本發(fā)明涉及一種基于PC的數(shù)控機床全閉環(huán)控制系統(tǒng)，適用于機械領域。

背景技術：

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(tǒng)的封閉式專用數(shù)控系統(tǒng)沒有強有力的體系結(jié)構(gòu)支撐平臺，無法勝任可靠的軟件擴展功能，不利于發(fā)揮數(shù)控機床自動控制、高效加工的優(yōu)勢。機床自適應控制方法將從誤差產(chǎn)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(gòu)建一個開放式計算機數(shù)控系統(tǒng)，由軟件來完成主要的功能，在數(shù)控機床上切削高精度細長軸的過程中，在線檢測并實時調(diào)整輸出量，由伺服系統(tǒng)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(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于PC的數(shù)控機床全閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用適應當前數(shù)控機床發(fā)展潮流的基于PC機的開放式計算機數(shù)控系統(tǒng)，由軟件來完成設定的功能單元，提高了數(shù)控系統(tǒng)的自動化程度，實現(xiàn)了加工精度的全閉環(huán)控制。

本發(fā)明所采用的技術方案是：所述全閉環(huán)的伺服控制，是基于實際加工狀態(tài)變量的在線監(jiān)測和實時控制來調(diào)節(jié)加工參數(shù)(切削速度、進給量等)。這樣，就可消除加工過程中機床狀態(tài)變化和外界擾動的影響，以優(yōu)化加工過程、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量側(cè)。

所述控制系統(tǒng)采用機床自適應全閉環(huán)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(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)分析實時加工的尺寸誤差是否超過了零件精度指標所規(guī)定的公差值，進而自動調(diào)整加工過程參數(shù)，以減小加工誤差。

所述“PC+自適應控制模塊”構(gòu)成開放式結(jié)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)可以在Window、平臺下由用戶自行開發(fā)。借助所插入控制板編寫軟件程序，實現(xiàn)核心功能的用戶定制，得到的數(shù)控系統(tǒng)兼具工業(yè)機的柔性和CNC系統(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)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(xiàn)數(shù)據(jù)快速傳輸和控制，上位機和下位機通過ISA工業(yè)標準總線形式來連接。

DAC2輸出端子用于控制主軸電機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。當D012接通時，變頻器輸出正電壓，主軸正轉(zhuǎn)；當D013接通時，變頻器輸出負電壓，主軸反轉(zhuǎn)。電致伸縮器是利用壓電晶體在電場作用下，產(chǎn)生電致伸縮效應，即電介質(zhì)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(yè)部二十六所研制的WTDS-IC型電致伸縮器和哈爾濱工業(yè)大學機器人教研室研制的PD-III型驅(qū)動電源。

所述數(shù)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)運算處理、模擬圖形顯示以及控制指令輸出等主要任務。

本發(fā)明的有益效果是：該控制系統(tǒng)采用適應當前數(shù)控機床發(fā)展潮流的基于PC機的開放式計算機數(shù)控系統(tǒng)，由軟件來完成設定的功能單元，提高了數(shù)控系統(tǒng)的自動化程度，實現(xiàn)了加工精度的全閉環(huán)控制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的數(shù)控機床全閉環(huán)控制系統(tǒng)。

圖2是本發(fā)明的加工控制流程圖。

圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明的MCT8000F4控制主軸電機運動示意圖。

圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1，全閉環(huán)的伺服控制，是基于實際加工狀態(tài)變量的在線監(jiān)測和實時控制來調(diào)節(jié)加工參數(shù)(切削速度、進給量等)。這樣，就可消除加工過程中機床狀態(tài)變化和外界擾動的影響，以優(yōu)化加工過程、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量側(cè)。

如圖2，控制系統(tǒng)采用機床自適應全閉環(huán)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(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)分析實時加工的尺寸誤差是否超過了零件精度指標所規(guī)定的公差值，進而自動調(diào)整加工過程參數(shù)，以減小加工誤差。

如圖3，“PC+自適應控制模塊”構(gòu)成開放式結(jié)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)可以在Window、平臺下由用戶自行開發(fā)。借助所插入控制板編寫軟件程序，實現(xiàn)核心功能的用戶定制，得到的數(shù)控系統(tǒng)兼具工業(yè)機的柔性和CNC系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

如圖4，數(shù)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(diào)整，作者采用電致伸縮器。該裝置能保證支架與工件之間產(chǎn)生一個微小的相對位移。

數(shù)據(jù)采集卡的主要功能是對模擬信號進行數(shù)字采樣、組合，或者直接接收由前端檢測環(huán)節(jié)調(diào)理好的數(shù)字量，并快速傳輸給計算機內(nèi)存來分析和后期處理。其工作程序包含信號采集和調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、觸發(fā)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(tǒng)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(xiàn)數(shù)據(jù)快速傳輸和控制，上位機和下位機通過ISA工業(yè)標準總線形式來連接。

DAC2輸出端子用于控制主軸電機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。當D012接通時，變頻器輸出正電壓，主軸正轉(zhuǎn);當D013接通時，變頻器輸出負電壓，主軸反轉(zhuǎn)。電致伸縮器是利用壓電晶體在電場作用下，產(chǎn)生電致伸縮效應，即電介質(zhì)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(yè)部二十六所研制的WTDS-IC型電致伸縮器和哈爾濱工業(yè)大學機器人教研室研制的PD-III型驅(qū)動電源。

如圖5，數(shù)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)運算處理、模擬圖形顯示以及控制指令輸出等主要任務。