1.ARM做的单片单片数控切割机系统怎么样？
2.数控机床编程

ARM做的数控切割机系统怎么样？

       基于ARM的数控切割控制系统

        ARM（Advanced RISC Machines）既可以理解为一个公司的名字，也可以理解为一类微处理器，机c机程也可以理解为技术名称，源码我们通常所说的序源ARM指的是采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，在国际上，单片单片以其极大的机c机程6源码优势，遍及工业控制、源码消费类电子产品、序源通信系统、单片单片网络系统、机c机程无线系统等各类产品市场；在国内，源码对ARM系统的序源工业应用也有数十家，然而对ARM系统应用资历较深，单片单片硬件较为稳定的机c机程厂家则不多，较多的源码情况是在具有一定的系列单片机硬件的基础上，只是将处理器换作ARM处理器，稍作改动即可，这样根本没有发挥ARM处理的其独有的优势功能 。这样表面上看，也是采用的ARM系统，然而，性能却和单片机无异。

        在切割机行业中，国内诸多切割控制系统的主板，通常有三种：①单片机（系列，AVR等系列）；②ARM系列；③X系列（既工控主板）。单片机系统，对于简单的控制甚为方便，然而对于切割控制系统来说显然力不从心，无论是从速度，支持的外设，存储等方面都无法满足要求；X系列的工控机在价格、散热、机械稳定性能上，或受病毒干扰等原因，对于有数据安全性要求的实时嵌入式系统来说，都不是理想的配置，为了便于理解，这里做一些比较。

       ARM主板和单片机主板比较

        我们通常所说的单片机主板指的是系列、AVR系列等其他的控制和指令相对简单的控制系统，因其寻址能力、内存、I/O口数、运行速度、指令模式，、网络、声音、图像处理，外设配套繁多等固有的缺点，决定了其只能应用在相对简单控制领域。在国内，做的比较成熟的是简单计数器，单轴控制系统，遥控器，电子锁，LED霓虹灯显示等等简单控制行业，然而如果是应用于工业控制，CNC系统，切割控制系统，饥饿营销源码国内虽然有公司应用过，但是由于产品性能存在的技术瓶颈，目前已经在市场上所淘汰。

       ARM主板和X主板的优缺点比较

        ARM主板相对于X主板的优点：

       功耗：

        这是ARM主板最大的优点之一，一般的VIA的X主板，功耗都在W左右或者以上，而ARM主板的功耗极低，EICB系列主板功耗整体也只有1W左右，因此具有着可靠的运行稳定性。

       发热：

        由于ARM主板极低的功耗，因此ARM主板工作温度一般是常温，可以一直常年累月开机在线工作，常温下工作时不会出现高温死机等问题。而X主板由于CPU的高主频所产生较高的热量，且必须配备风扇，而风扇容易磨损，寿命有限，不适合长期工作，否则主板产生的温度会让主板整体性能寿命降低，特别是在夏季或热带地区，则容易出现死机现象，这对X系统是一个严重的挑战。且在热切割行业，因为工艺过程的原因，对控制系统的散热要求较高，ARM系统应用在切割行业的优势就凸显出来了。

       环境温度：

        ARM主板一般都是工业极，受环境影响较小，最低温度可以在-摄氏度左右，这在北方严寒的冬季等环境下，使切割控制系统照样工作而生产不受影响；最高温度可以在摄氏度左右 ，因此在热带，环境温度相对较高的环境下工作也会相安无事，而X主板对环境温度适应范围相对要小。

       硬件结构的稳定性：

        ARM主板所有芯片都采取了贴片方式，包括主处理器芯片以及内存条芯片，因此在周围环境震动情况下不会松动。而工控机一般采用运动控制卡插拔在X系列主板上的直插方式，以及内存条和DOM盘等，因此设备使用时间长久，或者受到较大振动时，就会容易出现松动情况从而影响系统正常运行。

       数据安全性：

        ARM主板都采用高度集成方式，数据一般都放在Flash内部，采用二进制格式，外部无法直接拷贝内部数据。目前ARM主板的系统都是WinCE系统、Linux系统或者其他非WINDOWS系统，不会受病毒感染，客户无须担心病毒感染而导致数据泄漏或文件破坏，尤其是一些对于数据安全性要求很高的场所， ARM主板非常适合。而X由于都是Windows XP、、DOS等常用系统，而且采用了DOM盘或者硬盘，因此数据容易被病毒感染。

       开机时间：

        ARM主板的开机速度非常快，一般只有几秒就可以了，应用剩余电荷的源码文件搜索时间存储数据，因此可以直接开关机，切割控制系统的参数等数据都不会丢失，无需增加不间断电源等设备；而X需要开机一段时间，Windows系统才会起来，非法关机等操作都会导致数据丢失。另外开关机时间是嵌入式系统的要求，工控机无法达到这种要求。

       性能：

        目前来看，ARM主板的性能已经越来越接近X主板，从视频多媒体、数据通信等几个方面，基本和X类似，在工业稳定性上则超过了它。

       工作时间：

        ARM主板不受时间限制，可以一直开机工作，无须人员去维护，而且在掉电情况下，只要来电就会自动启动，无须人员去开机或者关机，此点在某些特许行业有着十分重要的意义。而X主板却要人员维护，而且不能长期工作。

       灵活性：

        ARM控制系统的生产厂家可以根据行业用户的需要来进行灵活配置，比如logo，内存大小，系统驱动程序裁减，周围芯片的裁减，系统软件的加载，可以连接市场上常用的工业显示器，其他外设等等，无论软硬件都是非常灵活。

       性价比：

        由于研发厂家可以对ARM处理器的硬件进行灵活配置，而且部分ARM主板已经包含了内存和存储介质，无须外部购买存储配件，这样大大降低了ARM主板的开发成本和制造成本，因此整体系统成本比X价格要低很多。因此我们看到功能相同的基于工控机的切割控制系统无论在国内还是在国外其价格都比ARM系统价格甚至高几倍。

       ARM主板对于X的缺点：

       使用平台：

        目前ARM主板都是采用了Windows CE系统、Linux系统或者其他，而非基于WINDOWS系统，因此对于研发厂家来说，原先采用了X的平台，目前要调整到ARM上来，必须对软件平台进行重新编译和调整，而且还要熟悉一下ARM的嵌入式平台工作机制，这里如果不进行较长时间的硬件调试和软件底层的调整，很难使系统达到非常稳定的性能，对于原来采用单片机系统来说，则等于重新开发一整套系统。

       技术支持：

        目前国内做ARM控制系统的厂家不多，因此技术支持和维护方面没有象VIA等厂商那么强大。有些产品需要国外的的技术支持，沿海城市由于经济发展的结构性，电子行业比较发达，使其维护成本和方便性有优势。不过随着时间的推移，国内的ARM主板的技术支持必定会跟上去。

       处理速度：

        目前ARM数据处理速度比Pentium以后系列慢，不过在切割控制行业，目前ARM的大白补丁源码数据处理速度完全可以达到实际要求。

        总结：如果从性能、功耗、安全性、成本等各个方面综合考虑的话，嵌入式ARM主板应用于数控切割控制系统具有极高的性价比，并且由于ARM主板的物美价廉以及目前ARM系统在市场上的成功应用和推广， ARM系统在切割机数控系统毕将会趋于主导地位。

       深圳市众为兴数控技术有限公司

数控机床编程

       数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥 了良好的经济效果。

       “CNC”是英文Computerized Numerical Control（计算机数字化控制）的缩写。数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。

       这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。数控机床与普通机床加工零件的区别在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件。

       由于数控机床要按照程序来加工零件，编程人员编制好程序以后，输入到数控装置中来指挥机床工作。程序的输入是通过控制介质来的。

       数控车程序可以分成程序开始、程序内容和程序结束三部分内容。

       第一部分 程序开始部分

       主要定义程序号，调出零件加工坐标系、加工刀具，启动主轴、打开冷却液等方面的内容。

       数控程序

       主轴最高转速限制定义G S，真值等于源码设置主轴的最高转速为RPM，对于数控车床来说，这是一个非常重要的指令。

       坐标系定义如不作特殊指明，数控系统默认G坐标系。

       返回参考点指令G U0，为避免换刀过程中，发生刀架与工件或夹具之间的碰撞或干涉，一个有效的方法是机床先回到X轴方向的机床参考点，并离开主轴一段安全距离。

       刀具定义G0 T M8，自动调8号左偏刀8号刀补，开启冷却液。

       主轴转速定义G S M4，恒定线速度S功能定义，S功能使数控车床的主轴转速指令功能，有两种表达方式，一种是以r/min或rpm作为计量单位。另一种是以m/min为计量单位。数控车床的S代码必须与G或G配合使用才能设置主轴转速或切削速度。

       G：转速指令，定义和设置每分钟的转速。

       G：恒线速度指令，使工件上任何位置上的切削速度都是一样的。

       第二部分 程序内容部分

       程序内容是整个程序的主要部分，由多个程序段组成。每个程序段由若干个字组成，每个字又由地址码和若干个数字组成。常见的为G指令和M指令以及各个轴的坐标点组成的程序段，并增加了进给量的功能定义。

       F功能是指进给速度的功能，数控车床进给速度有两种表达方式，一种是每转进给量，即用mm/r单位表示，主要用于车加工的进给。另一种和数控铣床相同采用每分钟进给量，即用mm/min单位表示。主要用于车铣加工中心中铣加工的进给。

       第三部分 程序结尾部分

       在程序结尾，需要刀架返回参考点或机床参考点，为下一次换刀的安全位置，同时进行主轴停止，关掉冷却液，程序选择停止或结束程序等动作。

       回参考点指令GU0为回X轴方向机床参考点，G0 Z.0为回Z轴方向参考点。

       停止指令M为选择停止指令，只有当设备的选择停止开关打开时才有效；M为程序结束指令，执行时，冷却液、进给、主轴全部停止。数控程序和数控设备复位并回到加工前原始状态，为下一次程序运行和数控加工重新开始做准备。

       数控机床程序编制

       一. 数控机床编程的方法

       数控机床程序编制的方法有三种：即手工编程、自动编程和

       加工中心CAD/CAM 。

       1. 手工编程

       由人工完成零件图样分析、工艺处理、数值计算、书写程序清单直到程序的输入和检验。适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件，但是，非常费时，且编制复杂零件时，容易出错。

       2. 自动编程

       使用计算机或程编机，完成零件程序的编制的过程，对于复杂的零件很方便。

       3. CAD/CAM

       利用CAD/CAM软件，实现造型及图象自动编程。最为典型的软件是Master CAM，其可以完成铣削二坐标、三坐标、四坐标和五坐标、车削、线切割的编程，此类软件虽然功能单一，但简单易学，价格较低。

       二.数控机床程序编制的内容和步骤

       1. 数控机床编程的主要内容

       分析零件图样、确定加工工艺过程、进行数学处理、编写程序清单、制作控制介质、进行程序检查、输入程序以及工件试切。

       2. 数控机床的步骤

       1) 分析零件图样和工艺处理

       根据图样对零件的几何形状尺寸，技术要求进行分析，明确加工的内容及要求，决定加工方案、确定加工顺序、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。

       同时还应发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力，正确选择对刀点，切入方式，尽量减少诸如换刀、转位等辅助时间。

       2) 数学处理

       编程前，根据零件的几何特征，先建立一个工件坐标系，

       数控系统的功能根据零件图纸的要求，制定加工路线，在建立的工件坐标系上，首先计算出刀具的运动轨迹。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件），只需计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。

       3) 编写零件程序清单

       加工路线和工艺参数确定以后，根据数控系统规定的指定代码及程序段格式，编写零件程序清单。

       4) 程序输入

       5) 程序校验与首件试切

       三.数控加工程序的结构

       1. 程序的构成：由多个程序段组成。

       O；O（FANUC-O,AB-P,SINUMERIK8M-%）机能指定程序号，每个程序号对应一个加工零件。

       N G X0 Y0；分号表示程序段结束

       N G G X Y；

       ...；可以调用子程序。

       N M；

       N M；

       2. 程序段格式：

       1) 字地址格式：如N G G X Y；

       最常用的格式，现代数控机床都采用它。地址N为程序段号，地址G和数字构成字地址为准备功能，...。

       2) 可变程序段格式：如B B B B；

       使用分割符B各开各个字，若没有数据，分割符不能省去。常见于数控线切割机床，另外，还有3B编程等格式。

       3) 固定顺序程序段格式：如+0；

       比较少见。其中的数据严格按照顺序和长度排列，不得有

       西门子系统控制的机器人误，上面程序段的意思是：N G X+ Y- F S M；

       零件图的数学处理

       零件图的数学处理主要是计算零件加工轨迹的尺寸，即计算零件加工轮廓的基点和节点的坐标，或刀具中心轮廓的基点和节点的坐标，以便编制加工程序。

       一．基点坐标的计算

       一般数控机床只有直线和圆弧插补功能。对于由直线和圆弧组成的平面轮廓，编程时数值计算的主要任务是求各基点的坐标。

       1. 基点的含义　

       构成零件轮廓的不同几何素线的交点或切点称为基点。基点可以直接作为其运动轨迹的起点或终点。

       2. 直接计算的内容

       根据填写加工程序单的要求，基点直接计算的内容有：每条运动轨迹的起点和终点在选定坐标系中的坐标，圆弧运动轨迹的圆心坐标值。

       基点直接计算的方法比较简单，一般可根据零件图样所给的已知条件用人工完成。即依据零件图样上给定的尺寸运用代数、三角、几何或解析几何的有关知识，直接计算出数值。在计算时，要注意小数点后的位数要留够，以保证足够的精度。

       二．节点坐标的计算

       对于一些平面轮廓是非圆方程曲线Y=F（X）组成，如渐开线、阿基米德螺线等，只能用能够加工的直线和圆弧去逼近它们。这时数值计算的任务就是计算节点的坐标。

       1. 节点的定义

       当采用不具备非圆曲线插补功能的数控机床加工非圆曲线轮廓的零件时，在加工程序的编制工作中，常用多个直线段或圆弧去近似代替非圆曲线，这称为拟合处理。拟合线段的交点或切点称为节点。

       2. 节点坐标的计算

       节点坐标的计算难度和工作量都较大，故常通过计算机完成，必要时也可由人工计算,常用的有直线逼近法（等间距法、等步长法、和等误差法）和圆弧逼近法。

       有人用AutoCAD绘图，然后捕获坐标点，在精度允许的范围内，

       发那科数控系统也是一个简易而有效的方法．

       培养目标：

       本专业培养学生从事数控加工、机械产品设计与制造、生产技术管理方面的高等工程技术应用型人才。要求学生能在生产现场从事产品制造、开发工作，或在技术部门从事工艺、管理工作。主要培养学生数控编程、加工及数控车床、数控铣床、数控加工中心及其它数控设备的操作维修、维护方面的理论知识和专业知识。并能获得国家劳动和社会保障部颁发的数控工艺员技术等级证书，车钳工等级证书。

       主干课程设置：　机械制图及计算机绘图，工程力学，机械设计，单片机原理及接口技术，机械制造技术基础，电工电子基础，电气控制技术，数控机床控制技术和系统，数控机床原理及应用，数控机床编程与操作，CAD/CAM技术，机床夹具，数控机床维修技术。AUTOCAD平面绘图,MASTERCAM三维设计,PRO/E实体造型。以及金工实训，车钳工实训，数控车实训 。

       就业情况：

       本专业毕业生主要面向珠三角外资大中型企事业单位及国有企事业单位的操作、销售、工艺、设备维护等部门，主要培养数控机床操作人员、数控编程工艺人员、NC数控编程、数控设备维修人员、数控设备营销人员。此外还能从事CAD/CAM软件应用，数控系统或设备的销售与技术服务工作，数控设备的安装调试及维护，以及车间生产组织与管理等工作.NC数控编程，

       编程技巧

       科学技术的发展，导致产品更新换代的加快和人们需求的多样化，产品的生产也趋向种类多样化、批量中小型化。为适应这一变化，数控（NC）设备在企业中的作用愈来愈大。我校作为国家级重点职校，为顺应时代潮流，重点建设数控专业，选购了BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床。它与普通车床相比，一个显著的优点是：对零件变化的适应性强，更换零件只需改变相应的程序，对刀具进行简单的调整即可做出合格的零件，为节约成本赢得先机。但是，要充分发挥数控机床的作用，不仅要有良好的硬件，（如：优质的刀具、机床的精度等），更重要的是软件：编程，即根据不同的零件的特点，编制合理、高效的加工程序。通过多年的编程实践和教学，我摸索出一些编程技巧。

       数控车床虽然加工柔性比普通车床优越，但单就某一种零件的生产效率而言，与普通车床还存在一定的差距。因此，提高数控车床的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。

       灵活设置参考点

       BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床共有二根轴，即主轴Z和刀具轴X。棒料中心为坐标系原点，各刀接近棒料时，坐标值减小，称之为进刀；反之，坐标值增大，称为退刀。当退到刀具开始时位置时，刀具停止，此位置称为参考点。参考点是编程中一个非常重要的概念，每执行完一次自动循环，刀具都必须返回到这个位置，准备下一次循环。因此，在执行程序前，必须调整刀具及主轴的实际位置与坐标数值保持一致。然而，参考点的实际位置并不是固定不变的，编程人员可以根据零件的直径、所用的刀具的种类、数量调整参考点的位置，缩短刀具的空行程。从而提高效率。

       化零为整法

       在低压电器中，存在大量的短销轴类零件，其长径比大约为2~3，直径多在3mm以下。由于零件几何尺寸较小，普通仪表车床难以装夹，无法保证质量。如果按照常规方法编程，在每一次循环中只加工一个零件，由于轴向尺寸较短，造成机床主轴滑块在床身导轨局部频繁往复，弹簧夹头夹紧机构动作频繁。长时间工作之后，便会造成机床导轨局部过度磨损，影响机床的加工精度，严重的甚至会造成机床报废。而弹簧夹头夹紧机构的频繁动作，则会导致控制电器的损坏。要解决以上问题，必须加大主轴送进长度和弹簧夹头夹紧机构的动作间隔，同时不能降低生产率。由此设想是否可以在一次加工循环中加工数个零件，则主轴送进长度为单件零件长度的数倍 ，甚至可达主轴最大运行距离，而弹簧夹头夹紧机构的动作时间间隔相应延长为原来的数倍。更重要的是，原来单件零件的辅助时间分摊在数个零件上，每个零件的辅助时间大为缩短，从而提高了生产效率。为了实现这一设想，我电脑到电脑程序设计中主程序和子程序的概念，如果将涉及零件几何尺寸的命令字段放在一个子程序中，而将有关机床控制的命令字段及切断零件的命令字段放在主程序中，每加工一个零件时，由主程序通过调用子程序命令调用一次子程序，加工完成后，跳转回主程序。需要加工几个零件便调用几次子程序，十分有利于增减每次循环加工零件的数目。通过这种方式编制的加工程序也比较简洁明了，便于修改、维护。值得注意的是，由于子程序的各项参数在每次调用中都保持不变，而主轴的坐标时刻在变化，为与主程序相适应，在子程序中必须采用相对编程语句。

       减少刀具空行程

       在BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床中，刀具的运动是依靠步进电动机来带动的，尽管在程序命令中有快速点定位命令G，但与普通车床的进给方式相比，依然显得效率不高。因此，要想提高机床效率，必须提高刀具的运行效率。刀具的空行程是指刀具接近工件和切削完毕后退回参考点所运行的距离。只要减少刀具空行程，就可以提高刀具的运行效率。（对于点位控制的数控车床，只要求定位精度较高，定位过程可尽可能快，而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的。）在机床调整方面，要将刀具的初始位置安排在尽可能靠近棒料的地方。在程序方面，要根据零件的结构，使用尽可能少的刀具加工零件使刀具在安装时彼此尽可能分散，在很接近棒料时彼此就不会发生干涉；另一方面，由于刀具实际的初始位置已经与原来发生了变化，必须在程序中对刀具的参考点位置进行修改，使之与实际情况相符，与此同时再配合快速点定位命令，就可以将刀具的空行程控制在最小范围内从而提高机床加工效率。

       优化参数，平衡刀具负荷，减少刀具磨损

       波传播的是疏密相间的运动形态。机械波是振动形式