隨著我國沖壓行業(yè)的發(fā)展，沖壓設(shè)備性能與世界的接軌，沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高，對(duì)沖壓生產(chǎn)的送料技術(shù)也提出了越來越高的要求，以滿足與沖壓設(shè)備的配套。
1 嵌入式數(shù)控沖床送抖系統(tǒng)
  根據(jù)目前自動(dòng)送料系統(tǒng)存在的一些不足，提出了一種基于ARM的嵌入式數(shù)控沖床送料系統(tǒng)。從大體上看，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
  1)專用性。嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用，因此嵌入式CPU大多供特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，通常具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)。
  2)實(shí)時(shí)響應(yīng)。按照嵌入式系統(tǒng)的定義，它用于某種技術(shù)過程的核心處理環(huán)節(jié)，滿足技術(shù)過程的時(shí)限要求，自然具有實(shí)時(shí)處理的特性。
  3)健壯可靠。嵌入式產(chǎn)品的使用人員多為非計(jì)算機(jī)專業(yè)人士，使用環(huán)境條件較為惡劣，其健壯性及可靠性是該類產(chǎn)品的必備條件。
2 伺服電機(jī)的選擇
  系統(tǒng)采用直線電機(jī)來驅(qū)動(dòng)X、y軸進(jìn)給。在機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，采用直線電動(dòng)機(jī)宜接驅(qū)動(dòng)與原旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的更大區(qū)別是取消了從電動(dòng)機(jī)到工作臺(tái)（拖板）之間的一切機(jī)械中間動(dòng)環(huán)節(jié)，把機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長度縮短為零（這種傳動(dòng)方式被稱為“零傳動(dòng)”）。這種“零傳動(dòng)”方式，帶來了原旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式無法達(dá)到的性能指標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)
  1)高速響應(yīng)。由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大的機(jī)械傳動(dòng)件（如絲杠等）．使整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能大大提高，反應(yīng)異常靈敏快捷。
  2)高精度。直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取消了由于絲杠等機(jī)械機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的傳動(dòng)間隙和誤差，減少了插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)因傳動(dòng)系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機(jī)床的定位精度。
  3)高傳動(dòng)剛度。由于“直接驅(qū)動(dòng)”避免了啟動(dòng)、變速和換向時(shí)因中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運(yùn)動(dòng)滯后現(xiàn)象，同時(shí)也提高了其傳動(dòng)剛度。
  4)速度快、加減速過程短。直線電動(dòng)機(jī)用在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中，要滿足其超高速切削豹更大進(jìn)給速度（要求達(dá)60—100 m/min或更高）是沒有同題的。也由于上述“零傳動(dòng)”的高速響應(yīng)性，使其加、減速過程大大縮短，可以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)時(shí)瞬間達(dá)到高速，而且高速運(yùn)行時(shí)又能瞬間停止�？色@得較高的加速度，一般可達(dá)2一1Og。而滾珠絲杠傳動(dòng)的更大加速度一般只有0.1一0. 5g。
  5)行程長度不受限制。在導(dǎo)軌上通過串聯(lián)直線電器機(jī)，就可以無限延長其行程長度。
  6)運(yùn)動(dòng)安靜、噪聲低。由于取消了傳動(dòng)絲杠等部件的機(jī)械摩擦，且導(dǎo)軌又可采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌（無機(jī)械接觸）．其運(yùn)動(dòng)時(shí)噪聲將大大降低。
  7)效率高。由于無中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，消除了機(jī)械摩擦?xí)r的能量損耗，傳動(dòng)效率大大提高。
3 系純硬件設(shè)計(jì)
  改進(jìn)后的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示。上位機(jī)為PC機(jī)，通過串口與下位機(jī)ARM通信，下位機(jī)控制觸摸屏和直線電機(jī)。

  控制部分采用低成本、高性能、低功耗的微處理器S3C2410為核心控制器。它是一款32位RISC架構(gòu)的低成本、高性能、低功耗徽處理器，主頻為200MHz，內(nèi)含1個(gè)LCD控制器（支持STN和’rFT帶有觸摸屏的液晶顯示器）、SDRAM控制器、3個(gè)通道的ART、4個(gè)通道的DMA、4個(gè)具有PWM功能的計(jì)時(shí)器和1個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘、8通道的10位ADC、觸摸屏接口等。S3C24J O商集成度簡化了應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，提高了應(yīng)用系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性。操作部分以觸摸屏為操作單元，人機(jī)交互直觀方便、界面友好、操作簡單，實(shí)現(xiàn)送料自動(dòng)、手動(dòng)、啟動(dòng)、停止等操作以及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。運(yùn)動(dòng)部分X、y軸均選用Kollmorgen公司DDL系列無鐵芯式的直線伺服電機(jī)，電機(jī)的定子采用U型結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子采用無鐵芯式設(shè)計(jì)。直線電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可靠，同時(shí)省去了中間機(jī)械環(huán)節(jié)，定位精度比較高，位置檢測元件選用光柵尺，檢測精度較高。整個(gè)系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，大大提高了系統(tǒng)精度。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
  系統(tǒng)軟件主要包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件兩部分，如圖2所示。上位機(jī)軟件主要負(fù)責(zé)NC代碼生成、翻譯以及與下位機(jī)和其它PC機(jī)通信；下位機(jī)軟件主要包括5大模塊：基本控制模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、人機(jī)交互模塊及事務(wù)處理模塊”1。
  整個(gè)軟件系統(tǒng)中，下位機(jī)軟件為整個(gè)系統(tǒng)核心。我們選擇選用源碼公開、可移植性好、簡單易學(xué)的Linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為軟件運(yùn)行環(huán)境，由它來完成對(duì)5大任務(wù)模塊的管理調(diào)度，結(jié)合系統(tǒng)的硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)送料系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。基本控制模塊管理系統(tǒng)的一些基本操作，包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的管理、系統(tǒng)硬件初始化設(shè)置的管理等；數(shù)據(jù)通信模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收以及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理；運(yùn)動(dòng)控制模塊包括插補(bǔ)運(yùn)算、電機(jī)的加減速控制與位置控制，是系統(tǒng)控制的核心；人機(jī)交互模塊包括液晶顯示和觸摸屏輸人等，本文界面設(shè)計(jì)使用基于Qt的嵌入式圖形庫開發(fā)工具Qt/Embedded．它是用戶應(yīng)用程序和內(nèi)核之間的一個(gè)圖形庫框架；為了保證系統(tǒng)的完整性，設(shè)置事務(wù)處理模塊來管理報(bào)警以及一些異常事務(wù)。

  5大模塊之間的通信與調(diào)度均在操作系統(tǒng)的管理下完成。系統(tǒng)中規(guī)定每個(gè)模塊為一個(gè)具體的任務(wù)，即通常所說的線程方式或進(jìn)程方式。嵌入式操作系統(tǒng)的作用就是決定在特定的某一時(shí)刻系統(tǒng)應(yīng)該運(yùn)行哪一個(gè)進(jìn)程。一般系統(tǒng)中的進(jìn)程有3種狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)(Running)、就緒狀態(tài)(Ready)及等待狀態(tài)(Waitting)，這些狀態(tài)之間的切換是通過操作系統(tǒng)提供的消息機(jī)制諸如郵箱、信號(hào)量、消息隊(duì)列等來完成，模塊之間并無其它耦合。如果系統(tǒng)功能需增減，只要在相應(yīng)的任務(wù)中進(jìn)行模塊的添加與刪除，便可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多功能和多樣化，從而使系統(tǒng)具有開放性和可擴(kuò)充性。
  從控制器和伺服驅(qū)動(dòng)兩個(gè)方讖分析了現(xiàn)有數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床送料系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并根據(jù)這些送料系統(tǒng)的不足，提出了一種額的幕于ARM的嵌入式系統(tǒng)方案，采用直線電機(jī)作為X、y軸控制電機(jī)，節(jié)約了人力資源，節(jié)約了原材料，可靠性得到改善，控制精度和現(xiàn)代化程度得到大大提高。