基于LPC1752的數控小孔機電加工控制系統

(四川城市職業學院 四川 成都 610000)

一、引言

隨著科學技術的迅猛發展，人們的生活方式發生著巨大的改變。數控技術是一種現代的高新產業技術，它的出現不僅方便了廣大用戶對生產任務的處理，提高了工作的效率，而且提高了生產加工的質量，這給人們帶來了很大的方便。數控小孔機作為一種經濟而基礎的數控設備，有利于學生進行研究學習，了解基礎的數控系統。本文就此對基于LPC1752的數字小孔機電加工控制系統進行研究。

二、數控小孔機電加工系統的發展背景和現狀

(一)背景

由于現代科學設備的需要，對零件的精度和質量有了新的要求。普通的手動加工機床誤差過大、生產效率低、難于管理，已經無法滿足企業生產要求。因此，由計算機控制的數控機床應運而生。數控機床即通過計算機設定加工參數，輸出控制信號驅動控制電機運行相應的距離達到加工目的。為了提高精度，大部分數控機床都通過各種傳感器監控加工狀態來調節控制參數，形成穩定的閉環控制。

數控機床的出現使得生產效率大大提高，加工精度質量都有了新的突破，而且提高了生產的穩定性和可控性，由于都使用計算機控制，各個機床功能齊全，使得生產更為簡便，節省了人力物力，提高了企業經濟效益。

本次研究的數控小孔機也屬于數控機床的范疇，其用途是通過電加工的方式，在工件表面進行打孔加工。相較于一般的機械打孔機，電加工小孔機所能加工的孔徑更小，深徑比更大。而對于同樣采用電加工的線切割機，小孔機由于只是進行微小孔加工，所以加工效率上要更高。

所謂的電加工即通過放電現象來加工金屬工件的技術，它是由前蘇聯的一對科學家夫婦開創和發明的。他們在研究開關器件時，發現開關器件在分斷過程中會產生較大的電弧放電，而電弧放電產生的局部高溫會使開關觸頭部分的金屬氧化熔解。因此，只要將放電狀態控制在一個合理可控的范圍內，便可使用電火花來加工金屬工件。電加工的原理便是，電極向工件靠近產生放電，放電產生的高溫來將工件表面的金屬蝕除。

(二)現狀

如今，數控小孔機技術飛速發展，加工精度越來越高，加工速度越來越快，自動化和智能化程度越來越高，用戶操作更加簡便。而在控制系統方面，嵌入式控制系統在數控小孔機中應用廣泛，出現了由普通的51單片機、ARM芯片、PLC、工控機等為核心的多種嵌入式控制系統。但是，與機械加工方式不同，電加工系統隨機因素更多，控制系統更復雜。電加工是通過電極和工件相互靠近產生放電，從而使工件表面的金屬蝕除來達到加工目的。而在實際的操作過程中，電極的放電狀態難以掌控，在控制時不能像機械加工那樣實現全閉環控制。而且加工加工過程中還存在電極損耗，廢渣不能及時去除等一系列隨機性問題，這使得小孔機電加工控制系統的設計更為艱難。

三、LPC1752的基本結構和使用優點

LPC1752含有3條AHB-Lite總線，分別為系統總線、指令總線和數據總線。總線均通過AHB矩陣與外設相連，允許同時操作不同的設備。

LPC1752使用多層AHB矩陣靈活的將各種處理器總線連接到外設，如圖中，多層AHB矩陣通過兩個AHB到APB橋與兩個不同的APB外設從機組相連。矩陣算法的優點是可以使不同從機端口上的數據同時被不同主機訪問，提高了MCU效率，減少沖突，能獲得最優性能。

四、基于LPC1752的數控小孔機電加工控制系統總體設計

本次設計的硬件電路需要實現如下功能：

(1)利用PWM控制步進電機；

(2)采集間隙電壓、電流；

(3)利用光柵尺跟蹤電極運動情況；

(4)采用LPC1752作為MCU實現伺服控制。

基于功能要求擬采用如圖1的基本結構，利用LPC1752作為核心芯片，MCU內部儲存控制程序以及輸入輸出模塊，通過計算機數據總線對程序和參數進行燒錄和修改。加工開始信號發出后，MCU輸出PWM波形使步進電機按照設定參數運動，帶動加工電極向工件進給。在加工的同時，通過采集間隙電壓以及光柵尺的數據實現雙閉環控制，實現系統穩定、高效的運行。

圖1 硬件電路框圖

在MCU內部，通過其引腳功能選擇模塊，選擇控制所需的PWM、AD、QEI、SPI等引腳功能，與相應的硬件外設相連接。在MCU中通過程序設計，實現電機的伺服控制(如圖2)。

圖2 控制系統框圖

MCU讀取由采集電路輸入的電壓、電流，經過PID控制算法運算，生成控制參數，再通過PWM功能輸出調節后的脈沖，控制步進電機運動。光柵尺安裝在電極上，控制電極運動的位置、速度信息，從而提高控制加工精度，以及控制加工尺寸。

五、結語

本文基于LPC1752的數字小孔機電加工控制系統進行了研究，控制系統通過采集電極與工件之間放電的間隙電壓、電流，以及電極進給的速度、位移等變量，由MCU進行運算處理，輸出不同頻率的PWM波到步進電機來控制電極的進給速度和進給量，從而使得放電加工能穩定、高效的進行。