国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志
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计算机数字控制(CNC)技术的最新进展使得产品的制造具有高质量标准。由于CNC程序由一系列类似汇编程序的指令组成，因此提出了一些高级语言，如PYTHON，以提高编程抽象级别。在工业中，手工制造日常用品既低效又无利可图。在数控机床上，一天可以制造数百甚至数千件相同的物品。开放式数控系统是标准化的，允许第三方开发新的硬件和软件，以满足其要求。开放式数控系统具有在该标准的部件级别上集成其他部件的能力，并且还可以在部件之间共享数据。开放式数控系统在硬件和软件上都是灵活的，因此它不仅允许硬件改变其基本配置，而且允许软件在所有级别的控制上进行更改。这些功能将允许我们处理无限的数据结构，将启发式应用于CNC程序，以优化它们。
关键字 |
| 采购产品计算机数字控制，开放软件，微控制器，驱动器。 |
我的介绍。 |
| 数控(NC)是指由存储介质上编码的抽象编程命令操作的机床的自动化，而不是通过手轮或杠杆手动控制，或仅通过凸轮机械自动化。第一台数控机床是在20世纪40年代和50年代建造的，基于现有的工具，这些工具经过电机的改进，使控制装置跟随穿孔胶带上输入系统的点移动。这些早期的伺服机构被模拟和数字计算机迅速增强，创造了现代计算机数控(CNC)机床，彻底改变了加工工艺。 |
| 在现代数控系统中，使用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)程序，端到端组件设计是高度自动化的。这些程序生成一个计算机文件，该文件通过后置处理器被解释为提取操作特定机器所需的命令，然后加载到CNC机器中进行生产。由于任何特定的部件都可能需要使用许多不同的工具——钻头、锯子等，现代机器通常将多种工具组合成一个“单元”。在其他情况下，许多不同的机器使用外部控制器和人类或机器人操作员将组件从一台机器移动到另一台机器。无论哪种情况，生产任何零件所需的一系列复杂步骤都是高度自动化的，并生产出与原始CAD设计紧密匹配的零件。 |
| 现代数控铣床与麻省理工学院1952年建造的原始模型在概念上差别不大。铣床通常由在X轴和Y轴上移动的工作台和在Z轴(深度)上移动的工具主轴组成。工具的位置由电机通过一系列降压齿轮驱动，以提供高精度的运动，或者在现代设计中，直接驱动步进电机或伺服电机。只要力保持得足够小，速度不太大，开环控制就能工作。在商业金属加工机器上，闭环控制是标准的，为了提供所需的精度，速度和可重复性。 |
| 随着控制器硬件的发展，轧机本身也在发展。一个变化是将整个机构封闭在一个大盒子里作为安全措施，通常带有额外的安全联锁，以确保操作人员距离工件足够远以安全操作。现在大多数新的CNC系统都是完全电子控制的。类似cnc的系统现在被用于任何可以被描述为一系列运动和操作的过程。这些包括激光切割、焊接、搅拌摩擦焊、超声波焊接、火焰和等离子切割、弯曲、纺丝、钉扎、粘合、织物切割、缝纫、胶带和纤维放置、布线、采摘和放置(PnP)以及锯切。 |
2开放体系结构的主要研究活动 |
| 国际上关于开放体系结构的主要活动主要集中在三个系统上，即开放模块化体系结构控制器(OMAC)、用于自动化系统控制的开放系统体系结构(OSACA)和用于控制器的开放系统环境(OSEC)。所有这些架构都集成了几个不同制造商的设备，并以较低的成本提供控制解决方案，同时保持几乎相同的性能。不幸的是，不可能以目前的形式把这三个制度整合成一个统一的、全世界都能接受的形式。 |
3开放软件工具 |
| 开放源码软件(OSS)是一种计算机软件，其源代码可用，并获得开放源码许可证，其中版权所有者提供了为任何目的免费向任何人研究、更改和发布软件的权利。开源软件通常是以一种公开的、协作的方式开发的。 |
| 开放软件支持许多优点，如免费分发，开放源代码，真实性得到确认，因为源代码是开放的，用户可以验证，可以根据需要添加到开放源代码的新功能和改进。开放软件有一些缺点，比如不容易使用，应用程序的可用性，硬件不兼容。 |
四、拟议系统 |
| 本文提出了一个具有开放组件的系统。桌面PC用于运行所需的所有软件。嵌入式控制单元通过RS232串行通信与PC机连接。控制单元通过驱动器连接到电机上。 |
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五、框图描述 |
| A.桌面PC机 |
| a) Ubuntu linux |
| Ubuntu是一个基于Debian Linux发行版的计算机操作系统，作为免费和开源软件发布，使用自己的桌面环境。Ubuntu由许多软件包组成，其中大部分是在自由软件许可下发布的。所使用的主要许可证是GNU通用公共许可证(GNU GPL)，它与GNU较小通用公共许可证(GNU LGPL)一起明确声明用户可以自由地运行、复制、分发、研究、更改、开发和改进软件。 |
| B) LibreCAD |
| LibreCAD是一个免费的用于2D设计的计算机辅助设计(CAD)应用程序。它可以在GNU/Linux、Mac OS X、Unix和微软Windows操作系统上运行。 |
| c) DXF2GCODE |
| 它的软件转换AutoCAD绘制的图像文件到g代码。此程序是用Python编写的，并在GNU许可证下发布。该程序将2D“dxf”图纸转换为数控机床兼容的G-Code。 |
| d) g码和m码 |
| g码被称为周期码。它们是指机床的X轴、Y轴和/或Z轴上发生的一些动作。M或其他代码用于打开或关闭控制某些机床操作的不同功能。 |
| PYTHON e) |
| 一种具有强大类型和面向对象特性的编程语言。高度可扩展，适用于大型项目以及小型项目。Python是一种编程语言，它可以让用户更快地工作，更有效地集成系统，并立即提高工作效率和降低维护成本。Python可以在Windows、Linux/Unix、Mac OS X上运行，并已移植到Java和. net虚拟机。Python是免费使用的，即使对于商业产品也是如此，因为它有osi批准的开源许可证。 |
| f) ERIC PYTHON IDE |
| Eric是一个全功能的Python和Ruby编辑器和IDE，用Python编写。拥有无限数量的编辑器，源代码自动完成功能，错误突出显示和高级搜索功能，包括项目范围内的搜索和替换。 |
| g) pySerial |
| pySerial是Linux下的Python串口扩展。它支持不同的字节大小，停止位，奇偶校验和流量控制。它的工作有或没有接收超时。 |
| B.控制单元 |
| 一)电平位移器 |
| 电平转换器芯片采用MAX232。该芯片将RS232信号电压电平转换为TTL电压电平并进行转换，因此需要在PC机与基于单片机的控制系统之间建立通信。RS232串口协议(v.24)规定-15v表示二进制1，+15v表示二进制0。对于TTL通信，这是不兼容的，因为TTL用0v表示二进制0，用+5v表示二进制1。MAX232芯片将串行信号电压电平转换为TTL标准，反之亦然。因此，它有一个驱动程序和一个接收器来执行这个功能 |
| b)单片机 |
| 我们使用的单片机是PIC 16F877A。16F877A采用MPLAB高级语言编程。电机运动由软件校准，高精度操作。 |
| c)马达驱动器 |
| uln2803是八进制高电压，大电流达林顿晶体管阵列。该系列阵列中的8个NPN Darlington连接晶体管非常适合用于低逻辑级数字电路(如TTL, CMOS或PMOS/NMOS)与灯具，继电器，打印机锤或其他类似负载之间的接口，用于广泛的计算机，工业和消费应用。 |
| C.电路图 |
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| 用开环控制对系统进行了测试。电机的旋转运动进行校准，并根据CAD设计获得所需的运动。该系统缺乏闭环控制。作为对系统的进一步修改，可以通过将编码器连接到电机来校准电机运动。闭环控制为数控系统的运行带来了高精度的控制。通过开发的图形用户界面手动输入x,y,z值来控制电机的旋转和相应的直线运动。该设备可提供数控机床的jog等操作。 |
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7结论 |
| 通过使用CNC控制器，产品质量显著提高，同时提供了很高的灵活性。它提高了生产率，缩短了交货时间。该生产在本质上是经济的，减少了产生的废料量。从传统机床到数控机床，再到计算机数控加工中心的转变，使今天的制造业世界与半个世纪前有了巨大的不同。现代数控系统的一些重要特征是使用自动工具处理设施，实时反馈功能，当然还有多轴配置，允许在一台机床上执行不同的加工操作。 |
参考文献 |
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