论文题目：基于CANopen协议的数控加工系统的设计与实现
摘要：随着中国经济和制造技术的飞速发展,我国的数控产品生产水平不断向国外先进企业看齐。并且随着汽车工业、自动化工业、IT产业的高速发展,市场对数控加工设备的需求也与日俱增,这使得该领域中的挑战和竞争不断显现出来。将嵌入式技术运用到数控加工设备已成为技术发展的必然趋势。如何提高数控加工技术来满足巨大的市场需求,一直都是加工产业不断探寻的一大研究课题。开发运行稳定且加工效率高的数控系统有助于我国数控技术的发展,提高我国在数控领域的国际竞争力。国内的数控加工设备一般采用脉冲加方向信号的方式控制电机运动。在控制电机运行过程中,控制器输出方向信号和脉冲信号必须一一对应,这种电机控制方式容易受到干扰,造成方向与脉冲不同步的现象,影响加工精度。并且由于控制芯片引脚的限制,能够连接的设备数量有限,控制器无法控制较多的电机。使用支持CANopen协议的伺服驱动器配合伺服电机能够很好地解决以上问题。本文在对国内外数控加工设备的发展状况做了详细的调查与研究后,针对水晶饰品研磨加工的特点,设计并开发了基于CANopen协议的的数控研磨加工系统,论文主要工作内容和成果如下:首先,本文分析了系统的功能需求,在对CANopen的基本原理进行深入研究的基础上,本课题利用CANopen协议实现了控制器与伺服驱动器之间的通信,例如加工参数的设置和加工数据的传输。并且设计了多台数控设备与PC通过CANopen协议进行网络化连接,实现PC对多台设备运行状态的监控功能。其次,设计了以STM32F407ZET6芯片为控制核心的嵌入式数控研磨加工系统,介绍了系统的整体设计方案,包括伺服系统的概述以及私服驱动器和私服电机的选型。针对系统的各个功能模块,设计了相关的硬件电路。然后,根据系统的功能需求,设计数控研磨加工系统各个模块的运行程序,以及系统的功能软件,包括CANopen通信协议、PC端监控软件、简洁实用的人机交互界面等,并对系统进行了整体测试。目前该数控研磨加工系统已投入实际生产,运行稳定,加工效果好,满足水晶加工的生产要求。最后,测试了系统的相应功能,对全文内容进行了总结。并针对系统存在的不足之处,本文提出了改进方案。
关键词：数控研磨;CANopen协议;嵌入式系统;电机控制
学科专业：电子与通信工程
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 数控设备研究现状
1.2.2 CANopen协议的国内外应用现状
1.3 水晶研磨加工原理及流程
1.4 主要研究内容和论文结构安排
第2章 CANOPEN协议的设计和应用
2.1 CAN总线概述
2.2 CANOPEN协议概述
2.2.1 CANopen基本原理
2.2.2 对象字典
2.2.3 通信对象
2.2.4 运动控制子协议
2.3 CANOPEN协议通信建立
2.3.1 驱动器参数设置表
2.3.2 CANopen通讯实现
2.4 伺服驱动器参数配置
2.4.1 通讯参数设置
2.4.2 伺服参数设置
2.5 CANOPEN总线同步控制
2.6 多台设备监控
2.7 本章小结
第3章 数控系统硬件设计
3.1
3.1.1 系统设计需求分析
3.1.2 系统的整体方案
3.1.3 研磨加工设备的机械架构
3.2 伺服系统
3.2.1 伺服系统组成以及特点
3.2.2 伺服系统的分类
3.2.3 伺服驱动器与伺服电机的选择
3.3 系统硬件设计
3.3.1 控制器整体结构
3.3.2 主控芯片
3.3.3 电源模块
3.3.4 EEPROM存储器模块
3.3.5 CAN通信模块
3.3.6 RS-85串口通信模块
3.3.7 USB通信模块
3.3.8 JTAG调试模块
3.3.9 人机交互模块
3.4 本章小结
第4章 系统的软件设计
4.1 主程序设计
4.2 CANOPEN协议程序设计
4.3 研磨加工程序设计
4.4 数据存储模块设计
4.5 RS-485串口通信模块设计
4.6 人机交互模块设计
4.7 加工状态监控软件的设计
4.8 本章小结
第5章 系统测试
5.1 人机交互界面测试
5.2 PC与控制板通信测试
5.3 加工样品测试分析
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 课题展望
致谢
参考文献