基于固高GE300的开放式数控雕铣系统的研究与开发
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
开放式数控系统是二十世纪九十年代出现的一种先进的计算机数控体系结构,具有扩展性好、开发和维护方便、运行稳定性高、能灵活适应不同需要等特点,是未来数控技术的主要发展趋势。随着现代计算机技术、微电子技术和现代控制技术的不断发展,开放式数控系统如何有效地利用这些先进的技术,多快好省地进行控制系统的开发就显得十分的必要。
     本课题充分利用计算机软、硬件技术、PLC技术、数字信号处理器技术,实现了用于开放式三自由度数控雕铣机的计算机控制系统。该系统采用固高科技(深圳)有限公司的GE300SV多轴运动控制卡,组成了以通用PC机为上位机、板载DSP的运动控制卡为下位机的主从式开放数控系统。被控对象是一个直角坐标、三轴雕铣机平台,由三套伺服电机及其驱动器、精密光栅尺和限位开关等构成全闭环伺服系统。
     雕刻加工是一种传统的手工工艺,在工艺品、广告、建筑装饰装潢等行业有着悠久的历史。随着计算机数控(CNC)技术及相关技术(CAD/CAN/CAPP等)的发展,这种传统的手工加工方法正逐步被数控加工方法所替代。北方工业大学工程训练中心机电液一体化实验室研制的这套雕铣机将可以满足各种文字、图像的二维和三维型面雕刻,大大提高了生产效率。数控雕铣系统是集成CAD/CAM技术、图像处理技术、高速铣削技术、计算机数控技术、精密机构设计和制造技术、电机驱动技术和精密高速主轴电机技术为一体发展起来的高新技术设备。研究和开发数控雕铣机系统是本文的主要目的。
     本文对我们研制的基于PC+GE300SV运动控制卡构成的开放式数控雕铣机系统从软、硬件两方面进行了较为详细的阐述,重点介绍了雕铣机系统的硬件体系结构、数控系统软件的模块化设计以及上位人机界面Windows XP环境下的开发过程。最后作者还对以上研制的雕铣机系统进行了一些实验验证,来检验机床加工的成品表面质量和效率是否达到设计要求,经过实际工程测试,基本达到了设计目标。
The open numerical control system appeared in 1990s is a kind of advanced structure with excellent extension, convenient maintenance, good stability in operating and flexibly adaptability to different requirement. It is the future trends of the numerical control technology. With the rapid development of the technologies of the computer, the electronics and the modern control, it becomes more and more necessary to develop the modern CNC system cheaply and quickly with these advanced technologies.
     This dissertation realizes one open computer system for three axis numerical control engrave-milling machine using computer software, hardware, PLC and DSP technologies. The system is one PC-DSP principal and subordinate frame. PC means one general personal computer. DSP implies on GE300SV multi-axis motion controller made by Googol Technology (Shenzhen) Co. Ltd. The plant controlled is one right-angle coordinate, three axis flat roof for engrave-milling machine consisted of three set of servo motor and driver, exact grating-ruler, limit switch and so on driving one full- closed loop control servo system worktable.
     Engraving is a kind of traditional manual craftwork. It has a long history in business of craftwork, advertisement, architecture ornament and the like. However, with the development of the technology of CNC and CAD/CAM/CAPP, CNC processing is replacing this traditional manual processing gradually. The sev Engrave-milling machine which was made by the Mechanical and Electro-hydraulic Lab of Engineering training center of NCUT, can meet the two-dimensional and three-dimensional engraving of all kinds of characters or images. The CNC Engrave-milling system is a high-tech equipment which integrates CAD/CAM, digital image processing, high-speed milling(HSM),CNC, precision mechanical design and manufacture, motor driver technology and build-in motor spindle technology. The main purpose of this dissertation is to research and develop the system.
     The open numerical control Engrave-milling machine system of the PC+GE300SV-based motion controller has been discussed from software and hardware in detail in the dissertation. The system structure, modular design of numerical control system software and development process of Windows XP-based condition upper human-machine interface of the Engrave-milling machine system have been introduced. Finally, the author has been done some test based the former Engrave-milling machine in order to prove the finished product, which surface quality and process efficiency weather obtained the design aim. The machine had passed through the practical project test and has basically achieved the design goal.
引文
[1]唐才峰.基于DSP的雕刻机数控系统研制与开发[D].南京:南京航空航天大学硕士学位论文,2005,2
    [2]钱绍祥.基于ARM的三维雕刻机控制系统设计[D].镇江:江苏大学硕士学位论文,2007,6
    [3]彭丹丹.高速高精度数控雕刻机控制技术的研究[D].合肥:合肥工业大学硕士学位论文.2005,5
    [4]编委会.《机电一体化技术手册》上册[M].北京:机械工业出版社,1986
    [5]张昱.三维雕刻机的研制[D].合肥:合肥工业大学硕士学位论文,2002,9
    [6]王青松.面相对象的计算机数控雕刻控制软件的研制[D].杭州:浙江大学硕士学位论文,2001,2
    [7]袁绍渊.机床工业发展的成就和趋势[J].北京:世界产品与技术,1998(4):10-13
    [8]吴义荣,林雨.我国数控技术与产业的现状、发展趋势及对策[J].锻压装备与制造技术,2005(2):22-25
    [9]LENHARDT Mashchinenbau GnbH.LENHARDT PRODUCT CATALOG.2000
    [10]石宏,蔡光起,史家顺.开放式数控系统的现状与发展[J].2005[6]:18-21
    [11]杨晓京,陈子辰.微机数控系统开放体系结构的研究[J].组合机床与自动化加工技术.2003(5):29-32
    [12]孙斌,杨汝清.基于PC的数控系统的研究现状和发展趋势[J].机床与液压.2001(4):3-5
    [13]卢艳军,赵波,任立义.基于PC的开放式数控系统控制器[J].机械工程师.2004(8):6-8
    [14]McKay KN,Kletter D B,Graves S C.OMAC:an environment for modeling and analysis systems for models[J].Annals of Operations Research.1997(72):241
    [15]Sperling W,Lutz P.Designing applications for an OSACA control[A],Proceedings of the International Mechanical Engineering Congress and Exposition[C],USA,November,1997
    [16]Japan OSEC.Open System Environment for Controller Architecture Overview (Draft2.0)[S],1997
    [17]李伟光,俞烽,朱金华等.21世纪开放式可重构数控系统的发展[J].机械工程师.2003(12):3-6
    [18]GB/T18759.1-2002,机械设备-开放式数控系统-总则[S].
    [19]汪木兰,王令其.开放式数控系统实用平台的构造[J].机床与液压.2003.185(5):120-122
    [20]魏仁选,陈幼平,周祖德等.开放性数控软件的面相对象建模及其重用研究[J].高技术通讯.1998(12):31-34
    [21]雷为民,乔建中,李本忍等.关于软件数控的一些基本构想[J].小型微型计算机系统.1999.20(2):81-87
    [22]王文,秦兴,陈子辰.基于可编程逻辑器件的可重构数控系统研究[J].计算机集成制造系--CIMS.2002.8(7):565-569
    [23]左静,魏仁选,吕新平等.数控系统软件芯片的研制和开发[J].中国机械工程.1999.10(4):424-427
    [24]Zuo J,Zhou Y P,NeeA Y C,etal.Building open ChIC system with software IC chips based on software reuse[J].Int J Adv Manuf Technol,2002(16):643-648
    [25]孙恺,王田苗,魏洪兴.基于ARM的嵌入式可重构数控系统的设计与实现[J].机床与液压,2003.185(6):116-117
    [26]张承瑞,武洪恩,王恒.基于DSP和CPLD技术的多功能数控系统研究[J].现代制造工程.2004(12):108-110
    [27]赖兴余,叶邦彦,李伟光等.基于双现场总线的开放式数控系统结构研究[J].现代制造工程.2004(8):4-6
    [28]库祥臣,王润孝,雷建,高琳.数控技术的发展趋势及对策[J].机床与液压.2004(9):7-8,51
    [29]张承瑞,刘日良等.STEP-NC新一代机床控制器[J].组合机床与自动化加工技术.2002(12):35-40
    [30]王兴波.具有三维数字仿真功能的CNC示教仪[P].中华人民共和国实用新型专利200620050187.7
    [31]Z.D.Zhou,J.M.Xie,Y.P.Chen,B.Chen,Z.M.Qiu,Y.S.Wong,Y.F.Zhang,The development of a fieldbus-based open-CNC system[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology.February 2004.p442-p449
    [32]鲜斌,王平,齐智平.CNC系统中的伺服控制卡[J].电气传动.2000(4):45-48
    [33]王正兵,任偲.开放式数控系统的核心--开放式控制器[J].制造技术与机床.2002.(1):43-44
    [34]彭韬,周学才.基于国产MCT8000运动控制卡的开放式结构机器人控制系统[J].制造业自动化.2001.23(2):65-67
    [35]张剑,殷苏民.基于运动控制卡的开放式数控系统研制[J].机床与液压.2003.(3):170-173
    [36]胡占齐,王明海,刘志艳.基于可编程运动控制器的开放式数控系统[J].齐齐哈尔大学学报.2001.17(4):42-44
    [37]雷江,陈幼平,夏泽中.基于DSP的主从运动控制系统的软件设计[J].机械与电子.2000.(6):32-34
    [38]周学才,陈新,郭光真,谢树光.新一代开放式结构智能DSP运动控制系统[J].厦门科技.2000(1):11-12
    [39]刘全秀,朱志红,唐晓琦,田文超.数控系统中DSP运动控制卡的设计与实现[J].机械工程师.2001(10):29-31
    [40]康健,陶涛,梅雪松,吴序堂.基于在系统可编程技术的PC运动控制卡研究[J].电子技术应用.2002(8):67-69
    [41]康健,陶涛,梅雪松,吴序堂.基于数字信号处理器的多轴运动控制器设计[J].西安交通大学学报.2003.37(5):495-498
    [42]周永喜,施群,王小椿.基于DSP的运动控制卡的设计与实现[J].机床与液压.2003.(3):86-87,115
    [43]李叶松,董玮.基于CPLD的开放式四轴运动控制器的设计[J].电子技术应用.2002(5):35-37
    [44]王文,秦兴,陈子辰.基于可编程逻辑器件的可重构数控系统研究[J].计算机集成制造系统-CIMS.2002,8(7):565-569
    [45]Open System Architecture for Controls with Automation System.EP6379&EP9115,OSACA Phase Ⅰ and Ⅱ Project Research Report[R].Stuttgart Verlag,1996
    [46]Kim Tae Won etal.Open architecture controller for semiconductor assembly system.Proceedings of SPIE-[J]The International Society for Optical Engineering,1998
    [47]Mi-Ching Tsai,Chung-Wei Cheng.A Real-Time Predictor-Corrector Interpolator for CNC Machining[J].Journal of Manufacturing Science And Engineering.2003(August):449-460
    [48]Renton D,Elbestawi M A.High speed servo control of multi-axis tools[J].Int J Mach Tools Manufact.2000.40(1)539-559
    [49]张从鹏.数控三维正脊仪计算机控制系统的开发[D].北京:北方工业大学硕士论文,2003,5
    [50]江利进,龙腾宇.固高运动控制卡在五轴数控磨床的应用研究[J].机械,2005(12):46-48
    [51]李小雷,胡雪芬,金涛等.开放式数控刻楦机系统应用软件的开发[J].机床与液压,2006(2):166-168
    [52]游有鹏.开放式数控系统关键技术研究[D].南京:南京航空航天大学博士学位论文,2001,12
    [53]H.Liang,H.Hong,J.Svoboda.A Combined 3D Linear and Circular Interpolation Technique for Multi-Axis CNC Machining[J].Journal of manufacturing Science and Engineeing.2002(May):305-312
    [54]Li Bin,Zhou Yun-fei and Tang Xiao-qi,A research on open CNC system based on architecture/component software reuse technology.Computers in Industry[D],Volume55,Issuel,September 2004.
    [55]Dong-Il Kim,Jae Wook Jeon and Sungkwun Kim,Software acceleration/deceleration methods for industrial robots and CNC machine tools[D],Mechatronics,Volume 4,Issue 1,February 1994:37-53.
    [56]杨有君.数控技术[M].北京:机械工业出版社,2005
    [57]陈长青.数控雕刻编程技术研究与软件开发[D].南京:南京航空航天大学硕士论文,2006,3
    [58]H.Liang,H.Hong,J.Svoboda.A Combined 3D Linear and Circular Interpolation Technique for Multi-Axis CNC Machining[J].Journal of manufacturing Science and Engineeing.2002(May):305-312
    [59]王忠平.基于DSP的数控雕刻系统研究及其仿真实现[D].上海:上海交通大学硕士学位论文,2007,1
    [60]吴祖育,秦鹏飞.数控技术(第三版)[M].上海:上海科学技术出版社,2000
    [61]中国模具论坛[EB/OL].http://www.mouldbbs.com/
    [62]中国机械CAD论坛[EB/OL].http://www.jxcad.com.cn/
    [63]达康(中国)有限公司[EB/OL].http://www.delcam.com.cn/
    [64]固高科技(深圳)有限公司[EB/OL].http://www.googoltech.com.cn/
    [65]林宋,田建君.现代数控机床[M].北京:化学工业出版社,2003,9
    [66]张超英,罗学科.数控机床加工工艺、编程及操作实训[M].北京:高等教育出版社,2003
    [67]潘云鹤.计算机图形学--原理、方法及应用[M].北京:高等教育出版社,2001
    [68]周凯.PC数控原理、系统及应用[M].北京:机械工业出版社,2006
    [69]固高科技(深圳)有限公司.GE>系列运动控制器用户手册和编程手册[Z].
    [70]Panasonic交流伺服电机驱动器MINAS A系列使用说明书[Z].
    [71]孙鑫,余安萍.VC++深入详解[M].北京:电子工业出版社,2006
    [72]李东军,林宋,田丽.NCUT-ME30型数控雕铣机的研制[J].2007(9):47-50

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700