基于PMAC的数控试验台机械系统设计及软件开发
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摘要
本论文课题是陕西省数控加工技术重点实验室科研项目,利用工控机和运动控制器对X、Y、Z、A、B五个坐标进行控制,采用位移检测装置对数控装置执行件的位移进行检测的开放式数控技术试验台,目的是为使研究者和实验者充分了解和掌握数控环节及数控过程和运动控制卡的控制特性搭建的一试验平台。
本文通过对国内外开放式数控系统的研究,分析比较了几种开放式数控系统的开放途径和体系结构,最终确定采用“PC机+可编程运动控制器”的方式来构造该数控试验工作台。本设计把PMAC运动控制卡及其扩展卡放入控制箱,通过上位机——工业控制机(IPC)标准串口通讯,再配上交流伺服电机和步进电机、伺服驱动器、编码器和直线光栅尺等,构成一个模块化的数控系统。
在对试验平台机械结构进行设计的过程中,主要对滚珠丝杠螺母副、滚动直线导轨副和蜗轮蜗杆式转台进行了计算、校核和选用,确保了机械传动部件的精度和刚度,使之满足系统的要求;通过计算,选择了电气驱动部件,包括交流伺服电机和步进电机及其伺服驱动器、编码器和直线光栅尺;基于Windows操作系统,利用Visual Basic建立了控制软件界面,应用PMAC的G代码解释程序、M代码解释程序和T代码解释程序编写了试验台的运动程序,实现了工作台的加、减速等控制和直线、圆弧等动作。
通过对该试验台的调试和检测,试验台的性能指标达到了设计要求。
This thesis is the project of Shaanxi Province Key Laboratory of NC Technique, using Motion Control Card and IPC for the controlling of the five axises X, Y, Z, A and B. It is an ONC test-bed which detects the displacement of numerical control by its displacement detecting device. It aims at all researchers and experimenters can sufficiently understand as well as master the controlling characteristics of numerical control process and Motion Control Card through this test-bed.
Through the research of open-type NC system home and abroad, this thesis analyzes and contrasts several open modes and system structures of NCS. It finally adopts the“IPC+PMAC”mode to establish the test-bed. This design puts PMAC Motion Control Card and its development card into the controlling case and communicates with IPC through serial-port. Then, it matches AC servo motors, step motors, servo drivers, encoder and grating rulers to form a modular NC system.
In the process of the designing of the mechanical structure of this test-bed, the ball screw assembly, roll linear guide way assembly and worn gear pair turntable are firstly main devices to calculated, checked and attached, as it can ensure the high precision and rigidity of the mechanical transformation devices, as well as fulfill the requirement of the NC system. Secondly, it selects electrical components through calculation, including AC servo motors, step motors, its servo drivers, encoders and grating rulers. Thirdly, basing on Windows Operating System, it establishes the software interface by Visual Basic. The motion program of the test-bed which is applied to carry out the acceleration and deceleration control, as well as linear and circular movement of the test-bed, has been developed by G code explanation program, M code explanation program and T code explanation program of PMAC.
Through the detection and debug of this test-bed, the performance index of it has fulfilled the designing requirement.
本文通过对国内外开放式数控系统的研究,分析比较了几种开放式数控系统的开放途径和体系结构,最终确定采用“PC机+可编程运动控制器”的方式来构造该数控试验工作台。本设计把PMAC运动控制卡及其扩展卡放入控制箱,通过上位机——工业控制机(IPC)标准串口通讯,再配上交流伺服电机和步进电机、伺服驱动器、编码器和直线光栅尺等,构成一个模块化的数控系统。
在对试验平台机械结构进行设计的过程中,主要对滚珠丝杠螺母副、滚动直线导轨副和蜗轮蜗杆式转台进行了计算、校核和选用,确保了机械传动部件的精度和刚度,使之满足系统的要求;通过计算,选择了电气驱动部件,包括交流伺服电机和步进电机及其伺服驱动器、编码器和直线光栅尺;基于Windows操作系统,利用Visual Basic建立了控制软件界面,应用PMAC的G代码解释程序、M代码解释程序和T代码解释程序编写了试验台的运动程序,实现了工作台的加、减速等控制和直线、圆弧等动作。
通过对该试验台的调试和检测,试验台的性能指标达到了设计要求。
This thesis is the project of Shaanxi Province Key Laboratory of NC Technique, using Motion Control Card and IPC for the controlling of the five axises X, Y, Z, A and B. It is an ONC test-bed which detects the displacement of numerical control by its displacement detecting device. It aims at all researchers and experimenters can sufficiently understand as well as master the controlling characteristics of numerical control process and Motion Control Card through this test-bed.
Through the research of open-type NC system home and abroad, this thesis analyzes and contrasts several open modes and system structures of NCS. It finally adopts the“IPC+PMAC”mode to establish the test-bed. This design puts PMAC Motion Control Card and its development card into the controlling case and communicates with IPC through serial-port. Then, it matches AC servo motors, step motors, servo drivers, encoder and grating rulers to form a modular NC system.
In the process of the designing of the mechanical structure of this test-bed, the ball screw assembly, roll linear guide way assembly and worn gear pair turntable are firstly main devices to calculated, checked and attached, as it can ensure the high precision and rigidity of the mechanical transformation devices, as well as fulfill the requirement of the NC system. Secondly, it selects electrical components through calculation, including AC servo motors, step motors, its servo drivers, encoders and grating rulers. Thirdly, basing on Windows Operating System, it establishes the software interface by Visual Basic. The motion program of the test-bed which is applied to carry out the acceleration and deceleration control, as well as linear and circular movement of the test-bed, has been developed by G code explanation program, M code explanation program and T code explanation program of PMAC.
Through the detection and debug of this test-bed, the performance index of it has fulfilled the designing requirement.
引文
【1】陈明君,郭伟星,李旦.基于 PMAC 开放式数控系统的研究与应用新进展. 航空精密制造技术[J],2005,vol.41(2):28～31
【2】 王隆太,李吉中,李雪峰,等.基于PMAC开放式数控系统的开发研究. 扬州大学学报[J],2003, vol. 6(2):38～41
【3】 赖国庭,吴玉厚,富大伟.基于 PMAC 的开放式数控系统研究. 制造业自动化[J],2002,vol.24(9):34～36
【4】赖国庭,吴玉厚,富大伟.开放式数控系统的发展及性能研究. 机械与电子[J],2003(2):3～5
【5】DELTA TAU Data System,Inc. PMAC2 Software Reference[Z], 2004
【6】DELTA TAU Data System,Inc. Pcomm32Pro Software Reference[Z], 2003
【7】机电一体化技术手册编委会. 机电一体化技术手册(第 2 版)[M].北京:机械工业出版社,1999
【8】DELTA TAU Data System,Inc. PMAC User’s MANUAL[Z], 2003
【9】北京元茂兴控制设备技术有限责任公司.PMAC 用户手册[Z],2001
【10】李华峰,丁洪生,何小妹等.BKX-I 型变轴数控机床的开放式数控系统. 组合机床与自动化加工技术[J],2005(5):61～64
【11】王江涛,刘大维,王晓东等.基于 PMAC 的自主车运动控制系统研究. 青岛大学学报(工程技术版)[J],2005,vol.24(1):16～19
【12】朱喜林,张代治.机电一体化设计基础[M].北京:科学出版社,2004
【13】宓方伟,陈功福.PMAC 多轴运动控制器应用研究. 机床与液压[J],2004(12):129～131
【14】梅洪,单家元.PMAC 控制板在转台控制系统中的应用.微计算机信息[J],2003,vol.19(6):8～10
【15】赖国庭,吴玉厚,富大伟.PMAC 时基控制的应用. 制造技术与机床[J],2003(1):55～57
【16】富大伟,吴玉厚, 赖国庭.PMAC 位置捕捉功能的应用. 机械与电子[J],2001(5):5～7
【17】杨更更,叶佩青,杨开明等.基于 PC+NC 型体系结构的高性能数控系统研究. 机床与液压[J],2003(3):44～46
【18】欧阳航空,陆林海,华晓青.基于 PMAC 的精密定位系统研究. 机电一体化[J],2005(1):30～32
【19】唐小会,谢寄石,黄大贵等.基于 PMAC 的开放式数控系统试验平台的研究与开发.中国测试技术[J],2003(1):61～62
【20】郝 钢,韩秋实,孙志永.基于 PMAC 的开放式数控系统性能的研究.北京机械工业学院学报[J],2003, vol.18(2):24～28
【21】成大先.机械设计手册(机械传动)[M],北京:化学工业出版社,2004
【22】田相克,马保聪,李志鹏.基于 PMAC 的开放式数控系统在自动玻璃雕刻机中的应用. 机床与液压[J],2005(6):35～36
【23】韩雄飞.基于 PMAC 的数控实验系统. 实验室研究与探索[J],2004, vol.23(12):50～52
【24】杨更更,叶佩青,杨开明等.基于 PMAC 的数控系统 PID 参数自适应调节.机械工程师[J],2002(4):13～15
【25】路 华,文立伟,傅云忠等.基于 PMAC 的数控系统控制性能的研究. 组合机床与自动化加工技术[J],2003(3):34～36
【26】高锦宏,王红军,韩秋实等.基于 PMAC 的凸轮轴磨床开放式数控系统研究. 机床与液压[J],2005(6):15～18
【27】孔凡凯,薛 开.基于 PMAC 的转台运动控制系统开发. 应用科技[J],2005,vol.32(4):43～44
【28】王家畴,位在林,宋 芳等.基于 PMAC 运动控制器的开放式数控系统研究. 哈尔滨理工大学学报[J],2004,vol.9(5):1～3
【29】严爱珍.机床数控原理与系统[M]. 北京:机械工业出版社,1999
【30】陈卫福,杨建武.开放式数控系统及 SERCOS 接口应用技术[M]. 北京:机械工业出版社,2003
【31】 J. H. Zhang etc., Numerical control system for the ultrasonic vibration assisted electrical discharge machine tool.International Journal of Manufacturing Technology and Management [J], 2005,vol.7(2):126～131
【32】 Y.H. Wu etc. ,Research on High-speed Precision Grinding of Non-circular Parts Based on PMAC.Key Engineering Materials [J], 2004,vol.259(8):46～51
【33】 Z.Q. Hu etc. ,The Research on Key Technologies of Numerical Control Cam Grinding Machine Tool.Key Engineering Materials [J], 2004,Vol.260(6):89～95
【34】上海歆旺电子有限公司.编码器产品样本(日本 NEMICON)[Z],2004
【35】上海撼岳机电科技有限公司.雷尼绍光栅尺产品样本[Z],2005
【36】北京和利时电机技术有限公司. 四通步进电机及驱动器产品样本[Z],2003
【37】陆启建,刘明灯.数控技术的新发展.制造技术与机床[J],2002(5):5～7
【38】洪钟洲.创建开放式数控系统是我国制造业发展的需要.机电一体化[J],2000(2):9～12
【39】YouBo, WangJiatao. The Research and Development on CNC System with PMAC-Base Motion Controlle. Journal of Shanghai University(English Edition)[J], 2004, Vol.8(Suppl.): 210～213
【40】文立伟,路华,王永章等.基于开放式控制器的六轴数控系统的研究与开发.机床与液压[J],2003(3):32～34
【41】贺海靖,张虎,何志方.基于 PMAC 的在位误差补偿系统.航空精密制造技术[J],2005,vol.25(2):45～48
【42】Stephen.J .Rober ,Yung.C .Chin. Modeling and control of CNC machine using a PC- based open architecture controller. Mechatronics[J], 1995, Vol.18(5): 35～42
【43】Frederick.M.Proctor. Open architecture controller activities in technology enabling agile m anufacturing. Proceedings SPIE[C],2001:156～162
【44】ESPRIT III Project 6379.Open System Architecture for Control Thin Automation Systems. The International Society for Optical Engineering[C],1997:13～23
【45】Mason F. Parallel processing NC Revs up. Swiss Automatic Manufacturing Engineering [J], 1996(7):66～68
【2】 王隆太,李吉中,李雪峰,等.基于PMAC开放式数控系统的开发研究. 扬州大学学报[J],2003, vol. 6(2):38～41
【3】 赖国庭,吴玉厚,富大伟.基于 PMAC 的开放式数控系统研究. 制造业自动化[J],2002,vol.24(9):34～36
【4】赖国庭,吴玉厚,富大伟.开放式数控系统的发展及性能研究. 机械与电子[J],2003(2):3～5
【5】DELTA TAU Data System,Inc. PMAC2 Software Reference[Z], 2004
【6】DELTA TAU Data System,Inc. Pcomm32Pro Software Reference[Z], 2003
【7】机电一体化技术手册编委会. 机电一体化技术手册(第 2 版)[M].北京:机械工业出版社,1999
【8】DELTA TAU Data System,Inc. PMAC User’s MANUAL[Z], 2003
【9】北京元茂兴控制设备技术有限责任公司.PMAC 用户手册[Z],2001
【10】李华峰,丁洪生,何小妹等.BKX-I 型变轴数控机床的开放式数控系统. 组合机床与自动化加工技术[J],2005(5):61～64
【11】王江涛,刘大维,王晓东等.基于 PMAC 的自主车运动控制系统研究. 青岛大学学报(工程技术版)[J],2005,vol.24(1):16～19
【12】朱喜林,张代治.机电一体化设计基础[M].北京:科学出版社,2004
【13】宓方伟,陈功福.PMAC 多轴运动控制器应用研究. 机床与液压[J],2004(12):129～131
【14】梅洪,单家元.PMAC 控制板在转台控制系统中的应用.微计算机信息[J],2003,vol.19(6):8～10
【15】赖国庭,吴玉厚,富大伟.PMAC 时基控制的应用. 制造技术与机床[J],2003(1):55～57
【16】富大伟,吴玉厚, 赖国庭.PMAC 位置捕捉功能的应用. 机械与电子[J],2001(5):5～7
【17】杨更更,叶佩青,杨开明等.基于 PC+NC 型体系结构的高性能数控系统研究. 机床与液压[J],2003(3):44～46
【18】欧阳航空,陆林海,华晓青.基于 PMAC 的精密定位系统研究. 机电一体化[J],2005(1):30～32
【19】唐小会,谢寄石,黄大贵等.基于 PMAC 的开放式数控系统试验平台的研究与开发.中国测试技术[J],2003(1):61～62
【20】郝 钢,韩秋实,孙志永.基于 PMAC 的开放式数控系统性能的研究.北京机械工业学院学报[J],2003, vol.18(2):24～28
【21】成大先.机械设计手册(机械传动)[M],北京:化学工业出版社,2004
【22】田相克,马保聪,李志鹏.基于 PMAC 的开放式数控系统在自动玻璃雕刻机中的应用. 机床与液压[J],2005(6):35～36
【23】韩雄飞.基于 PMAC 的数控实验系统. 实验室研究与探索[J],2004, vol.23(12):50～52
【24】杨更更,叶佩青,杨开明等.基于 PMAC 的数控系统 PID 参数自适应调节.机械工程师[J],2002(4):13～15
【25】路 华,文立伟,傅云忠等.基于 PMAC 的数控系统控制性能的研究. 组合机床与自动化加工技术[J],2003(3):34～36
【26】高锦宏,王红军,韩秋实等.基于 PMAC 的凸轮轴磨床开放式数控系统研究. 机床与液压[J],2005(6):15～18
【27】孔凡凯,薛 开.基于 PMAC 的转台运动控制系统开发. 应用科技[J],2005,vol.32(4):43～44
【28】王家畴,位在林,宋 芳等.基于 PMAC 运动控制器的开放式数控系统研究. 哈尔滨理工大学学报[J],2004,vol.9(5):1～3
【29】严爱珍.机床数控原理与系统[M]. 北京:机械工业出版社,1999
【30】陈卫福,杨建武.开放式数控系统及 SERCOS 接口应用技术[M]. 北京:机械工业出版社,2003
【31】 J. H. Zhang etc., Numerical control system for the ultrasonic vibration assisted electrical discharge machine tool.International Journal of Manufacturing Technology and Management [J], 2005,vol.7(2):126～131
【32】 Y.H. Wu etc. ,Research on High-speed Precision Grinding of Non-circular Parts Based on PMAC.Key Engineering Materials [J], 2004,vol.259(8):46～51
【33】 Z.Q. Hu etc. ,The Research on Key Technologies of Numerical Control Cam Grinding Machine Tool.Key Engineering Materials [J], 2004,Vol.260(6):89～95
【34】上海歆旺电子有限公司.编码器产品样本(日本 NEMICON)[Z],2004
【35】上海撼岳机电科技有限公司.雷尼绍光栅尺产品样本[Z],2005
【36】北京和利时电机技术有限公司. 四通步进电机及驱动器产品样本[Z],2003
【37】陆启建,刘明灯.数控技术的新发展.制造技术与机床[J],2002(5):5～7
【38】洪钟洲.创建开放式数控系统是我国制造业发展的需要.机电一体化[J],2000(2):9～12
【39】YouBo, WangJiatao. The Research and Development on CNC System with PMAC-Base Motion Controlle. Journal of Shanghai University(English Edition)[J], 2004, Vol.8(Suppl.): 210～213
【40】文立伟,路华,王永章等.基于开放式控制器的六轴数控系统的研究与开发.机床与液压[J],2003(3):32～34
【41】贺海靖,张虎,何志方.基于 PMAC 的在位误差补偿系统.航空精密制造技术[J],2005,vol.25(2):45～48
【42】Stephen.J .Rober ,Yung.C .Chin. Modeling and control of CNC machine using a PC- based open architecture controller. Mechatronics[J], 1995, Vol.18(5): 35～42
【43】Frederick.M.Proctor. Open architecture controller activities in technology enabling agile m anufacturing. Proceedings SPIE[C],2001:156～162
【44】ESPRIT III Project 6379.Open System Architecture for Control Thin Automation Systems. The International Society for Optical Engineering[C],1997:13～23
【45】Mason F. Parallel processing NC Revs up. Swiss Automatic Manufacturing Engineering [J], 1996(7):66～68