狀態(tài)信息和加工信息，PC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。</p><p>　　3.6 主要模塊的功能簡(jiǎn)要介紹如下：</p><p>　　P

54、C：實(shí)現(xiàn)多線程的調(diào)度，數(shù)控加工文件的管理和處理，實(shí)現(xiàn)仿真、參數(shù)設(shè) 置和狀態(tài)顯示，完成粗插補(bǔ)和數(shù)控加工過(guò)程控制功能。</p><p>　　USB:實(shí)現(xiàn)USB批量傳輸和信息采集控制。</p><p>　　串口：輔助USB固件開(kāi)發(fā)和調(diào)試。</p><p>　　EEPR0M:實(shí)現(xiàn)USB的啟動(dòng)，從EEPROM獲取VID/PID/DID和USB固件，并自 動(dòng)裝載到USB的片內(nèi)R

55、AM中。</p><p>　　RAM:臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，配合對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試。</p><p>　　機(jī)床I/O量：系統(tǒng)的輸入/輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)經(jīng)光耦隔離、抗干擾、電平轉(zhuǎn)換 等處理后，由FPGA控制處理，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性?？紤]到FPGA 有限的I/O資源，部分實(shí)時(shí)性要求不高的開(kāi)關(guān)量采集直接由USB控制器控制。 為提高系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性，系統(tǒng)輸出采用了普通電平輸出和差分輸出兩種方式， 具

56、體方式可由操作人員具體設(shè)定。</p><p>　　FPGA:由FIFO接口驅(qū)動(dòng)模塊、乒乓FIFO存儲(chǔ)器、DDA精插補(bǔ)控制器、三態(tài)總線模塊和時(shí)鐘管理模塊組成。實(shí)現(xiàn)跨時(shí)鐘域的數(shù)據(jù)傳輸、緩沖、處理以及產(chǎn) 生精插補(bǔ)數(shù)字脈沖功能。</p><p>　　復(fù)位電路：產(chǎn)生USB控制器和FPGA上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位所需信號(hào)。</p><p>　　FPGA配置電路：完成程序下載、器件配置

57、和嵌入式邏輯分析儀（Embedded SignalTap II Logic Analyzer)對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試。</p><p>　　電源：為提高系統(tǒng)的靈活性，電源輸入采用了 USB自供電和外部電源供電 兩種方式，并對(duì)輸入電壓濾波和穩(wěn)壓，獲取板卡所需的+1.5V、+3.3V電壓。</p><p>　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口模塊：電機(jī)X、Y、Z坐標(biāo)軸的驅(qū)動(dòng)脈沖經(jīng)本模塊抗干擾、電 平轉(zhuǎn)換等處理后輸出。<

58、;/p><p>　　4 基于MK1-ZXAUSBCNC控制板的雕刻機(jī)改造</p><p>　　MK1-ZXAUSBCN為國(guó)內(nèi)外目前市面功能最強(qiáng)，性能最穩(wěn)定的MK1硬件平臺(tái)。 本產(chǎn)品集成了國(guó)外原廠以下幾個(gè)產(chǎn)品：</p><p><b>　　1. MK1主板</b></p><p><b>　　2.輸出板</b

59、></p><p><b>　　3.信號(hào)接線板</b></p><p><b>　　3</b></p><p><b>　　.</b></p><p>　　4.注冊(cè)的MCU. CONTROLLERS</p><p>　　它全面支持雕刻機(jī)、雕銑機(jī)，廣

60、泛應(yīng)用于工業(yè)模具、標(biāo)牌、名牌、建筑模型、印章、廣告切字、藝術(shù)品、PCB板等產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和加工代碼生成。</p><p>　　形成一個(gè)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。此設(shè)備結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，具有體積小、占地少、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。可以幫助學(xué)生從系統(tǒng)整體角度去認(rèn)識(shí)系統(tǒng)各組成部分，從而掌握機(jī)電控制系統(tǒng)的組成、功能及控制原理。利用它，可以從事簡(jiǎn)單的文字和圖像雕刻制造。</p><p>　　3.1 MK1-ZXAU

61、SBCNC控制板結(jié)構(gòu) </p><p>　　1.強(qiáng)大的電源架構(gòu)。最寬的電源輸入范圍：輸入為15-50VDC.還配備了保險(xiǎn)絲與防接反功能。還預(yù)留 了 5V，12V電源輸出接口，供外圍部件使用。參見(jiàn)下圖：</p><p>　　2.所有輸入輸出信號(hào)全部光藕隔離。更有效的保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。主控芯片也做門(mén)做了保護(hù)處理。 在PCB設(shè)計(jì)時(shí)也作了電氣隔離帶。實(shí)現(xiàn)了真正意義上的隔離。這是市面上任一款

62、同類板所不同的，這 使得本產(chǎn)品的抗干擾能力與系統(tǒng)穩(wěn)定性達(dá)到了另一個(gè)級(jí)別。參見(jiàn)下圖：</p><p>　　3.與電腦相連的USB接口特別設(shè)計(jì)了一套接口電路：</p><p>　　4.配一條質(zhì)量過(guò)硬的1.5米USB線。USB線上已配備抗干擾磁環(huán)。DVD光盤(pán)內(nèi)有很多教學(xué)資料與使用 說(shuō)明書(shū)等資料。參見(jiàn)下圖：</p><p><b>　　產(chǎn)品圖片:</b>

63、;</p><p><b>　　端口標(biāo)示圖：</b></p><p><b>　　典型應(yīng)用示意圖:</b></p><p>　　4 產(chǎn)品與與外圍部件的接線。</p><p><b>　　外部端口：</b></p><p><b>　　1.電源接

64、線部分。</b></p><p>　　A供電輸入。可以使用開(kāi)關(guān)電源供電，也可以使用常規(guī)的方型或環(huán)型變壓器經(jīng)整流濾波后給控制板</p><p>　　供電。供電壓范圍為DC15-50V.功率容量大于5W即可。圖中上面的端子為正電源輸入，下面的端子為GND.</p><p>　　B供電輸出。本控制板還可以為外部用電器件提供5V，12V兩種穩(wěn)定的電壓輸出。5V輸

65、出的最大電流為 </p><p>　　200MA，12V輸出的最大電流為100MA.可以給接近開(kāi)關(guān)等器件供電。如下圖：</p><p>　　注意：使用常規(guī)的方型或環(huán)型變壓器經(jīng)整流濾波后給控制板供電的話，由于這種供電方式受電網(wǎng)的影響很大， 所以如果選用此供電方式的話電壓不要超過(guò)36V</p><p><b>　　2.電腦接線部分。</b><

66、/p><p>　　本運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò)一個(gè)USB2.0接口與電腦相聯(lián)接。板上接口為USB標(biāo)準(zhǔn)B型口。USB的線的長(zhǎng)度不能大于3 米。建議用1.5米的。注意：電腦的USB 口必須是2.0的才可以。很多老式電腦上的USB 口是1.1的，這種非 2.0標(biāo)準(zhǔn)的USB 口是不能用于接本控制器的。當(dāng)本控制器與電腦第一次通過(guò)USB聯(lián)接時(shí)，電腦會(huì)發(fā)現(xiàn)新硬件，并提示安裝驅(qū)動(dòng)程序。</p><p>　　A.常使用狀態(tài)

67、下，控制板上的系統(tǒng)指示燈會(huì)不不停閃爍。電機(jī)(主軸，坐標(biāo)軸)接線部分?？刂浦鬏S相關(guān)的部分有3個(gè)繼電器控制或2個(gè)繼電器加一個(gè)0-10V調(diào)速控制，兩種控制方式。 這兩種控制方式通過(guò)電腦軟件設(shè)置與板上的跳針結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇哪種控制方式。3個(gè)繼電器外接的6個(gè)端 口相當(dāng)于3個(gè)常開(kāi)開(kāi)關(guān)。各個(gè)繼電器有吸合指示燈。當(dāng)指示燈亮?xí)r，就表示指示燈旁邊的繼電器吸合，對(duì) 應(yīng)的兩個(gè)繼電器的接線端子接通。繼電器可以控制主軸的開(kāi)關(guān)，油泵，電磁閥等器件的工作狀態(tài)。三個(gè)跳 針

68、全插上時(shí)為3個(gè)繼電器輸出控制狀態(tài)。在3個(gè)繼電器控制時(shí)，不能同時(shí)控制0-10V輸出。</p><p>　　B.坐標(biāo)抽X，YZ，4各油的接線。各個(gè)運(yùn)動(dòng)控制抽是以方向（DIR，CW/CCW)，脈沖（PUL/CLK)方式來(lái)控制電 機(jī)精確定位的。玎以支持步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器與伺服驅(qū)動(dòng)器的共陰或共陽(yáng)接法。輸出電平為5V.驅(qū)動(dòng)電流為14MA， 最高頻率為25KHZ.</p><p>　　注意：共陰或共汩接法軟件的

69、設(shè)置不一樣。如果發(fā)現(xiàn)你的機(jī)器走的數(shù)據(jù)與電貓對(duì)不上31,玎以改_個(gè)軟件 的共陰或共汩接法設(shè)置試一下.</p><p>　　共陰接法：各油驅(qū)動(dòng)器的PUL-/CLK-與DIR-/CW/CCW-接在一起，接到控制板的GND.驅(qū)動(dòng)器的接好線后要在軟件設(shè)置。否則電機(jī)走的數(shù)會(huì)與電腦顯示的數(shù)不對(duì)。</p><p><b>　　原件：</b></p><p>&

70、lt;b>　　1.線圖前后改變：</b></p><p><b>　　線頭排列：</b></p><p><b>　　接線方式：</b></p><p><b>　　5 軟件調(diào)試</b></p><p>　　1. 外接對(duì)刀，原點(diǎn)，限位開(kāi)關(guān)部分限位幵關(guān)為低電平觸

71、發(fā)。電平為5V.板上反面有絲印標(biāo)出XL+表示</p><p>　　X油正方向限位開(kāi)關(guān)，XL-表示X抽反方向限 位開(kāi)關(guān)。在開(kāi)關(guān)處接一個(gè)常幵幵關(guān)裝在機(jī)器上特定的位置。（_條線接GND,_條線接X(jué)L+/XL-).其它各油 也做一樣的接線W玎-接好線后要在軟件設(shè)置。否則開(kāi)關(guān)就算發(fā)電腦也不會(huì)做出相應(yīng)的動(dòng)作。USBCNC軟件對(duì)刀換刀很方便，軟件的使用單位.脈沖亳米數(shù).速度.方向都要先調(diào)試設(shè)置好，才能正営工作.下面以3抽雕刻機(jī)

72、為例介紹軟件的0原位和和對(duì)刀操作。機(jī)器玎以配備5個(gè)限位關(guān)（最少也要3個(gè)，X-.Y_,Z+)，當(dāng)然不安裝限位也以使用，但不安全使用也不方便。第一件亊，我(丨'1用限位幵關(guān)定義機(jī)器工作范圍大小。先確定限位開(kāi)關(guān)接線正確并且是被壓T機(jī)器就會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。數(shù)芋棍顯示紅色。</p><p><b>　　2手動(dòng)對(duì)刀</b></p><p>　　手動(dòng)機(jī)器的位置到你經(jīng)営開(kāi)始切釗的地

73、方(幵始切釗的地方并不是在最左下角）。通常是在XY角附近。也</p><p>　　就是離開(kāi) X- Y-隈位開(kāi)關(guān)位置。當(dāng)然你也玎以去別的地方。我設(shè)置是X右10. Y前20的地方。設(shè)置好后軟件會(huì)顯示三維圖， 其中棕色錐體是原點(diǎn)X0Y0.也就是切釗幵始點(diǎn).黃色鍵體是刀具位置。</p><p>　　在工作中不要隨便手動(dòng)改變電機(jī)位置，不要隨便済零數(shù)芊，坐標(biāo)如果改變以后對(duì)刀，換刀就不知道自已在什么地方

74、 T.保持正確的f絕對(duì)位置是至關(guān)重要的。</p><p>　　如何才能樹(shù)立IE確的絕對(duì)位置？這就是K原點(diǎn)"。歸原點(diǎn)過(guò)程就是確定機(jī)器的絕對(duì)位置I</p><p>　　原點(diǎn)按鈕：1，軟件后用回原點(diǎn)后才顯示這個(gè)圖標(biāo)</p><p>　　順序：是禿z抽正方向，然后XY軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)。過(guò)程是Z抬刀壓到Z+限位后，XY電機(jī)向負(fù)方向運(yùn)動(dòng).壓XY限位 后回走X10Y20,

75、 Z向下走50,最后顯示Z是20.這個(gè)Z20是臺(tái)面到刀的距離，我們的刀長(zhǎng)短不一，雕刻的材料®薄 不一樣，這個(gè)距離不是實(shí)際距離。</p><p>　　2：手動(dòng)對(duì)刀（移動(dòng)傳感器對(duì)刀）</p><p>　　軟件玎以用手執(zhí)對(duì)刀塊在任意地方對(duì)Z的刀.還玎以用固定在一個(gè)地方的對(duì)刀塊。（確定刀具傳感器應(yīng)該是翱譯 錯(cuò)誤.應(yīng)該是固定刀具傳感器）刀具傳感器后用后.圖標(biāo)才能顯示。</p>

76、<p>　　設(shè)置：大?。菏堑兜闹睆?，4抽接□板用不上，不管。高度：就是覆銅板的厚度。距離：宿回+返回距離+高度=21.6</p><p>　　對(duì)刀I：具：一般用單面覆銅板，焊根線，接在接□板的Z-上，用個(gè)帶夾頭的線接在接□板負(fù)上，夾子夾在刀具上， 覆銅板放在刀下方。</p><p>　　運(yùn)行對(duì)刀按鈕后，Z向下，碰T對(duì)刀塊（覆銅板），數(shù)宇'済零，Z向上走21. 6，偏移量

77、T顯示勾起。意思是刀具偏 移原點(diǎn)21.6,直接運(yùn)行g(shù)代碼加r,軟件會(huì)自已禿反向運(yùn)行偏移量到加I：面進(jìn)行加工。</p><p>　　2.固定刀具傳感器對(duì)刀</p><p>　　固定刀具傳感器對(duì)刀有許多優(yōu)點(diǎn)，如傳感器不荽經(jīng)常翕上拿下，特別是對(duì)換刀很方便。不論什么方式對(duì)刀，先荽運(yùn)行回原點(diǎn)后才能進(jìn)行.不然找不到固定的對(duì)刀塊</p><p><b>　　設(shè)置固定對(duì)刀

78、按鈕</b></p><p>　　固定對(duì)刀塊玎以安裝在機(jī)器的任何地方（雕刻范圍內(nèi)）.并且要知誼與原點(diǎn)的距離.再設(shè)置在軟件中，如我設(shè)置在 Y油32處?；疑腻F體是對(duì)刀位置。</p><p>　　固定對(duì)刀塊是有高度的.雕刻的物也有高度.對(duì)刀的目的就是要確定z對(duì)雕刻面的偏移距離。如果對(duì)刀塊高度是固 定的，那雕刻物的高度就要知誼并且經(jīng)過(guò)汁算設(shè)置在軟件中的"位置設(shè)定Z"

79、;中。</p><p>　　雕刻物與對(duì)刀塊一樣高，^位置設(shè)定Z”就設(shè)置0.，運(yùn)行對(duì)刀后顯示對(duì)刀偏移T，Z20,這個(gè)20是在抽3 ”移動(dòng) 到"定義的距離。”0零”后也顯示20,這兩個(gè)一樣數(shù)不是一個(gè)距離的。T,Z20是相對(duì)雕刻平面的距離，沒(méi)有T的 是相對(duì)雕刻機(jī)臺(tái)面的距離，這個(gè)距離也不一定是實(shí)際的（刀長(zhǎng)短不同），因?yàn)閾QT不同長(zhǎng)度的刀距離就不一樣。有 T的距離不管刀具長(zhǎng)短，對(duì)刀后刀尖到雕刻面距離就是20.只有顯

80、示TTZ20,運(yùn)行G程序后會(huì)自動(dòng)抵消這偏移距離的。</p><p>　　B.雕刻物體比對(duì)刀塊ft。如：雕刻物咼是25，對(duì)刀塊是14，14 —25=—11,在“位置設(shè)定Z”中就設(shè)置-11， 就是對(duì)刀塊高度減去雕刻物高度。設(shè)置好后灰色錐體在零位下方。運(yùn)行對(duì)刀后顯示也是T20。這個(gè)距離就是雕刻面到刀的距離。直接運(yùn)行G代碼 程序就可以了。</p><p>　　C：雕刻物比對(duì)刀塊低。如對(duì)刀塊高度是1

81、4，雕刻物高是4，14-4=10，在“位置設(shè)定Z”中就設(shè)置10，</p><p>　　設(shè)置好后灰色錐體在零位上方。運(yùn)行對(duì)刀后顯示也是T 20。這個(gè)距離就是雕刻面到刀的距離。</p><p><b>　　樣品</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程

82、中，本人始終得到了指導(dǎo)老師許軍教授的悉心指導(dǎo)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇到了許多自己不清楚的問(wèn)題，而經(jīng)過(guò)自己的努力仍不能獲得答案的情況下，許軍老師給予了我很大的幫助和指導(dǎo)，使我很快明確了問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，理清了思路。在設(shè)計(jì)和論文編寫(xiě)期間，許軍老師給我提供了很多思路，他的一絲不茍、刻苦鉆研的精神給我留下了深刻的印象。我衷心地感謝許軍老師，因?yàn)樗麑?duì)學(xué)生的嚴(yán)格要求，使學(xué)生懂得一絲不茍、刻苦鉆研、獨(dú)立自主的意義。同時(shí)，我還要感謝許軍老師以及我同組的同學(xué)李超，

83、感謝他們?cè)谶@幾個(gè)月里給予我的幫助。最后感謝機(jī)械工程系領(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué)在我學(xué)習(xí)期間給予的關(guān)心、支持和幫助！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 葛友華.CAD/CAM技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　2 寧汝新，趙汝嘉.CAD/CAM技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999</p&g

84、t;<p>　　3 歐長(zhǎng)勁.CAD/CAM技術(shù).杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2003</p><p>　　4 莫軍華.廣告設(shè)計(jì).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005</p><p>　　5 張曜.中文Photoshop CS實(shí)用培訓(xùn)教程.四川：西南財(cái)經(jīng)大學(xué)出版社，2002</p><p>　　6 丁劍超，王劍白.廣告設(shè)計(jì).北京：中國(guó)水利水電出版社，

85、2006</p><p>　　7 歐軍利，哈建忠.Adobe Photoshop CS基礎(chǔ)培訓(xùn)教程.北京：人民郵電出版社，2005</p><p>　　8 高志清.Photoshop時(shí)尚平面廣告案例剖析.北京：中國(guó)水利水電出版社，2006</p><p>　　9 金鼎圖書(shū)工作室.Photoshop CS基礎(chǔ)與實(shí)例教程.山東：山東電子音像出版社，2005<

86、/p><p>　　10 張德強(qiáng).CAXA數(shù)控銑CAD/CAM技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　11 北航CAXA教育培訓(xùn)中心.CAXA數(shù)控加工造型·編程·通信.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002</p><p>　　12 陳明，劉鋼，鐘敬文.CAXA制造工程師.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006</p>

87、;<p>　　13 王肖生.現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì).上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2002</p><p>　　14 陳立群.CAXA數(shù)控造型與加工實(shí)訓(xùn).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006</p><p>　　15 馬凌云，楊永久.平面廣告設(shè)計(jì).上海，上海交通大學(xué)出版社，2006</p><p>　　16 張燕.現(xiàn)代傳媒設(shè)計(jì)教程.上海，上海人民出版社，1999<