一種基于PC的數控機床全閉環控制系統技術方案

一種基于PC的數控機床全閉環控制系統，采用機床自適應全閉環伺服控制技術，將在線檢測量通過信號采集和處理單元傳給數控系統，數控系統分析實時加工的尺寸誤差是否超過了零件精度指標所規定的公差值，進而自動調整加工過程參數，以減小加工誤差。該控制系統采用適應當前數控機床發展潮流的基于PC機的開放式計算機數控系統，由軟件來完成設定的功能單元，提高了數控系統的自動化程度，實現了加工精度的全閉環控制。

A full closed loop control system of CNC machine tools based on PC

A CNC machine tool PC closed loop control system based on the adaptive closed-loop servo control technology, the on-line detection by signal acquisition and processing unit to the CNC system, the real-time analysis of the size error is more than the required machining parts precision index of the tolerance value of NC system, and automatically adjust the process parameters, to reducing the machining error. The control system uses the open CNC system based on PC to meet the current development trend of CNC machine tool, the software to complete the function unit, improve the degree of automation of CNC system, realize the whole closed-loop control accuracy.

【技術實現步驟摘要】
一種基于PC的數控機床全閉環控制系統所屬
本專利技術涉及一種基于PC的數控機床全閉環控制系統，適用于機械領域。
技術介紹
細長軸的特點是剛性比較差，在受到徑向力時會彎曲，甚至振動。傳統的封閉式專用數控系統沒有強有力的體系結構支撐平臺，無法勝任可靠的軟件擴展功能，不利于發揮數控機床自動控制、高效加工的優勢。機床自適應控制方法將從誤差產生的源頭來解決高精度細長軸的加工精度難題。控制的主體擬采用PC機，構建一個開放式計算機數控系統，由軟件來完成主要的功能，在數控機床上切削高精度細長軸的過程中，在線檢測并實時調整輸出量，由伺服系統控制支架跟隨變化的信號適時運動，始終保持恒定的加工尺寸，從而保證良好的精度。
技術實現思路
本專利技術提出了一種基于PC的數控機床全閉環控制系統，采用適應當前數控機床發展潮流的基于PC機的開放式計算機數控系統，由軟件來完成設定的功能單元，提高了數控系統的自動化程度，實現了加工精度的全閉環控制。本專利技術所采用的技術方案是：所述全閉環的伺服控制，是基于實際加工狀態變量的在線監測和實時控制來調節加工參數(切削速度、進給量等)。這樣，就可消除加工過程中機床狀態變化和外界擾動的影響，以優化加工過程、提高生產效率和產品質量側。所述控制系統采用機床自適應全閉環伺服控制技術，將在線檢測量通過信號采集和處理單元傳給數控系統，數控系統分析實時加工的尺寸誤差是否超過了零件精度指標所規定的公差值，進而自動調整加工過程參數，以減小加工誤差。所述“PC+自適應控制模塊”構成開放式結構。控制系統可以在Window、平臺下由用戶自行開發。借助所插入控制板編寫軟件程序，實現核心功能的用戶定制，得到的數控系統兼具工業機的柔性和CNC系統的穩定性和可靠性。所述運動控制器采用上、下位機控制方式，考慮到該控制系統對操作過程中的實時軌跡跟蹤和加工精度檢測要求較高，所以上位機選用PC機，下位機選用MCT80004F4型運動控制器，將運動控制器嵌入PC機，由PC機完成信息處理。為實現數據快速傳輸和控制，上位機和下位機通過ISA工業標準總線形式來連接。DAC2輸出端子用于控制主軸電機的轉速大小，D012和D013用于控制變頻器輸出正負電壓，即控制主軸的正反轉。當D012接通時，變頻器輸出正電壓，主軸正轉；當D013接通時，變頻器輸出負電壓，主軸反轉。電致伸縮器是利用壓電晶體在電場作用下，產生電致伸縮效應，即電介質在外界電場作用下，由于感應極化作用而引起應變。選擇電子工業部二十六所研制的WTDS-IC型電致伸縮器和哈爾濱工業大學機器人教研室研制的PD-III型驅動電源。所述數控系統軟件分為下位機軟件和上位機軟件兩部分，需要用戶編制底層的下位機程序。PC機只用于處理非實時控制的信息，而實時控制的功能主要由嵌入PC機中的運動控制器來完成。實時控制軟件主要作用是完成數據采集、數據運算處理、模擬圖形顯示以及控制指令輸出等主要任務。本專利技術的有益效果是：該控制系統采用適應當前數控機床發展潮流的基于PC機的開放式計算機數控系統，由軟件來完成設定的功能單元，提高了數控系統的自動化程度，實現了加工精度的全閉環控制。附圖說明圖1是本專利技術的數控機床全閉環控制系統。圖2是本專利技術的加工控制流程圖。圖3是本專利技術的系統硬件結構圖。圖4是本專利技術的MCT8000F4控制主軸電機運動示意圖。圖5是本專利技術的系統軟件結構圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1，全閉環的伺服控制，是基于實際加工狀態變量的在線監測和實時控制來調節加工參數(切削速度、進給量等)。這樣，就可消除加工過程中機床狀態變化和外界擾動的影響，以優化加工過程、提高生產效率和產品質量側。如圖2，控制系統采用機床自適應全閉環伺服控制技術，將在線檢測量通過信號采集和處理單元傳給數控系統，數控系統分析實時加工的尺寸誤差是否超過了零件精度指標所規定的公差值，進而自動調整加工過程參數，以減小加工誤差。如圖3，“PC+自適應控制模塊”構成開放式結構。控制系統可以在Window、平臺下由用戶自行開發。借助所插入控制板編寫軟件程序，實現核心功能的用戶定制，得到的數控系統兼具工業機的柔性和CNC系統的穩定性和可靠性。如圖4，數控隨動支架起限位作用，避免細長軸彎曲變形，支架本身不會施加力給細長軸來抵消刀具施加給細長軸的力。為了保證切削過程中，工件軸徑超差后，隨動支架支承爪能對細長軸的橫向位置進行適時調整，作者采用電致伸縮器。該裝置能保證支架與工件之間產生一個微小的相對位移。數據采集卡的主要功能是對模擬信號進行數字采樣、組合，或者直接接收由前端檢測環節調理好的數字量，并快速傳輸給計算機內存來分析和后期處理。其工作程序包含信號采集和調理、A/D轉換、觸發控制和與PCI接口的通信。運動控制器采用上、下位機控制方式，考慮到該控制系統對操作過程中的實時軌跡跟蹤和加工精度檢測要求較高，所以上位機選用PC機，下位機選用MCT80004F4型運動控制器，將運動控制器嵌入PC機，由PC機完成信息處理。為實現數據快速傳輸和控制，上位機和下位機通過ISA工業標準總線形式來連接。DAC2輸出端子用于控制主軸電機的轉速大小，D012和D013用于控制變頻器輸出正負電壓，即控制主軸的正反轉。當D012接通時，變頻器輸出正電壓，主軸正轉;當D013接通時，變頻器輸出負電壓，主軸反轉。電致伸縮器是利用壓電晶體在電場作用下，產生電致伸縮效應，即電介質在外界電場作用下，由于感應極化作用而引起應變。選擇電子工業部二十六所研制的WTDS-IC型電致伸縮器和哈爾濱工業大學機器人教研室研制的PD-III型驅動電源。如圖5，數控系統軟件分為下位機軟件和上位機軟件兩部分，需要用戶編制底層的下位機程序。PC機只用于處理非實時控制的信息，而實時控制的功能主要由嵌入PC機中的運動控制器來完成。實時控制軟件主要作用是完成數據采集、數據運算處理、模擬圖形顯示以及控制指令輸出等主要任務。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于PC的數控機床全閉環控制系統，其特征是：所述全閉環的伺服控制，是基于實際加工狀態變量的在線監測和實時控制來調節加工參數(切削速度、進給量等)。

【技術特征摘要】
1.一種基于PC的數控機床全閉環控制系統，其特征是：所述全閉環的伺服控制，是基于實際加工狀態變量的在線監測和實時控制來調節加工參數(切削速度、進給量等)。2.根據權利要求1所述的一種基于PC的數控機床全閉環控制系統，其特征是：所述控制系統采用機床自適應全閉環伺服控制技術，將在線檢測量通過信號采集和處理單元傳給數控系統，數控系統分析實時加工的尺寸誤差是否超過了零件精度指標所規定的公差值，進而自動調整加工過程參數，以減小加工誤差。3.根據權利要求1所述的一種基于PC的數控機床全閉環控制系統，其特征是：所述“PC+自適應控制模塊”構成開放式結構，控制系統可以在Window、平臺下由用戶自行開發，借助所插入控制板編寫軟...

【專利技術屬性】
技術研發人員：申久祝，
申請(專利權)人：申久祝，
類型：發明
國別省市：遼寧,21