多功能磨削试验台数控系统的研发

论文摘要

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。结合三轴联动多功能磨削试验台的研究与开发,对机床开放式数控系统进行了研究,采用通用工业控制PC机作为上位机,可编程多轴运动控制器（PMAC）为下位机,形成PC+NC的双CPU开放式数控系统。数控系统硬件由工控机、PMAC-PCI运动控制卡、双端口RAM、交流伺服驱动器、电主轴交流变频控制器等组成。本文详细论述了各组成部分功能及特点。详细设计了数控系统控制电路和主电路,对电器元件进行了选型,安装了电气控制柜并进行了调试。数控系统软件是在WindowsXP操作系统下,利用Visual C++作为工具开发完成的。系统软件大体可以分为数控处理软件和用户界面软件两部分。数控处理软件主要是实现如何利用现成酌NC代码或刀位文件在机床上实现加工；用户界面软件主要是人机对话功能的实现。两部分软件都采用了模块化的思想来构建的。最后,对该数控系统进行了调试,利用单位阶跃响应进行了PID参数调节,并使用雷尼绍激光干涉仪对该多功能磨削试验台进行了直线位置精度检测和误差补偿,使该试验台达到了较好的动态性能和较高的位置精度。本研究开发的三轴联动多功能磨削试验台开放性数控系统,扩展性好、开发和维护方便、能灵活适应不同需要,已成功应用于多功能磨削试验台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数控系统的发展及分类
• 1.3 数控系统的研究现状及趋势
• 1.3.1 国外数控技术的研究情况
• 1.3.2 我国数控技术的发展历程
• 1.3.3 数控技术的发展趋势
• 1.4 开放式数控系统及其特点
• 1.4.1 开放式数控系统的特征
• 1.4.2 开放式数控系统的开放途径
• 1.4.3 开放式体系结构的分类
• 1.5 课题的研究目的及意义
• 1.6 课题的内容
• 1.7 本章小结
• 2 多功能磨削试验台数控系统的总体方案设计
• 2.1 多功能磨削试验台开放式数控系统的硬件原理
• 2.2 多功能磨削试验台开放式数控系统的硬件构成
• 2.2.1 工业控制计算机选型
• 2.2.2 PMAC简介
• 2.2.3 PMAC主要附件双端口RAM介绍
• 2.3 基于PMAC的伺服系统单元设备选型
• 2.3.1 伺服系统的设计要求
• 2.3.2 伺服系统的选型
• 2.4 电主轴和主轴变频器
• 2.5 控制面板
• 2.6 本章小结
• 3 电路设计和电气元件选型
• 3.1 电气线路设计原则
• 3.2 电气元件的选型和布局
• 3.2.1 接触器（KM）的选用
• 3.2.2 继电器（KA）的选用
• 3.2.3 断路器（QF）的选用
• 3.2.4 电器元件的布局
• 3.3 电路设计
• 3.3.1 主电路
• 3.3.2 控制电路设计
• 3.4 本章小结
• 4 多功能磨削试验台数控系统软件设计
• 4.1 数控系统软件简介
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 两种数控软件结构
• 4.1.3 操作系统在数控系统中应用的比较
• 4.1.4 Windows平台与开放式CNC
• 4.1.5 软件开发方法
• 4.2 多功能磨削试验台数控系统软件设计
• 4.2.1 数控系统软件开发的内容
• 4.2.2 数控系统信息流程
• 4.2.3 系统软件总体结构
• 4.2.4 软件功能设计
• 4.2.5 用户界面开发
• 4.3 本章小结
• 5 数控系统调试与试验台位置精度检测
• 5.1 PID参数调节
• 5.1.1 PID滤波器工作原理
• 5.1.2 PID滤波器参数调节和设定
• 5.2 试验台位置精度检测与误差补偿
• 5.2.1 激光干涉仪测量原理
• 5.2.2 RENISHAW激光干涉仪的测量误差
• 5.2.3 直线位置精度的测量
• 5.2.4 直线位置误差补偿及补偿后的直线位置精度测量
• 5.3 本章小结
• 6 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文