电火花线切割数控系统掉电保护功能的研究与实现
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摘要
作为特种加工方式中的重要分支之一,电火花线切割机机床上加工的都是高硬度、高强度的新型材料,以制造高精密零件。零件在电火花线切割机床上进行精加工之前,一般已经经过多道加工工序,其切割加工的表面粗糙度很高,而且切割速度很慢。加工一个零件需要几个小时或者几天,一旦在加工过程中出现掉电情况而没有具体的保护措施,再次上电时候需要重新加工,不仅影响了表面粗糙度,降低了加工效率而且提高了成本。由此可知,对加工过程实现全状态记忆,实现可恢复加工是遵循于实际需要的,因此,开发线切割机床的断电保护功能是十分有必要的。
一个完善的电火花线切割系统应该能够实现对掉电时刻的加工状态进行保存,并在重新上电后对断点处的加工状态信息进行恢复,以指导机床进行下步动作。本文在研究各种能够实现数控系统的掉电保护方案的基础上,开发了电火花线切割系统的掉电保护功能模块,其主要研究工作如下：
根据课题的研究背景确立了课题目标,研究和分析了现阶段的掉电保护实施方案,决定了本课题研究的主要内容,并对电火花线切割机床的掉电保护功能的实现进行了系统的总体设计。
在电火花线切割数控系统的工控机功能设计中,实现了系统的插补计算模块,与单片机的串行通讯接口模块以及掉电保护功能模块。
在单片机系统的硬件电路和软件程序设计中,需要进行片外存储器的扩展,检测电源情况发现掉电立即通知单片机进入中断,接收工控机的插补脉冲数据进行实时存储,并在掉电的时刻,迅速转移片内RAM的数据,然后在重新上电时,验证数据的正确性,根据工控机的请求,将断点信息完整地传送并恢复。
在步进电机的控制要求下,对其进行转速和转向的控制进行了总体设计,采用驱动芯片以提高驱动脉冲信号设计硬件电路,利用C语言完成电机的驱动程序编程。
WEDM as an important branch of one of the special processing methods, it often processes high hardness, high strength of new materials, manufacturing high precision parts. Before finishing in WEDM machine, the parts generally through multi-channel processing, the cutting of the surface roughness is high, and the cutting speed is slow. A part in the process that requires a few hours or days, power-down situation without specific protection will not affect the surface roughness, and reduces the processing efficiency and improve cost. Therefore, the processing to achieve full state memory and recoverable processing conforming are needed, the power-off protection for the development of WEDM is very necessary.
An improved WEDM system can be achieved to save the processing state of the power-down time and to be restored after power-on processing status information of the breakpoint guides the machine next action. On the basis of the study of the various CNC system power-down protection program, the article development the WEDM system with a set of power-down protection function, its main research work are as follows:
Subject objectives are established based on the research background, research and analysis at this stage of the power-down protection implementation plan, determines the main content of this research project, and does the overall design of the WEDM system.
In the functional design of the WEDM system host computer, it include the interpolation calculation module, and lower the machine's serial communications interface module and power-down protection module.
The hardware circuit and software programming in the lower machine, needs for the expansion of off-chip memory, the detection power down immediately notify the lower machine to enter the interrupt, receive interpolation pulse data in real-time storage, transfer date on-chip RAM at the power down time, and then re-power on, verify the accuracy of the data requested by the host computer, recovery the breakpoint information.
By the request of the stepper motor control, its speed and steering control for the overall design, the driver chips to improve the drive pulse signal design the hardware circuit, completed a motor-driven programming using C language.
一个完善的电火花线切割系统应该能够实现对掉电时刻的加工状态进行保存,并在重新上电后对断点处的加工状态信息进行恢复,以指导机床进行下步动作。本文在研究各种能够实现数控系统的掉电保护方案的基础上,开发了电火花线切割系统的掉电保护功能模块,其主要研究工作如下：
根据课题的研究背景确立了课题目标,研究和分析了现阶段的掉电保护实施方案,决定了本课题研究的主要内容,并对电火花线切割机床的掉电保护功能的实现进行了系统的总体设计。
在电火花线切割数控系统的工控机功能设计中,实现了系统的插补计算模块,与单片机的串行通讯接口模块以及掉电保护功能模块。
在单片机系统的硬件电路和软件程序设计中,需要进行片外存储器的扩展,检测电源情况发现掉电立即通知单片机进入中断,接收工控机的插补脉冲数据进行实时存储,并在掉电的时刻,迅速转移片内RAM的数据,然后在重新上电时,验证数据的正确性,根据工控机的请求,将断点信息完整地传送并恢复。
在步进电机的控制要求下,对其进行转速和转向的控制进行了总体设计,采用驱动芯片以提高驱动脉冲信号设计硬件电路,利用C语言完成电机的驱动程序编程。
WEDM as an important branch of one of the special processing methods, it often processes high hardness, high strength of new materials, manufacturing high precision parts. Before finishing in WEDM machine, the parts generally through multi-channel processing, the cutting of the surface roughness is high, and the cutting speed is slow. A part in the process that requires a few hours or days, power-down situation without specific protection will not affect the surface roughness, and reduces the processing efficiency and improve cost. Therefore, the processing to achieve full state memory and recoverable processing conforming are needed, the power-off protection for the development of WEDM is very necessary.
An improved WEDM system can be achieved to save the processing state of the power-down time and to be restored after power-on processing status information of the breakpoint guides the machine next action. On the basis of the study of the various CNC system power-down protection program, the article development the WEDM system with a set of power-down protection function, its main research work are as follows:
Subject objectives are established based on the research background, research and analysis at this stage of the power-down protection implementation plan, determines the main content of this research project, and does the overall design of the WEDM system.
In the functional design of the WEDM system host computer, it include the interpolation calculation module, and lower the machine's serial communications interface module and power-down protection module.
The hardware circuit and software programming in the lower machine, needs for the expansion of off-chip memory, the detection power down immediately notify the lower machine to enter the interrupt, receive interpolation pulse data in real-time storage, transfer date on-chip RAM at the power down time, and then re-power on, verify the accuracy of the data requested by the host computer, recovery the breakpoint information.
By the request of the stepper motor control, its speed and steering control for the overall design, the driver chips to improve the drive pulse signal design the hardware circuit, completed a motor-driven programming using C language.
引文
[1]曹凤国.电火花加工技术[M].北京：化学工业出版社,2004.8.
[2]刘晋春,赵家齐,赵万生.特种加工[M].北京：机械工业出版社,2007.
[3]于旭亮.低速走丝电火花线切割机床运动控制机理的研究[D].南京航空航天大学,2006.
[4]赵万生,刘晋春.电火花加工技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2000.
[5]沈川.开放式电火花线切割自动编程系统的研究与开发[D].南昌大学.
[6]李晨光.快走丝线切割状态监测与辅助控制系统的研究与开发[D].山东大学,2009.
[7]朱宁,叶军,韩福柱等.电火花线切割加工技术及其发展动向[J].第13届全国特种加工学术会议论文集.
[8]魏为.提高高速往复走丝电火花线切割加工精度及稳定性试验研究[D].南京航空航天大学,2011.
[9]王振兴.高低双速走丝电火花线切割工艺研究[D].南京航空航天大学,2010.
[10]陈德忠.低速走丝电火花线切割机床简述[J].电气制造,2006,(10)：47-49.
[11]A SJ, L RJ, A H. On the influence of cutting speed limitation on the accuracy of wire-EDM corner-cutting[J]. Journal of Materials Processing Technology,2007,182.
[12]T M, T Y, H Y. Study on machining accuracy in WEDM, part Ⅰ—improvement of machining accuracy of corner parts in rough-cutting(in Japanese)[J]. Journal of Japan Society of Electrical-Machining Engineers,1991,49(25):23-32.
[13]饶志敏.单向走丝电火花线切割拐角切割轨迹策略的研究[D].哈尔滨工业大学,2011.
[14]张铭钧,徐建安.基于神经网络的数控线切割加工状态建模技术研究[J].哈尔滨工程大学学报,2003,(05)：534-538+551.
[15]刘志东,刘其荣,袁家斌.高速走丝电火花线切割拐角加工研究[J].电加工,1991,(04)：6-10.
[16]朱宁,许庆平,朱伟根.低速走丝电火花线切割加工工艺研究[J].电加工与模具,2008,3：59-63.
[17]T YM, S LY. Monitoring and self-learning fuzzy control for wire rupture prevention in wire electrical discharge machining[J]. International Journal of Machine Tools&Manufacture, 1996,3(36):339-353.
[18]YAN MT, HUANG CW, FANG CC. Development of a prototype Micro-Wire-EDM machine[J]. Journal of Materials Processing Technology,2004,(149):99-105.
[19]Puri AB, Bhattacharyya B. An Analysis and Optimization of the Geometrical Inaccuracy Due to Wire Lag Phenomenon in WEDM[J]. Machine Tools& Manufacture,2003,43: 151-159.
[20]Dong S, James K. Torque and Current Control of High-Speed Motion Control System with Sinusoidal-PMAC Motors[J]. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics,2002,3(7): 369-377.
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[22]K.P.Rajurkar, W.M.wang. Improvement of EDM Performance with Advanced Monitoring and Control System[J]. Journal of Manufacturing Science and Engineering,1997,(119): 770-775.
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[30]张迎新,杜小平,樊桂花,等.单片机初级教程[M].北京：北京航空航天出版社,1999.
[31]吴云波.智能化的电火花线切割机编程控制系统的研制[D]：中国科学院电工研究所,2001.
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[33]李伟.通用串行总线技术在数字运动控制中的应用研究[D]：山东大学,2007.
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[47]程新明,陈劲松,金素华.利用微处理器监控电路提高单片机系统与掉电保护电路的可靠性[J].工业仪表与自动化装置,2002,(02)：32-34.
[48]邓勇,施文康,刘琪.一种改进的80C31单片机掉电电路[J].测控技术,2001,(04)：59-60.
[49]刘宏刚.具有强抗干扰功能的单片机复位电路[J].电子技术应用,1991,(05)：15.
[50]任葛荣.可编程智能电子锁控制器的设计与实现[D].华南理工大学,2011.
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[52]李杰.一种单片机掉电数据保护的方法[J].电子世界,2003,(09)：32.
[53]戴金琪.五相混合式步进电机系统研究[D]：大连交通大学,2008.
[54]周艳秋.步进电机定位控制技术的研究[D]：大连交通大学,2009.
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[58]刘宝志.步进电机的精确控制方法研究[D].山东大学,2010.
[59]王晓丹.基于单片机的步进电机细分驱动系统的研究[D].中南大学,2008.
[60]章烈剿.基于单片机的高精度步进电机控制研究[D].武汉理工大学,2007.
[61]王海波,吴晓光,李沛等.基于AT89S52单片机步进电机控制系统设计[J].机电产品开发与创新,2009,6(22)：161-]62.
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