基于单片机的PCB钻床控制系统设计 第5页
基于单片机的PCB钻床控制系统设计 第5页
作系统，所有控制系统的源代码差参不齐，任何用户及厂家进行一次定制却是非常复杂的系统工程，这严重制约了本行业的大力发展。
生产厂家对印制板制造工艺了解不够充分
目前，从事印制电路板数控钻床的研制生产厂家，没有较全而印制板制造工程背景，在机床性能和功能的配置上缺乏科学性和前瞻性。
机床和数控技术是制造业的重要瓶颈环节，是一个国家和民族制造业综合能力的综合体现，制定符合中国国情的总体发展战略和发展措施，是我们作为业内人士必须认真而对的一个严肃问题。通过对数控技术及印制电路板产业发展趋势的分析及存在问题的研究，我们认为应以科技创新为先，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，从总体战略和技术路线方而来构架基本发展思路。
1．尽快成立行业技术委员会，整合行业标准，建立开放式的数控平台，制定应用系统的技术规范。运用平台战略，开发我国独立自主的数控软件。
2．全而统筹重点支持，突破对主要功能部件和关键数控技术认识程度，即集中支持，重点突破，带动全线。加强以下内容：伺服拖动技术；高速主轴技术；软件误差补偿技术；传感器技术；精密制造技术;自动侦测技术；网络技术;图像处理技术。
3．体制创新。从国家整体和行业局部来全而整合各方而的力量和资源，充分利用行政手段和市场调节相结合的方式来实施。
4．健全科技创新体系，解决核心技术和关键功能部件自成配套体系，全而增强国际核心竞争力。
在机床台面方面：为了使机床有足够的稳定性、刚性，避免振动许多厂商都采用大理石作为床身的材料，某些日本的厂商采用钢材做床身，由于钢材在不同的温度下的变形比大理石大，不稳定，厂商会在软件中采用补偿来消除变形造成的精度损失。目前大多数进口高档机床采用都是天然大理石、人造大理石或花岗岩作为床身，而国内的产品以铸铁床身为主。
在主轴的转速和稳定性方面：目前采用的转轴有两种，一种为滚动轴承转速最高8万转，另一种为空气轴承转速最高可达12万转。高的主轴转速可以提高钻孔的效率，但对主轴的散热、除尘和钻头的质量有较高要求。主轴的转速根据不同的孔径和基板材料可以自动调节，一般采用变频器提供12-16级调速。
在台面的定位精度和重复定位精度方面：定位精度和重复定位精度是PCB钻床的关键指标，一般进口机床达到
在X、Y、Z轴的进给速率方面：进给速率目前一般的用丝杠步进电机，速度为
在台面的移动及固定装置方面：台面的移动承载主要以导轨为主，也有以气浮作为台面移动的承载。台面固定线路板的装置一般为气动夹头，该夹头设计对以后设备的更换有重要影响，一般要求不易磨损，因该处磨损时设备中磨损最严重的地方之一。一旦磨损更换及调试要简便，包括对于机床定位精度的调试。目前有许多国外厂商提供自动装夹装置。
在刀具管理系统方面：目前机床刀具较少有的只有8个刀具夹，中低档的机床不具备自动换刀功能。
在操作系统方面：目前国内的中低档PCB钻床一般采用DOS操作系统，采用单片机控制步进电机的形式。进口的许多机床己采用通用的Windows NT操作系统，提供比较友好的人机界面。
在驱动系统方面：大部分PCB钻床采用工控机加运动控制卡。这样无形加大了PCB钻床的成本。
1.4本文的主要任务
采用常规数控系统或者运动控制器加工控机开发PCB钻床的控制系统成本高，而嵌入式系统构建的控制系统相对而言成本低，但功能并没有随着成本降低而降低。故而，本课题基于嵌入式系统来开发数控系统。
鉴于上述的状况和市场需要，本设计的指标如下:
1．基于ARM来构建数控系统。
2．三坐标四伺服轴(其中为双Z轴，即主轴进给要求双驱动轴同步进给以提高生产效率（如图1-1所示)）。
3．钻孔频率300次/分钟；丝杠螺距
4．主轴采用气浮轴承，最高转速125000转/分钟，16级速度调节，由四路开关量控制。
5．采用交流伺服电机。
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图1-1 机床整体结构
根据设计指标本文将要完成的任务有：
1．查阅相关资料，了解PCB数控钻床控制系统的发展，目前采用的方法以及优缺点。在此基础上，设计了基于32位单片机（ARM）的PCB钻床控制系统方案，微处理器选用的是S
2．PCB钻床控制系统的硬件设计，其中包括对电源电路设计、系统复位电路设计、晶振电路设计、存储系统设计、JTAG接口电路、串口通信的硬件设计、键盘、LCD及交流伺服电机控制电路设计；
3．PCB钻床控制系统的软件设计，包括键盘的软件设计、串口程序设计、LCD模块程序设计、电机控制功能的实现。
2.1 微处理器的选型
本PCB钻床控制系统的核心硬件采用嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般具备
以下4个特点:
1．对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。
2．具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。
3．可扩展的处理器结构，以能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。
4．嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，需要功耗只有mW甚至μW级。
目前，各种4,8,16和32位的处理器在嵌入式系统中都有广泛应用。据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种己有上千种之多。根据其发展现状，嵌入式处理器可以分成下面几类：
1．嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit,EMPU)
嵌入式微处理器采用“增强型”通用微处理器。由于嵌入式系统通常应用于环境比较恶劣的环境中，因而嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面的要求较通用的标准微处理器高。根据实际嵌入式应用要求，将嵌入式微处理器装配在专门设计的主板上，只保留和嵌入式应用有关的主板功能，这样可以大幅度减小系统的体积和功耗。和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器组成的系统具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但在其电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。由嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路主板上构成一个通常所说的单板机系统，嵌入式处理器目前主要有Am186/88,386EX,SC-400,Power PC,68000,MIPS,ARM系列等。
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