基于PMAC的虚拟内锥面刃磨机控制系统设计

发布时间：2017-09-08 23:18

  本文关键词：基于PMAC的虚拟内锥面刃磨机控制系统设计

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【摘要】：麻花钻是机械加工过程中常用的刀具之一,在使用过程中会发生磨损,要将后刀面进行重刃磨才能继续使用。主要的刃磨方法是锥面刃磨法,但其刃磨参数较多,刃磨运动较复杂。为解决锥面刃磨法存在的缺点与不足,提出虚拟内锥面刃磨法。论文分析了采用虚拟内锥面刃磨法对麻花钻进行刃磨的原理,对虚拟内锥面刃磨麻花钻的刃磨参数的调整及控制方案进行了分析。针对刃磨常用尺寸标准麻花钻的虚拟内锥面麻花钻刃磨机的运动、运动控制、刃磨参数调整进行了深入地分析,采用PMAC运动控制卡与工控机的的结构形式设计了虚拟内锥面麻花钻刃磨机的控制系统。其中工控机为上位机,负责非实时性的任务,PMAC控制卡为下位机,负责实时性的任务。本论文通过计算与分析,选择了例如步进电机、编码器、光栅等控制器件并搭建了控制电气电路,以及伺服系统连线等。在设计数控系统软件部分时,以Windows XP操作系统作为此软件系统的开发平台,以Visual Basic6.0与PMAC提供的函数库Pcommserver作为编程工具,针对本机床数控系统所要实现的功能设计出软件系统总体方案,在此基础之上设计出操作简单、方便的人机界面,以及通过模块化编程的方式实现了包括自动刃磨、手动刃磨、速度倍率控制、文件管理等主要功能。在软件设计完成后,结合硬件进行了测试,工控机与PMAC通信成功,各个轴运动协调,人机界面操作方便。最后分析了PID控制算法以及由PMAC运动控制器自身提供的PID+速度/加速度前馈+NOTCH滤波的特殊控制环算法。分别通过阶跃信号和正弦波速度信号对本控制系统的静态参数和动态参数进行整定调整,使控制系统动态特性最优化。并且利用Pewin软件中的Turning工具模块以及光栅尺对本数控系统的Y轴进行位置精度的测试,并且通过软件补偿的方法编写补偿程序进行补偿。在执行完补偿程序后,经过测量,试验台的定位精度与重复定位精度有了显著的改善与提高。通过对该刃磨机床更详细的系统调试,基本达到设计要求。
【关键词】：虚拟内锥面刃磨机 控制系统 PMAC PID 误差补偿
【学位授予单位】：陕西理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG713;TG596
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的提出及其研究意义10-11
• 1.2 国内外刃磨装置的发展状况11-13
• 1.2.1 国外刃磨装置的发展状况11-12
• 1.2.2 国内刃磨装置的发展状况12-13
• 1.3 开放式数控系统的研究现状13-16
• 1.3.1 开放式数控系统概念13
• 1.3.2 国内外开放式数控系统发展现状13-15
• 1.3.3 开放式数控系统体系结构15-16
• 1.4 本论文主要研究内容16-18
• 第2章 基于PMAC的虚拟内锥面刃磨机控制系统18-40
• 2.1 虚拟内锥面刃磨机运动原理及其运动分析18-20
• 2.1.1 锥面刃磨法18
• 2.1.2 内锥面刃磨法18-19
• 2.1.3 虚拟内锥面刃磨法19-20
• 2.2 虚拟内锥面刃磨机运动分析20-22
• 2.3 数控系统的总体结构22-23
• 2.4 PMAC运动控制器23-27
• 2.4.1 运动控制器23-24
• 2.4.2 PMAC运动控制器24-25
• 2.4.3 PMAC运动控制器功能25-26
• 2.4.4 PMAC运动控制器硬件结构特点26
• 2.4.5 PMAC动控制器软件结构特点26-27
• 2.5 虚拟内锥面刃磨机控制系统硬件配置27-33
• 2.5.1 PMAC2A-PC104运动控制卡27-28
• 2.5.2 工控机28-29
• 2.5.3 编码器29
• 2.5.4 电机选取29-32
• 2.5.5 光栅32-33
• 2.6 控制系统的电气设计33-34
• 2.6.1 电气线路设计原则33-34
• 2.6.2 电气回路设计34
• 2.7 控制系统硬件连线34-37
• 2.7.1 PMAC与主机连接34-35
• 2.7.2 PMAC与伺服驱动系统35-36
• 2.7.3 辅助连接36-37
• 2.8 本章小结37-40
• 第3章 基于PMAC的虚拟内锥面刃磨机控制系统的软件设计40-56
• 3.1 虚拟内锥面刃磨机软件开发环境以及编程语言的选择40-41
• 3.2 PMAC软件开发工具41-43
• 3.2.1 Pcommserver41-42
• 3.2.2 PEWIN42-43
• 3.3 PMAC与上位机通讯43-47
• 3.3.1 用于PMAC与上位机通讯的主要函数43-45
• 3.3.2 PMAC运动控制卡变量45-46
• 3.3.3 指令46
• 3.3.4 程序46-47
• 3.4 虚拟内锥面控制系统软件总体设计47-48
• 3.5 虚拟内锥面刃磨机数控系统人机交互界面设计48-54
• 3.5.1 虚拟内锥面刃磨机数控系统各功能模块化设计49-54
• 3.6 本章小结54-56
• 第4章 虚拟内锥面刃磨机控制系统性能研究56-78
• 4.1 PID控制器56-57
• 4.2 运动控制器中的PID57-60
• 4.3 控制系统参数整定60-67
• 4.3.1 阶跃信号对系统PID参数的调整61-63
• 4.3.2 通过抛物线响应对系统前馈增益的调整63-67
• 4.4 虚拟内锥面刃磨机位置精度检测及螺距误差补偿67-76
• 4.4.1 定位精度分析68-69
• 4.4.2 定位精度的检验69-73
• 4.4.3 系统误差的补偿73-76
• 4.5 本章小结76-78
• 结论78-80
• 参考文献80-84
• 附录84-88
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果88-89
• 致谢89

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