當(dāng)前位置:首頁 > 單片機(jī) > 單片機(jī)
[導(dǎo)讀] 隨著藝術(shù)模型、機(jī)械加工、工裝模具等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,對(duì)加工設(shè)備提出的要求越來越高,雕刻機(jī)作為上述產(chǎn)業(yè)的重要組成部分也發(fā)生了快速的發(fā)展。 目前,傳統(tǒng)雕刻機(jī)體積大、操作復(fù)雜、售價(jià)高。不僅需要專

隨著藝術(shù)模型、機(jī)械加工、工裝模具等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,對(duì)加工設(shè)備提出的要求越來越高,雕刻機(jī)作為上述產(chǎn)業(yè)的重要組成部分也發(fā)生了快速的發(fā)展。

目前,傳統(tǒng)雕刻機(jī)體積大、操作復(fù)雜、售價(jià)高。不僅需要專門的計(jì)算機(jī)搭載專門的軟件,還需要專業(yè)操作人員進(jìn)行控制,而且傳統(tǒng)雕刻機(jī)主要用于批量生產(chǎn),對(duì)于一些雕刻機(jī)愛好者和模具設(shè)計(jì)師想利用雕刻機(jī)雕刻單件自己設(shè)計(jì)的作品,傳統(tǒng)雕刻機(jī)專業(yè)性強(qiáng),費(fèi)用高,不切實(shí)際。此外,一些傳統(tǒng)的雕刻機(jī)使用之前需要人工通過轉(zhuǎn)動(dòng)三軸方向的手輪對(duì)雕刻頭進(jìn)行初步定位,精度、效率低。還有一些高端雕刻機(jī)采用軟件對(duì)雕刻頭初步定位,但是設(shè)備昂貴。

鑒于此,精心設(shè)計(jì)了一種迷你數(shù)控雕刻機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅操作簡(jiǎn)單、方便,而且雕刻頭初步定位精度精確、效率高。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

為滿足該迷你數(shù)控雕刻機(jī)系統(tǒng)能夠在非黑色金屬材料上完成圖案、文字的雕刻加工需求。設(shè)計(jì)了一款以ATmega128單片機(jī)為主控芯片的雕刻機(jī)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器模塊、LCD12864液晶顯示模塊、鍵盤操作板模塊、ATmega128單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、超聲波傳感器、電源、串口通訊模塊等幾部分組成。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,采用了ATMEL公司生產(chǎn)的ATmega128單片機(jī)作為主控芯片。該單片機(jī)屬于AVR系列單片機(jī)中一種,擁有128 kB程序存儲(chǔ)器,自帶產(chǎn)生PWM波模塊,方便對(duì)步進(jìn)電機(jī)、主軸電機(jī)的控制。其中,PC機(jī)用于利用MACH3軟件實(shí)現(xiàn)待加工物G代碼的解釋,實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換,然后通過串口通訊模塊下載到以ATmega128單片機(jī)為主控芯片的控制主板里。由于在雕刻機(jī)工作之前需要對(duì)雕刻頭的初步定位,系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了按鍵操作板,通過對(duì)按鍵操作板上的上下、左右、前后等六個(gè)按鍵的操作即可完成對(duì)雕刻頭的初步定位,提高了加工效率以及節(jié)省材料。系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了LCD12864液晶顯示屏,便于對(duì)雕刻機(jī)在加工時(shí)雕刻頭位置坐標(biāo)以及加工用時(shí)等參數(shù)的觀察。對(duì)三軸上的步進(jìn)電機(jī)的控制,本系統(tǒng)中利用ATmega128單片機(jī)自帶PWM模塊產(chǎn)生的PWM波對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)三軸的步進(jìn)電機(jī)的精確控制。

2 功能模塊選擇

2.1 ATmega128單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊

ATmega128是由ATMEL公司設(shè)計(jì)的一款8位微處理器,具有128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash,53個(gè)可編程的I/O口線,滿足本設(shè)計(jì)中眾多I/O口的需求,無需再擴(kuò)展。此外,該單片機(jī)還擁有六路分辨率可編程的PWM,便于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)。另外還擁有六個(gè)外部中斷端口,可用于防碰撞設(shè)計(jì)。最小系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

2.2 LCD12864液晶顯示模塊

為了觀察雕刻機(jī)在加工時(shí)雕刻頭位置坐標(biāo)以及加工用時(shí)等參數(shù),本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了LCD12864液晶顯示模塊。LCD12864液晶顯示屏可以顯示漢字、大小寫字母、其他各種符號(hào)等,滿足設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)中,利用ATmega128單片機(jī)來控制LCD12864,其中PC口作為并行數(shù)據(jù)口使用,向LCD12864并行串口傳送數(shù)據(jù)。PF口作為控制片選、讀寫、復(fù)位、串并數(shù)據(jù)傳送方式選擇使用。LCD12864液晶顯示模塊如圖3所示。

2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的電磁機(jī)械裝置,是數(shù)控系統(tǒng)常用的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行組件。步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動(dòng)器和控制器才能正常的工作,驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)控制脈沖進(jìn)行環(huán)行分配、功率放大,使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電,控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,使用BL-210作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器,該驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)高頻斬波,恒流驅(qū)動(dòng),具有很強(qiáng)的抗干擾性、高頻性能好、起動(dòng)頻率高、控制信號(hào)與內(nèi)部信號(hào)實(shí)現(xiàn)光電隔離、電流可選、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、可靠性好、噪聲小,可帶動(dòng)1.0 A以下所有的步進(jìn)電機(jī)。此外,細(xì)分?jǐn)?shù)可選(1/2,1/4,1/8),對(duì)應(yīng)的微步距角分別為(0.9°/STEP、0.45°/STEP、0.225°/STEP)。BL-210步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路圖如圖4所示。A+、A-接步進(jìn)電機(jī)A相.B+、B-接步進(jìn)電機(jī)B相。CW-信號(hào)傳,反之發(fā)轉(zhuǎn)。CP-信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)的速度,ATmega128單片機(jī)產(chǎn)生的PWM波從此端口輸入,當(dāng)PWM波頻率高時(shí),步進(jìn)電機(jī)速度較快,反之較慢。CP+、CW+為輸入控制信號(hào)的公共陽端,都接高電平。

2.4 鍵盤操作板模塊

在雕刻加工之前,我們都要對(duì)雕刻機(jī)的雕刻頭進(jìn)行初步定位,使雕刻頭處于一個(gè)理想的初始加工位置,這樣做的主要的目的是為了節(jié)省原材料以及提高加工效率。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,設(shè)計(jì)了上下、左右、前后等6個(gè)按鍵,這6個(gè)按鍵與單片機(jī)的PA口連接。我們通過對(duì)這6個(gè)按鍵的操作即可完成對(duì)三軸步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn),從而完成對(duì)雕刻機(jī)的雕刻頭的初步定位。鍵盤操作板電路圖如圖5所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中,選用AVR Studio作為嵌入式開發(fā)環(huán)境,C作為編寫語言。AVR Studio集成開發(fā)環(huán)境包括了AVR Assembler編譯器、AVR Studio調(diào)試功能、AVRProg串行、并行下載功能和JTAGICE仿真等功能。利用這些功能我們可以在線編輯源代碼,并在AVR器件上運(yùn)行,方便AVR單片機(jī)開發(fā)者進(jìn)行開發(fā)。C語言作為高級(jí)語言的一種,編寫程序效率高,易懂。在編寫程序中,采用模塊化編寫思想,整個(gè)軟件系統(tǒng)由串口通訊模塊、PWM波模塊、LCD12864液晶顯示模塊、鍵盤掃描模塊、超聲波傳感器引起中斷等幾部分組成。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的程序流程圖如圖6所示。



4 防碰撞設(shè)計(jì)

實(shí)踐生產(chǎn)表明,雕刻機(jī)在工作中經(jīng)常會(huì)發(fā)生碰撞事故。造成碰撞的事故原因有很多,例如上位機(jī)產(chǎn)生的G代碼不正確、雕刻頭初步定位時(shí)操作不當(dāng)、參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤等。雕刻機(jī)一旦發(fā)生碰撞,輕則雕刻刀斷裂,重則步進(jìn)電機(jī)燒毀,甚至控制主板損壞。這樣事故的發(fā)生不僅會(huì)造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失,還會(huì)耽誤工作、生產(chǎn)。因此在控制系統(tǒng)中也有必要設(shè)計(jì)一種裝置,避免這樣的碰撞事故的發(fā)生。

為了解決上述問題,在本設(shè)計(jì)中,主要是在每根滾珠絲杠的兩端各安裝了一個(gè)超聲波傳感器。當(dāng)三軸方向上的移動(dòng)平臺(tái)快移動(dòng)到邊緣處,超聲波傳感器將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào),并將這個(gè)信號(hào)傳遞給控制主板,控制主板隨即停止產(chǎn)生脈沖信

號(hào),步進(jìn)電機(jī)停止工作。

5 結(jié)束語

雕刻機(jī)作為一種典型機(jī)電一體化設(shè)備,要求精度高,系統(tǒng)穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)采用了AVR系列產(chǎn)品中的ATmega128作為該系統(tǒng)的主控芯片,性能穩(wěn)定,使用方便。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的按鍵操作板對(duì)雕刻頭進(jìn)行初步定位,方便、高效。經(jīng)通過對(duì)自制的迷你數(shù)控雕刻機(jī)的實(shí)驗(yàn),控制效果穩(wěn)定,滿足設(shè)計(jì)的需求。


本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉