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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 多軸步進(jìn)電機(jī)智能控制器與驅(qū)動(dòng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品是應(yīng)用于各種自動(dòng)化數(shù)控設(shè)備，水晶、寶石磨削機(jī)，雕刻機(jī)，沖壓車床等；系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的思路、創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)如下：
- 詳細(xì)介紹：
- 本系統(tǒng)采用意法半導(dǎo)體公司的高性能32位STM32F103VCT6 ARM微處理器作為核心控制芯片。其內(nèi)部具有4路16位高級(jí)控制定時(shí)器；2個(gè)12位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，每個(gè)ADC共用多達(dá)16個(gè)外部通道，可以實(shí)現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換。在掃描模式下，自動(dòng)進(jìn)行在選定的一組模擬輸入上的轉(zhuǎn)換。256K系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash ，64K字節(jié)片內(nèi)SRAM，有80個(gè)可編程的I/O 口，非常適合工業(yè)環(huán)境的使用。 四路獨(dú)立高級(jí)定時(shí)器分別控制四路步進(jìn)電機(jī)，脈沖輸出準(zhǔn)確，精確控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定準(zhǔn)確；通過一定算法，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制的加、減速問題，可以采用梯形方式進(jìn)行加減速設(shè)定，也可以擬合實(shí)現(xiàn)S型加減速。 整個(gè)電路部分充分考慮了電氣隔離，輸入輸出完全電氣隔離，采用美國DC-DC隔離電源模塊，隔離干擾，隔離意外高壓危險(xiǎn)，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定。在系統(tǒng)的通信上，與外部文本（或觸摸屏的通信上）采用了高速光耦6N137進(jìn)行隔離。 本系統(tǒng)解決了幾大特色： 1、 實(shí)現(xiàn)多軸步進(jìn)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，解決了加減速問題（定時(shí)器方式）； 2、 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)與文本、觸摸屏等人機(jī)界面進(jìn)行交互（采用了DMA的方式、實(shí)現(xiàn)了MODBUS RTU的協(xié)議），給很多從事電氣的工程人員以方便，因?yàn)樗麄兇蠖嗔?xí)慣PLC+文本的方式； 3、 結(jié)合實(shí)際的工控行業(yè)背景，如自動(dòng)儀表車床、水晶磨削等。 參考文獻(xiàn)： [1] 何雪明，吳曉光，常興，數(shù)控技術(shù),，華中科技大學(xué)出版社，2006，9 [2] 坂本正文著，王自強(qiáng) 譯，步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用技術(shù)，科學(xué)出版社2010，5 [3] 王永紅 徐煒 郝立平 ，STM32系列 ARM Cortex-M3微控制器原理與實(shí)踐，北京航空航天大學(xué)出版社 2008，7 [4] STM32F103芯片數(shù)據(jù)手冊
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品是應(yīng)用于各種自動(dòng)化數(shù)控設(shè)備，水晶、寶石磨削機(jī)，雕刻機(jī)，沖壓車床等；系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的思路、創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)如下： 發(fā)明目的：隨著自動(dòng)化工業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)的高穩(wěn)定，高效率，高準(zhǔn)確越來越表現(xiàn)出人工無法達(dá)到的效果，自動(dòng)化的普遍成為一個(gè)必須的趨勢。但是目前市場上的大多數(shù)字控制系統(tǒng)都很昂貴，導(dǎo)致自動(dòng)化設(shè)備的價(jià)格高居不下，因此，高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本作品就是一款采用高速率MCU芯片的數(shù)控系統(tǒng)，高效，穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)，可替代傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)，降低成本。 基本思路：控制系統(tǒng)集成6路步進(jìn)電機(jī)控制輸出，控制步進(jìn)電機(jī)各種動(dòng)作；13路光耦隔離輸入，接收外部限位開關(guān)等信號(hào)輸入；5路繼電器輸出，控制外部電磁閥、汽缸等；兩路AD輸入，輸入電壓可調(diào)，內(nèi)置分壓電路和放大電路，采集外部模擬信號(hào)；兩路DA輸出，可控制變頻器工作；7路OC輸出，可控制外部擴(kuò)展繼電器；一路485通信，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信協(xié)作。以文本做為人際界面，與主控系統(tǒng)以串行方式通信，用于顯示數(shù)據(jù)，輸入?yún)?shù)等，以上個(gè)功能整合編程，就可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)控制。 創(chuàng)新點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵：本系統(tǒng)采用了采用基于ARM核心的STM32F103VCT6芯片，主時(shí)鐘頻率可達(dá)72MHz，高速控制多路步進(jìn)電機(jī)同時(shí)工作;同時(shí)，解決了自行研制的控制器與文本顯示、工業(yè)觸摸屏的通信MODBUS RTU協(xié)議問題。 技術(shù)指標(biāo)：支持4軸聯(lián)動(dòng)，直線圓弧插補(bǔ)，用戶自主編程。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本系統(tǒng)采用意法半導(dǎo)體公司的高性能32位STM32F103VCT6 ARM微處理器作為核心控制芯片。其內(nèi)部具有4路16位高級(jí)控制定時(shí)器；2個(gè)12位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，每個(gè)ADC共用多達(dá)16個(gè)外部通道，可以實(shí)現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換。在掃描模式下，自動(dòng)進(jìn)行在選定的一組模擬輸入上的轉(zhuǎn)換。256K系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash ，64K字節(jié)片內(nèi)SRAM，有80個(gè)可編程的I/O 口，非常適合工業(yè)環(huán)境的使用。 四路獨(dú)立高級(jí)定時(shí)器分別控制四路步進(jìn)電機(jī)，脈沖輸出準(zhǔn)確，精確控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定準(zhǔn)確；通過一定算法，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制的加、減速問題，可以采用梯形方式進(jìn)行加減速設(shè)定，也可以擬合實(shí)現(xiàn)S型加減速。 整個(gè)電路部分充分考慮了電氣隔離，輸入輸出完全電氣隔離，采用美國DC-DC隔離電源模塊，隔離干擾，隔離意外高壓危險(xiǎn)，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定。在系統(tǒng)的通信上，與外部文本（或觸摸屏的通信上）采用了高速光耦6N137進(jìn)行隔離。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本系統(tǒng)目前以定制的形式初期在國內(nèi)多家數(shù)控機(jī)床公司的機(jī)床改造中進(jìn)行測試，運(yùn)行穩(wěn)定，得到一致好評。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品 圖紙磁盤 現(xiàn)場演示 圖片 □錄像 樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 發(fā)展趨勢上看，工業(yè)控制自動(dòng)化是必然趨勢，工業(yè)PC，PLC等數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于各種大中小數(shù)控設(shè)備中。隨著自動(dòng)化數(shù)控的發(fā)展，低成本數(shù)控系統(tǒng)更適應(yīng)發(fā)展。 本系統(tǒng)采用32位高速主控芯片，電路集成各模塊功能，適用于各種數(shù)控機(jī)床，可定制，可編程，通用強(qiáng)，成本低，很有市場前景。 預(yù)期效益：本系統(tǒng)用于各種數(shù)控機(jī)床控制，新型數(shù)控機(jī)床研制生產(chǎn)，舊機(jī)床升級(jí)改造，降低機(jī)床生產(chǎn)成本，提高機(jī)床工作效率，降低車間人力成本。 市場分析：隨著自動(dòng)數(shù)控發(fā)展，數(shù)控設(shè)備廣泛使用，本能系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用的在全國各地的數(shù)控設(shè)備上，如水晶、寶石磨削機(jī)、拉布機(jī)、電池檢測分類機(jī)、點(diǎn)焊機(jī)、自動(dòng)儀表車床等。
同類課題研究水平概述
- 1、國外數(shù)控機(jī)床技術(shù)現(xiàn)狀 （1）高速高精與多軸加工成為數(shù)控機(jī)床的主流，納米控制已經(jīng)成為高速高精加工的潮流。 ?。?）多任務(wù)和多軸加工數(shù)控機(jī)床越來越多地應(yīng)用到能源、航空航天等行業(yè)。 （3）機(jī)床與機(jī)器人的集成應(yīng)用日趨普及，且結(jié)構(gòu)形式多樣化，應(yīng)用范圍擴(kuò)大化，運(yùn)動(dòng)速度高速化，多傳感器融合技術(shù)實(shí)用化，控制功能智能化，多機(jī)器人協(xié)同普及化。 ?。?）智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴(kuò)充，車間的加工監(jiān)測與管理可實(shí)時(shí)獲取機(jī)床本身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)測機(jī)床的狀態(tài)，提前進(jìn)行相關(guān)的維護(hù)，避免事故的發(fā)生，減少機(jī)床的故障率，提高機(jī)床的利用率。 （5）最新的機(jī)床誤差檢測與補(bǔ)償技術(shù)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成對機(jī)床的補(bǔ)償測量，與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機(jī)床誤差的補(bǔ)償精度能夠提高3～4倍，同時(shí)效率得到大幅度提升。 ?。?）最新的CAD/CAM技術(shù)為多軸多任務(wù)數(shù)控機(jī)床的加工提供了強(qiáng)有力的支持，可以大幅度提高加工效率。 ?。?）刀具技術(shù)發(fā)展迅速，眾多刀具的設(shè)計(jì)涵蓋了整個(gè)加工過程，并且新型刀具能夠滿足平穩(wěn)加工以及抗振性能的要求。 4.我國數(shù)控機(jī)床與系統(tǒng)—以自動(dòng)儀表車床為例 目前我國高檔數(shù)控機(jī)床、系統(tǒng)中，以大連數(shù)控、廣州數(shù)控、武漢華中數(shù)控、南京自動(dòng)化數(shù)控為主要代表，基本是我國的數(shù)控行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。但本作品擬以普通車床為例，以人工半自動(dòng)化的儀表車床為例進(jìn)行說明和研究。在我國的五金加工中，普通存在費(fèi)人費(fèi)力的現(xiàn)象，尤其是當(dāng)下在國家進(jìn)行勞動(dòng)合同改革的背景下用工問題尤其突出。選用節(jié)人節(jié)能，投入少效益高的新型設(shè)備是經(jīng)濟(jì)時(shí)代各型企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。自動(dòng)儀表車床是采用電氣結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)給，不但節(jié)省了操作人員的體力消耗，消除人為因素造成的產(chǎn)品精度問題，更重要的是這種新型設(shè)備能進(jìn)行一人多幾操作，從而為企業(yè)節(jié)省了大量的人力物力，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。自動(dòng)儀表車床屬于簡單的臥式車床，一般來說最大工件加工直徑在250mm以下的機(jī)床，多屬于儀表車床。儀表車床分為普通型、六角型和精整型。
