论文总字数：19493字

摘 要

首先，本文对国内外相应的数控雕刻机控制技术的现状和发展进行了分析和总结。然后，以低成本的硬件结构和软件算法，以改善和优化设计的组合，对控制算法的数控雕刻机进行了调整,得到适合用在低成本硬件上的数字积分法——直线算法，以较低的硬件成本对加速和减速控制方法进行了算法创新。在硬件设计中，加入到双处理器PC机与单片机，它的PC运行Windows XP操作系统，应用程序和大量的数据算法的处理，包括分析和标准形式的指令的应用说明与单片机的通信命令生成。单片机主要用于与PC命令的解析和控制脉冲进行通信。单片机与PC的通讯，采用串行工作。本文详细说明各功能模块的控制器的硬件原理图，并对插补算法及加减速控制算法进行了创新。

在本文中，硬件和软件架构设计的数控雕刻机控制卡不仅简单，成本低，体积小，可以很容易地密封包装，从而提高了系统的可靠性和灵活性，从而使产品容易维护和升级，而在一个封闭的环境中，可以有效降低电磁干扰和车间环境的干扰。通过样机的现场测试，功能和性能已经实现了所需的设计要求。

关键词: 数控雕刻机 插补算法 加减速控制 低成本

Abstract

First, the domestic and the corresponding status and development of CNC engraving machine control technology were analyzed and summarized. Then, CNC engraving machine control algorithm has been adjusted to a low-cost hardware and software algorithms to improve and optimize the design of the portfolio, suitable for use in low-cost hardware to get digital integration method based on - linear algorithms, lower acceleration hardware cost algorithm design and innovative method for the deceleration control. In hardware design, added to a dual-processor PC and SCM, its PC running Windows XP operating system, applications, and interfaces algorithm processing large amounts of data, including analysis and standard forms of single-chip PC architecture application notes and SCM communication command generation. SCM is mainly used for parsing command and control pulses PC communication. Communication with the MCU PC using a serial work. In this paper, a detailed description of each functional module controller hardware schematics, and interpolation algorithm and the acceleration and deceleration control algorithm innovation, a brief description of the design.

In this paper, the hardware and software architecture design CNC engraving machine control card is not only simple, low cost, small size, can be easily sealed package, thereby improving the reliability and flexibility of the system, so that the product is easy to maintain and upgrade, In a closed environment, you can effectively reduce the interference of electromagnetic interference and workshop environment. Through field testing prototypes, function and performance of the system in order to achieve the desired design requirements.

Keywords: CNC engraving machine; Interpolation algorithm; Acceleration anddeceleration control; Low cost

目 录

摘　要 I

Abstract II

第一章 绪论 5

1.1 数控雕刻机概述 5

1.2 研究雕刻机的目的和意义 5

1.3 国内外数控雕刻机发展现状和发展趋势 6

1.4本文的研究内容 7

第二章 数控雕刻机基本工作原理 5

2.1 概述 5

2.2 数控雕刻机的工作过程 5

2.3 数控雕刻机的基本控制要求 5

2.4数控雕刻系统总体方案设计 6

2.4.1系统体系结构数控雕刻机 6

2.4.2雕刻机系统开发过程 7

第三章 数控雕刻系统关键技术研究 10

3.1 插补算法 10

3.1.1 插补算法分类 10

3.1.2 逐点比较法 10

3.1.3 逐点比较法的直线插补原理 11

3.1.4 逐点比较法的直线插补实现 11

3.2 加减速控制 13

3.2.1 加减速控制思想和方法 13

3.2.2 加减速控制算法实现 14

3.3 三轴联动 15

第四章 雕刻机系统硬件结构 17

4.1 雕刻机系统架构比较 17

4.1.1 基于嵌入式的ARM架构 17

4.1.2 基于PLC的架构 17

4.1.3 基于单片机加上位机的架构 18

4.2 低成本数控雕刻机系统整体架构 18

4.3 下位机系统架构 19

第五章 雕刻机系统软件平台设计与开发 21

5.1 雕刻机系统软件 21

5.2 上位机软件系统 21

5.3 下位机软件系统 22

总结与展望 25

参考文献 27

致 谢 29

第一章 绪论

1.1 数控雕刻机概述

数控雕刻机是数控和雕刻技术相结合的产物，是一种专用数控机床。数控机床由NC程序代码控制，以实现雕刻过程的自动化。和传统的手工雕刻、仿形雕刻相比，数控雕刻具有高效率，高精度，高产量，对零件的适应性强等显著优点;而雕刻专用的CAD / CAM软件系统，过程控制生成过程速度快，易于修改。因此，数控雕刻机雕刻过程自动化已成为实现高效率，高精度的有效手段，也是当代主流的雕刻机，广泛用于工业机械，广告媒体，以及日常建筑和装饰的许多领域。

根据数控雕刻机的研究和应用的不同可分为多种类型：模具雕刻机，木工雕刻机，广告雕刻机，激光雕刻机。他们的机床和数控系统要求不同从而处理性能的要求也有所不同。加工的材料，如金属模具雕刻机，要求机床主体拥有更高​​的刚性，并且其目的在于模具加工，所以需要加工精度高的系统;而广告是一般加工塑料或有机玻璃板等贵金属材质，所以该机的刚性和精密加工系统的要求不是很高。但是，所有类型都有一个共同的特点，也是一般的数控机床与数控雕刻机的一个显著的差异就是由于雕刻刀的特殊性，有效地成形面积小，雕刻刀具运动轨迹长，加工时间往往较长。因此，提高雕刻机刀具运动速度对提高加工效率具有特别重要的意义。

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