镗铣加工中心电气控制系统研究与数控系统二次开发

沈阳理工大学硕士学位论文镗铣加工中心电气控制系统研究与数控系统二次开发姓名：牟峰申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：张志军20070108镗铣加工中心电气控制系统研究与数控系统二次开发作者：牟峰学位授予单位：沈阳理工大学相似文献(8条)1.期刊论文何庆稀.付炎杰.闵林峰谈选择立式镗铣加工中心的主要考虑因素-设备管理与维修2006(4)从系统功能、主轴选用、伺服驱动单元选择、关键机械件性能要求、ATC配置等方面介绍加工中心选型时应考虑的问题.2.学位论文唐永祥MC1600卧式镗铣加工中心数控系统改造2003数控机床以其高效率和稳定的质量品质日益成为现代制造领域的基础装备,以数控技术为核心的数控系统装配和制造水平已经成为衡量一个国家制造水平的标志.中国已经把加快产品设备的更新、改造作为提升中国制造水平的手段.而机床的数控改造以其成本低,周期短,已经成为现阶段众多公司的首选方式.因此,应用新型数控系统改造旧机床的研究具有重要的现实意义.该课题的研究是基于对新兴铸管股份有限公司MC1600卧式镗铣加工中心数控系统改造进行的.该文结合数控技术,通过对旧机床各部分分析,提出了改造方案和新数控系统选型配置,并结合加工中心对主要机床参数进行了分析设定.针对西门子840D数控系统特点和旧机床控制系统的要求,对机床PLC控制程序进行了详细的电气系统设计和调试.通过对数控进给伺服系统原理的理论分析,降阶简化系统,建立了控制系统的数学模型,并采用PID控制算法对系统进行控制,改善了系统性能,完成了伺服系统驱动参数的优化和匹配,满足了机床控制系统的要求.通过仿真计算和实际现场参数整定表明,这种数学模型降阶处理简化和PID控制算法的理论分析是正确有效的.通过现场调试后几个月的实际生产,机床运行稳定可靠,加工精度高,恢复了机床原有加工能力,厂方对机床改造结果比较满意.该文所做的工作,对其它数控系统改造具有较大的实用参考价值.3.期刊论文左家圣.左旭坤数控机床自动对刀仪的设计-中国设备工程2006(12)本文提出了一种与机床数控系统配套使用的简便自动对刀法,并针对车削与镗铣加工的不同特点,分析了自动对刀仪传感元件的不同结构.4.学位论文林浒数控系统的开放式结构和智能控制方法的研究及应用2004随着信息技术、控制技术与制造技术的不断融合以及企业制造模式的变革，现代数控技术迅速发展，“开放式结构”和“智能化控制”已经成为当今数控技术和数控系统发展的重要方向。基于这一技术发展趋势，近年来中国科学院沈阳计算技术研究所和高档数控国家工程中心，先后承担了中国科学院知识创新工程重大项目“开放式和智能化的数控系统平台”、国家信息产业部电子信息产业发展基金项目“高性能数控系统”、辽宁省重大科技攻关项目“大型镗铣加工中心用数控系统”及沈阳市重大科技攻关项目“高速、高精数控机床及成套数控装备”，并正在参与国家有关开放式控制器标准的制定工作。我参加并负责这些项目的研发。国家的战略需求促使项目承担单位开展了开放式数控系统相关技术及智能控制方法的研究，以期掌握先进的技术，开发出高性能数控产品，缩小与发达国家的差距，提高我国数控产业技术水平。开放式数控系统的研究始于上世纪90年代，目前国际上有关机构正在对开放式数控系统研究与应用情况进行评估，并正在开展后续项目的研究。国内的开放式数控系统的研究与开发尚不成熟，虽然各个系统都向基于PC的体系结构方向发展，但在具体的实施开发中仍然存在一些问题，特别是应用系统的开放性还相差甚远。通过对OSACA、OMAC、OSEC以及OCEAN等研究计划的总结与分析，本文开展了如下的研究：·控制器实时平台及通信平台的研究。实时平台与通信平台的建立是解决开放式控制器可移植、可伸缩及互操作的关键，为此，本文通过分析控制器的实时通信要求，引入了开放式控制器的通信平台——基于共享存储区的RCS通信中间件系统；通过对开放式控制器性能需求的混杂性特点分析，引出控制器实时平台的需求与选择问题；通过对多种实时化的Linux系统进行分析和比较以及对基于开放源的RTLinux系统的实时性能的深入研究和实际测试与分析，论证了其作为开放式控制器实时平台的可行性及优势。·基于组件技术开放式控制器参考框架的研究。组件的即插即用特性，为实现开放式控制器的互换性及可扩展性提供了技术支持。然而，现有的组件技术由于侧重系统功能的描述，在描述控制器的性能及行为方面存在着相应的问题。为此，本文在分析现有实时组件技术的基础上，提出了一个基于端口的实时组件模型，设计并实现了其软件模板。同时以常见的层次化控制结构为出发点，从控制关系、功能描述、行为描述及定时描述等四个方面，给出了基于实时组件的多视角控制器参考框架。·开放式控制器实现技术的研究。实时通信平台及基于组件的参考框架的建立，为开放式控制器的设计与实现奠定了基础。本文通过对传统基于三层体系结构的控制器实现方法的分析，提出一种基于虚拟机的四层体系结构思想，建立了具体的实现框架，并在数控机床上进行了验证。尽管控制策略的智能化被认为是提高新一代数控系统控制性能的有效手段，是实现“智能数控”的基础技术，然而，现代的数控系统其控制策略还主要以经典控制论方法为主。由于控制环节中相互耦合的部件过多，控制策略的更新几乎是不可能或非常困难的事。为此，本文从滑动控制、模糊控制及自适应控制的角度出发，探讨了针对数控系统运动轴非线性特性的智能控制设计方法与实现技术，具体研究内容如下：·轴控制器非线性特性的分析。通过探讨反向间隙、死区的非线性特性，分析了传统补偿方法的局限性。从滑动控制的角度，给出了轴控制器的目标函数，并建立了针对伺服轴的模糊滑动控制器设计方法。·基于模糊滑动控制器的轴控制器设计与实现方法的研究。基于IEC1131-7标准，在本文建立的原型系统中设计并实现了一个模糊滑动控制器，对实际的控制对象进行测试与验证。·自校正模糊滑动控制器的研究。在分析轴控制器中多种非线性特性间耦合效应的基础上，探讨了模糊滑动控制器在处理多种非线性问题时的局限性。在此基础上，将自适应控制引入模糊滑动控制器，提出了一个自校正模糊滑动控制器，为控制器策略的智能化提供了一条新的解决途径。5.期刊论文李刚用于复合机床的多通道五轴联动数控系统DASEN20-世界制造技术与装备市场2008(3)经过多年拼搏,大连大森数控技术股份有限公司已开发出具有自主知识产权的五轴五联动全闭环车削加工中心数控系统,五轴五联动全闭环镗铣加工中心数控系统DASEN18和纳米级四轴四联动全闭环加工中心数控系统DASEN16i和四通道磨床CNC数控系统,并掌握了多通道技术.6.学位论文卢艳军开放式数控原型系统结构及运动控制的研究与应用2005随着信息技术和制造技术的不断融合以及企业制造模式的变革，现代数控技术得到了飞速的发展，它已经成为现代制造业实现自动化、柔性化、智能化、集成化和网络化的基础。目前，对开放式数控系统的研究和开发已经成为该领域的研究热点。开放式数控系统的研究始于20世纪90年代，目前国际上有关机构正在对开放式数控系统的研究与应用情况进行评估，并正着手开展后续项目的研究。在国内，开放式数控系统的研究与开发处于初级阶段，虽然各个系统都向基于PC的体系结构方向发展，但在具体的实施开发过程中还存在很多问题，特别是对于应用系统开放性的研究和国外还相差甚远。本文以中国科学院知识创新工程重大项目“开放式和智能化的数控系统平台”和辽宁省重大科技攻关项目“高速、高精镗铣加工中心数控系统及设备开发”为研究平台，具体地分析和总结了国外的NGC、OMAC、OSACA、OSEC及OCEAN研究计划，以及正在开展的后续研究项目的研究情况，在此基础上，对开放式数控系统的体系结构和系统的实现进行了全方位的研究，对数控系统中的有关控制问题也进行了较深入的探索。本文主要围绕开放式数控原型系统这个中心展开研究工作，从原型系统参考框架的提出，到系统实时平台和通信平台的选择、系统功能要素的确定、层次化体系结构的建立、系统的设计与实现等多个方面，对基于PC的开放式数控系统进行了较全面的研究，建立了完整的开放式数控原型系统，并对数控系统中的加减速控制和进给伺服系统的摩擦补偿控制方法也进行了研究和探索，提出了相应的控制方法。具体的研究工作如下：1.有关开放式数控系统实时平台及通信平台的研究实时平台和通信平台的建立是数控系统实现可移植、可伸缩及互操作的关键。本文分析了开放式数控系统对实时平台的要求，比较了新近的几种开发平台，确定基于开放源的RT-Linux系统作为开发系统的实时平台，并根据数控系统实时通讯的需求，引入了开放式数控系统的通信平台，即基于共享存储区的RCS通信中间件系统。2.基于虚拟机的四层体系结构的提出通过对传统基于三层体系结构的数控系统的分析，借鉴计算机软件技术中的虚拟机概念，提出了基于虚拟机的四层体系结构的思想，建立了开放式数控原型系统的参考框架。3.开放式数控原型系统体系结构及功能模块的研究本文对开放式数控原型系统的层次化结构进行了具体分析，从层次化控制结构、系统控制流、系统数据流和模块组织结构等从多角度描述了该系统，具体地设计了数控系统中的运动控制器模块和I/O控制器模块，实现了模块的功能。4.加工测试和系统验证为验证论文的研究成果，搭建了数控系统平台。并基于NC-210硬件系统，对原型系统的功能在数控铣床上进行了测试和验证。5.实时插补中的加减速控制的研究本文在分析了现有的加减速控制方法的基础上，对S曲线加减速控制进行了深入的研究，通过在系统中的运行验证了该方法的有效性；并在此基础上，进一步探索了面对复杂曲面加工时，实时插补中加减速控制的问题，提出了基于模糊数学理论的模糊加减速控制方法。6.进给伺服系统摩擦补偿控制的研究通过对进给伺服系统中摩擦问题的详细分析，估计了摩擦对数控加工轮廓误差的影响，设计了一种基于规则的摩擦补偿模糊控制器，很好的补偿了进给系统中摩擦的影响。最后在不同进给速度的情况下，对模糊控制器进行了仿真加工和试验加工，充分证明了该控制方法在控制性能上优于传统的控制。7.期刊论文昝华.薛凤举.ZANHua.XUEFengju数控加工中在线测量的应用探析-制造技术与机床2007(5)数控机床加工中的在线检测是一种基于计算机技术的自动测量技术,其检测过程融于数控加工的内容之中,并由数控程序来控制.能使操作者及时发现工件加工中存在的误差,并反馈给数控系统,以改变机床的运动参数,更好地保证加工质量.文章结合DIXI50-UP镗铣加工中心对箱体零件加工的工件原点标定的过程,介绍了BLUM测头的具体应用方法.8.学位论文张伟强五轴联动数控加工中心后置处理器软件开发2006数控加工技术具有切削速度高、进给速度大、加工效率高、加工成本低、加工精度高等一系列优点，是一项极具发展潜力的新兴技术，它必将成为二十一世纪初切削加工技术发展的主要趋势。如果将CAD/CAM技术与数控加工技术相结合势必大大提高数控加工的速度与质量。目前，从技术上讲，由于CAD/CAM系统硬件和软件的发展，对加工对象、加工系统建立三维模型、运用图形交互的方法实现刀具路径的生成、加工过程仿真和干涉碰撞检查已经是可行的，但目前国内许多CAD/CAM软件用户对软件的应用只停留在CAD模块上，对CAM模块的应用效率不高，其中一个非常关键的原因就是在CAM软件和数控机床之间缺少了起桥梁作用的专用后置处理器。首先，由于不能根据指定的数控机床的特点及其NC程序格式的要求进行直接的分析、判断和处理，所以无法将刀轨文件转换成数控机床所能直接识别、进而驱动和控制机床实施加工的NC程序；其次，CAM软件只配备通用后置处理器，必须根据数控机床特点进行二次开发，这严重影响CAM模块的使用效率。因此，专用的后置处理器的开发势在必行。本文以PAMA数控镗铣加工中心为研究对象，根据加工中心的特点及其数控系统FIDIAC20的要求在VB6.0平台上编写了专用后处理软件CATIA-FIDIAC20。该软件可以对铣操作的刀轨文件进行处理得到相应的NC文件，并且提供了刀具管理数