基于CPAC的轉(zhuǎn)塔沖床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1 前言1.1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀在1932年國(guó)外就產(chǎn)出了常規(guī)控制的簡(jiǎn)單型沖模回轉(zhuǎn)頭沖壓機(jī)床，一直到1955年才出現(xiàn)第一臺(tái)NC（Numerical Control）數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床，到1970的時(shí)候又出現(xiàn)了第一臺(tái)CNC（Computer Numerical Control）數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床。漸漸的隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床也得到了較大發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷提高。當(dāng)前，日本、美國(guó)和德國(guó)等諸多發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的使用已日漸普及。隨著當(dāng)今裝備制造業(yè)高效快速制造的進(jìn)展，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床也在朝著功能更加強(qiáng)大，性能更加穩(wěn)定，柔性更大，適應(yīng)各種批量生產(chǎn)的方向前進(jìn)。當(dāng)前，世界上生產(chǎn)數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的廠家主要有十幾

2、家，比如：日本AMADA，德國(guó)TRUMPF，芬蘭INN-POWER瑞士ASKIN等公司。我國(guó)研究數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床起步比較晚，近幾年我國(guó)鈑金也不斷發(fā)展以及引進(jìn)國(guó)外尖端技術(shù)，漸漸的越來(lái)越多的廠家已經(jīng)逐漸掌握制造技術(shù)和數(shù)控沖床設(shè)計(jì)，并生產(chǎn)出大量產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。當(dāng)前，內(nèi)地有能力生產(chǎn)四軸及以上數(shù)控沖床的公司主要有金方圓、楊力、威壓、捷邁等。雖然內(nèi)地的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床得到了較大發(fā)展，然而仍然無(wú)法與發(fā)達(dá)國(guó)家相比擬，甚至說(shuō)比較落后，很多關(guān)鍵技術(shù)仍依賴國(guó)外進(jìn)口例如數(shù)控系統(tǒng)、大功率伺服電機(jī)。1.2數(shù)控系統(tǒng)1.2.1產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控沖床的重要組成部分，數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)的進(jìn)步是數(shù)控沖床許多指標(biāo)提高和功能實(shí)現(xiàn)的前提。數(shù)控

3、系統(tǒng)絕大多數(shù)采用32位CPU使其運(yùn)行處理速度大幅提高；內(nèi)存容量加大；許多由外部機(jī)電結(jié)構(gòu)提高了可靠性；人機(jī)界面更加友好。數(shù)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)越來(lái)越接近，帶硬盤(pán)、軟驅(qū)，以Windows操作系統(tǒng)位平臺(tái)更便于主機(jī)制造商個(gè)性化開(kāi)發(fā)，使用更方便。近年來(lái)科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，汽車(chē)電子行業(yè)飛速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的使用性能、各項(xiàng)精度和加工效率日漸提高，因此對(duì)加工產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)設(shè)備也提出了更高的要求。在這種環(huán)境下，出現(xiàn)了數(shù)控的概念，“數(shù)控”是計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的簡(jiǎn)稱，英文縮寫(xiě)為CNC（Computer Numerical Control ）?！皵?shù)控技術(shù)”起源于數(shù)控機(jī)床，是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)與機(jī)械技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是機(jī)械自

4、動(dòng)化的基礎(chǔ)。廣泛用于各種“機(jī)電一體化產(chǎn)品”而數(shù)控系統(tǒng)（Numercial Control System）是數(shù)控機(jī)床的核心。 數(shù)控系統(tǒng)正朝著以下的方向前進(jìn)：（1）小型化與智能化數(shù)控系統(tǒng)。（2）高速化運(yùn)算，高精度化控制。（3）軟件化數(shù)控系統(tǒng)。（4）模塊化與通用化數(shù)控系統(tǒng)。（5）高可靠性數(shù)控系統(tǒng)。1.2.2結(jié)構(gòu)與分類(lèi) 數(shù)控系統(tǒng)（CNC）裝置由軟件和硬件組成。硬件主要有微處理器、存儲(chǔ)器、位置控制、輸入輸出接口、可編程控制器、圖形控制、電源等模塊組成。軟件由管理軟件和控制軟件組成。管理軟件系指零件加工程序的輸入輸出、系統(tǒng)的顯示功能和診斷功能。控制軟件則包括譯碼處理、刀具補(bǔ)償、插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制和速度控制

5、。數(shù)控機(jī)床是指采用數(shù)字形式信息控制的機(jī)床。詳言之，凡是用數(shù)字化的代碼將零件加工過(guò)程中所需要的各種操作和步驟以及道具與工件之間的相對(duì)位移量等記錄在程序介質(zhì)上，送入計(jì)算機(jī)或控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)譯碼、運(yùn)算及處理，控制機(jī)床的道具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出所需的工件的一類(lèi)機(jī)床即數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、CNC裝置（或稱CNC單元）、伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置（或稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)）、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本身及測(cè)量裝置組成。其中除床身外的部分統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)化加工的核心。其基本組成包括：運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、運(yùn)動(dòng)控制模塊、端子板。運(yùn)算器和存儲(chǔ)器是數(shù)控系統(tǒng)的核心

6、，負(fù)責(zé)程序的相關(guān)操作。運(yùn)動(dòng)控制模塊是連接電機(jī)運(yùn)動(dòng)和程序執(zhí)行的紐帶，運(yùn)動(dòng)控制模塊根據(jù)激振脈沖信號(hào)可以控制電機(jī)的啟停和速度快慢，可以處理限位脈沖觸發(fā)和電機(jī)異常運(yùn)動(dòng)等情況，可以按照程序代碼的命令控制電機(jī)完成相應(yīng)的動(dòng)作，可以完成插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)、開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制。端子板主要是I/O單元，是控制傳感器脈沖信號(hào)的輸入或開(kāi)關(guān)脈沖信號(hào)的輸入輸出。依照數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)不同可將其分為兩類(lèi)：（1）專用型數(shù)控系統(tǒng)：在數(shù)控系統(tǒng)的早期發(fā)展中，各個(gè)廠家分別獨(dú)立開(kāi)發(fā)出自己的數(shù)控系統(tǒng)，這包括電路的設(shè)計(jì)、軟件的設(shè)計(jì)、接口的定義以及輔助元件的設(shè)計(jì)。典型的生產(chǎn)公司包括日本的三菱、德國(guó)的西門(mén)子、西班牙的發(fā)格、意大利的裴迪亞等。這類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)的缺

7、點(diǎn)是各個(gè)廠家之間的產(chǎn)品模塊不通用。（2）開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)：傳統(tǒng)意義上的數(shù)控系統(tǒng)是一種封閉式專用系統(tǒng)，存在著各個(gè)廠家的產(chǎn)品之間以及與通用PC機(jī)之間兼容性差，維修和升級(jí)困難，成本高等問(wèn)題。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，各國(guó)爭(zhēng)相研究開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。開(kāi)放式結(jié)構(gòu)采用通用計(jì)算機(jī)PC以及配套模塊共同建立開(kāi)放式體系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使控制系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，從而實(shí)現(xiàn)可兼容性、系列化、可擴(kuò)充性和易更新?lián)Q代，大大提高了通用性實(shí)現(xiàn)了資源資源共享，減少了系統(tǒng)研究和制造的花費(fèi)，大大縮短了研發(fā)周期，提高了資源利用率和數(shù)控產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如下：圖1-2 開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)主要可分為兩種：第一種：PC+PLC

8、,PC是通用計(jì)算機(jī)，PLC可以采用內(nèi)嵌和外接兩種方式。PLC可以對(duì)電機(jī)控制模塊進(jìn)行選配，電機(jī)控制模塊可以直接控制電機(jī)的速度、位置伺服控制以及插補(bǔ)控制。PLC的輸入輸出接口分別連接操作面板和機(jī)床電器。第二種：PC+運(yùn)動(dòng)控制卡，運(yùn)動(dòng)控制卡控制電機(jī)的速度、位置伺服控制及插補(bǔ)控制，運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入輸出接口連接操作面板和機(jī)床電器。與PLC相比較，運(yùn)動(dòng)控制卡的具有強(qiáng)大的電機(jī)控制模塊功能、容易開(kāi)發(fā)及編程、性價(jià)比高、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。1.2.3現(xiàn)狀當(dāng)前，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)外一種相對(duì)成熟的高端技術(shù)，其發(fā)展正在轉(zhuǎn)變當(dāng)中，由封閉型、專用型、開(kāi)環(huán)控制模式逐步向開(kāi)放型、通用型、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、全閉環(huán)控制模式發(fā)展。以集成化為根基

9、，國(guó)外的數(shù)控系統(tǒng)正在向小型化、超薄型發(fā)展；以智能化為平臺(tái)，綜合了多媒體、計(jì)算機(jī)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)學(xué)等學(xué)科，數(shù)控系統(tǒng)正向三高方向發(fā)展：在加工時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)可以進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的自動(dòng)修正和補(bǔ)償。我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)均是以PC為平臺(tái)的多通道、嵌入式和總線式的結(jié)構(gòu)，利用PC的軟件和硬件技術(shù)進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。當(dāng)前，我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的研究有幾個(gè)方向：基于軟件芯片的開(kāi)發(fā)；基于伺服控制總線技術(shù)的開(kāi)發(fā)；基于Windows的開(kāi)發(fā)；基于VC 的開(kāi)發(fā)；基于VB的開(kāi)發(fā)；基于CPAC的開(kāi)發(fā)。1.3 控制平臺(tái)1.3.1 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)固高科技運(yùn)動(dòng)控制器是在以高速數(shù)字信號(hào)處理器DSP為代表的高性能高速微處理器及大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨔

10、PGA的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的?；赑C的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器已成為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用最廣、功能最強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制器，而且在全球范圍內(nèi)得到了廣泛地應(yīng)用。簡(jiǎn)單的說(shuō)，運(yùn)動(dòng)控制器主要用于對(duì)機(jī)械傳動(dòng)裝置的位置、速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使運(yùn)動(dòng)部件按照預(yù)期的軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)完成相應(yīng)的動(dòng)作。根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)和應(yīng)用可將運(yùn)動(dòng)控制器分為以下三種：點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)控制器、連續(xù)軌跡控制運(yùn)動(dòng)控制器、同步控制運(yùn)動(dòng)控制器。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成如下圖所示：圖1-3 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能充分利用PC機(jī)的資源，可以利用第三方軟件完成用戶應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，將生成的應(yīng)用程序指令通過(guò)總線傳輸給運(yùn)動(dòng)控制器。運(yùn)動(dòng)控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的

11、核心，它接受來(lái)自上位機(jī)PC機(jī)地應(yīng)用程序命令，按照設(shè)定的運(yùn)動(dòng)模式，完成相應(yīng)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃（點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、多軸插補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)或多軸同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)），向驅(qū)動(dòng)器發(fā)出相應(yīng)的命令。1.3.2 OtostudioOtostudio是CPAC的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。它是基于IEC61131-3工業(yè)控制語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)軟件。Otostudio不僅功能和結(jié)構(gòu)先進(jìn)而且易于掌握，因而使它成為自動(dòng)化產(chǎn)品市場(chǎng)上首屈一指的編程工具。Otostudio可以將自動(dòng)化控制器變成一臺(tái)實(shí)時(shí)的控制系統(tǒng)。Otostudio提供符合IE61131-3標(biāo)準(zhǔn)的六種編程語(yǔ)言：即指令表語(yǔ)言（IL）、功能塊圖（FBD）、連續(xù)功能圖（CFC）、梯形圖（LD）、結(jié)構(gòu)

12、化文本（ST）、順序功能圖（SFC），同時(shí)也支持C或C+編程語(yǔ)言。項(xiàng)目管理、編輯、人機(jī)界面及調(diào)試功能的使用基于高級(jí)的編程語(yǔ)言。Otostudio集成了HMI編程工具，用戶可方便的進(jìn)行人機(jī)界面的開(kāi)發(fā)。應(yīng)用HMI功能所生成的畫(huà)面可以直接顯示在控制系統(tǒng)的人機(jī)界面上。Otostudio集成了Motion Control Function Block-運(yùn)動(dòng)控制功能模塊。該運(yùn)動(dòng)控制模塊包含了點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)（PTP）、速度運(yùn)動(dòng)（JOG）、位置時(shí)間運(yùn)動(dòng)（PT）、連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)、電子齒輪運(yùn)動(dòng)（GEAR）和電子凸輪運(yùn)動(dòng)（Follow）等運(yùn)動(dòng)控制。此外，還包括“PLCopen”的標(biāo)準(zhǔn)功能。Otostudio集成了本地I/O

13、及遠(yuǎn)程I/O的配置、調(diào)試及診斷功能?？煞奖氵M(jìn)行本地?cái)?shù)字量輸入輸出模塊，遠(yuǎn)程的數(shù)字量輸入，輸出模塊，繼電器輸出模塊，模擬量輸入，輸出模塊的管理，滿足了各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的PLC功能要求。Otostudio集成了OPC Server,可通過(guò)OPC Server方便地實(shí)現(xiàn)與其他程序的通訊。Otostudio自動(dòng)化軟件自動(dòng)完成軸及I/O模塊的初始化，無(wú)需用戶再進(jìn)行初始化工作。此外，Otostudio提供了G代碼解析模塊，機(jī)器人控制功能模塊及其它工藝模塊供用戶選擇，滿足了多種不同行業(yè)的特殊功能要求。開(kāi)發(fā)與應(yīng)用層：應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)、人機(jī)界面的設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、邏輯管理及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互等。實(shí)時(shí)調(diào)度層：綁定在控制器硬件上

14、，用于實(shí)時(shí)運(yùn)行程序及實(shí)時(shí)控制層上的操作指令的調(diào)度，管理本地I/O，遠(yuǎn)程I/O及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，顯示人機(jī)界面。1.4 課題來(lái)源與現(xiàn)實(shí)意義 我國(guó)研究數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床起步比較晚，近幾年我國(guó)鈑金也不斷發(fā)展以及引進(jìn)國(guó)外尖端技術(shù)，漸漸的越來(lái)越多的廠家已經(jīng)逐漸掌握制造技術(shù)和數(shù)控沖床設(shè)計(jì)，并生產(chǎn)出大量產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。當(dāng)前，內(nèi)地有能力生產(chǎn)四軸及以上數(shù)控沖床的公司主要有金方圓、楊力、威壓、捷邁等。雖然內(nèi)地的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床得到了較大發(fā)展，然而仍然無(wú)法與發(fā)達(dá)國(guó)家相比擬，甚至說(shuō)比較落后，很多關(guān)鍵技術(shù)仍依賴國(guó)外進(jìn)口例如數(shù)控系統(tǒng)、大功率伺服電機(jī)。當(dāng)今的裝備控制技術(shù)迅速發(fā)展，正處于一個(gè)快速變革的時(shí)代。從半導(dǎo)體到消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的加工設(shè)備領(lǐng)

15、域，再到汽車(chē)和航空制造業(yè)、輕工業(yè)和物流行業(yè)等多種不同的工業(yè)裝備領(lǐng)域都面臨著日益激烈的全球競(jìng)爭(zhēng)，裝備制造業(yè)需要進(jìn)一步降低價(jià)格、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，迅速完成產(chǎn)品的更新?lián)Q代。采用計(jì)算機(jī)可編程自動(dòng)化控制技術(shù)正是解決這一系列問(wèn)題的有效手段。綜上所述，對(duì)于提高我國(guó)裝備行業(yè)的水平，對(duì)于基于CPAC的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的控制系統(tǒng)的研究就顯得很有必要。1.5 研究?jī)?nèi)容該課題的研究?jī)?nèi)容是依照開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的理論，在PC和固高運(yùn)動(dòng)控制卡的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的數(shù)控系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)，對(duì)各個(gè)模塊所需元件進(jìn)行分析，繪制電路原理圖，機(jī)械零件圖，控制程序設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)塔型數(shù)控沖床(沖?；剞D(zhuǎn)頭壓力機(jī))是用來(lái)對(duì)板材進(jìn)行沖孔和步?jīng)_的壓力機(jī)，在其

16、上滑塊與工作臺(tái)之間，有一對(duì)可以存放若干套模具的回轉(zhuǎn)頭(即轉(zhuǎn)盤(pán))。把待加工的板材夾持在夾鉗上，使板材在上、下轉(zhuǎn)盤(pán)之間相對(duì)于滑塊中心沿x、y軸方向移動(dòng)定位，按規(guī)定的程序選擇所需要的模具，并由滑塊沖擊模具，從而沖出所需尺寸和形狀的孔來(lái)。數(shù)控系統(tǒng)硬件采用集成運(yùn)動(dòng)控制器GUC，軟件平臺(tái)采用CPAC。2 數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床硬件設(shè)計(jì)隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，在沖壓加工領(lǐng)域，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床不僅得到廣泛的應(yīng)用，而且在功能、結(jié)構(gòu)和性能上也有很大發(fā)展。本節(jié)就數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的硬件部分，進(jìn)行介紹、設(shè)計(jì)和說(shuō)明。數(shù)控沖床的操作和監(jiān)控全部在這個(gè)數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控沖床的大腦。與普通沖床相比，數(shù)控沖床有如下特點(diǎn)： 加工精度高，具有穩(wěn)定

17、的加工質(zhì)量； 可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件； 加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間； 沖床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高； 沖床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度； 對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求更高。2.1機(jī)械部分?jǐn)?shù)控沖床的運(yùn)動(dòng)軸：X軸：將工件沿垂直于床身方向移動(dòng)的伺服控制軸Y軸：將工件沿垂直于床身方向移動(dòng)的伺服控制軸A軸：旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)塔型刀具庫(kù)選擇模具的旋轉(zhuǎn)軸C軸：模具自動(dòng)分度的旋轉(zhuǎn)軸，可以任意角度的旋轉(zhuǎn)模具數(shù)控沖床的加工方式：1）單沖：?jiǎn)未瓮瓿蓻_孔，包括直線分布、圓弧分布、圓周分布、柵格孔的沖壓。2）同方向的連續(xù)沖裁：使用長(zhǎng)方

18、形模具部分重疊加工的方式，可以進(jìn)行加工長(zhǎng)型孔、切邊等。3）多方向的連續(xù)沖裁：使用小模具加工大孔的加工方式。4）蠶食：使用小圓模以較小的步距進(jìn)行連續(xù)沖制弧形的加工方法。5）單次成形：按模具形狀一次淺拉深成型的加工方式。6）連續(xù)成形：成型比模具尺寸大的成型加工方式，如大尺寸百葉窗、滾筋、滾臺(tái)階等加工方式。7）陣列成形：在大板上加工多件相同或不同的工件加工方式。數(shù)控沖床的工位：沖床的設(shè)計(jì)原理是將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，由主電機(jī)出力，帶動(dòng)飛輪，經(jīng)離合器帶動(dòng)齒輪、曲軸（或偏心齒輪）、連桿等運(yùn)轉(zhuǎn)，來(lái)達(dá)成滑塊的直線運(yùn)動(dòng)，從主電動(dòng)機(jī)到連桿的運(yùn)動(dòng)為圓周運(yùn)動(dòng)。連桿和滑塊之間需有圓周運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)接點(diǎn)，其設(shè)計(jì)上

19、大致有兩種機(jī)構(gòu)，一種為球型，一種為銷(xiāo)型（圓柱型），經(jīng)由這個(gè)機(jī)構(gòu)將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成滑塊的直線運(yùn)動(dòng)。沖床對(duì)材料施以壓力，使其塑性變形，而得到所要求的形狀與精度，因此必須配合一組模具（分上模與下模），將材料置于其間，由機(jī)器施加壓力，使其變形，加工時(shí)施加于材料之力所造成之反作用力，由沖床機(jī)械本體所吸收。2.1.1 機(jī)械部分簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的設(shè)計(jì)可以分為很多部分，其中主要包括：主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、夾具控制部分設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)塔控制部分設(shè)計(jì)，由于這些部分本課題組中已有人進(jìn)行設(shè)計(jì)，而我的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以本人為了進(jìn)一步了解簡(jiǎn)單沖床，進(jìn)行了簡(jiǎn)單手動(dòng)沖床的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)，該手動(dòng)沖床主要包括主軸部分、

20、工作臺(tái)部分，主軸部分是采用帶輪、齒輪等進(jìn)行傳動(dòng)的，工作臺(tái)主要是通過(guò)絲杠進(jìn)行手動(dòng)進(jìn)給的，機(jī)械部分主要進(jìn)行了手動(dòng)沖床的總裝圖設(shè)計(jì)，之所以沒(méi)有將所有裝配部分剖開(kāi)畫(huà)，是因?yàn)閳D幅受限以及這些部分我們都設(shè)計(jì)過(guò)，在此沒(méi)必要贅述，畫(huà)總裝圖的目的是為了讓我們明白沖床具體包括哪些部分。零件設(shè)計(jì)其實(shí)無(wú)外乎齒輪帶輪的設(shè)計(jì)而已，此處主要進(jìn)行了齒輪的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，齒輪設(shè)計(jì)主要包括齒數(shù)選擇、按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)、按齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)、幾何尺寸計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.2數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的組成原理數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床是高速?zèng)_壓設(shè)備的一種，具有多個(gè)模位，換模方便快速，可實(shí)現(xiàn)快速制造。本課題研究的是數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床為以GUC運(yùn)動(dòng)控制器為平臺(tái)的伺服驅(qū)動(dòng)

21、式數(shù)控沖床，主軸采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)正旋機(jī)構(gòu)，使滑塊往復(fù)上、下運(yùn)動(dòng)，沖擊上轉(zhuǎn)盤(pán)的上模從而實(shí)現(xiàn)對(duì)板材沖裁加工，正旋機(jī)構(gòu)可以大大的擴(kuò)大伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)沖頭的沖擊力。兩轉(zhuǎn)盤(pán)由伺服電機(jī)經(jīng)同步帶輪同步帶動(dòng)，板料的移動(dòng)可由滑動(dòng)夾鉗來(lái)實(shí)現(xiàn)。X、Y軸運(yùn)動(dòng)方向是由伺服電機(jī)、滾珠絲杠副等傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床主要由以下幾部分組成：（1）數(shù)控系統(tǒng)：數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的核心，也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的核心，可以起到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的加工環(huán)境和工作狀態(tài)的作用，并可以接受操作人員進(jìn)行的操作命令，使機(jī)床各部件實(shí)現(xiàn)其各自的功能并協(xié)調(diào)動(dòng)作來(lái)完成加工任務(wù)。數(shù)控系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：主控機(jī)、顯示器、鍵盤(pán)、操作面板和控制軟件組成。（

22、2）伺服系統(tǒng)：伺服系統(tǒng)是數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床運(yùn)動(dòng)控制的最主要的部件之一，可以直接對(duì)各個(gè)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，它可以接收數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)命令，并對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床各軸速度、位置進(jìn)行控制，伺服控制系統(tǒng)主要由：主軸電機(jī)伺服，X軸電機(jī)伺服，Y軸電機(jī)伺服以及T軸即轉(zhuǎn)塔軸電機(jī)伺服組成。（3）電氣系統(tǒng)：電氣系統(tǒng)由主電路、輔助功能控制電路和控制電路三部分組成。交流主電路為強(qiáng)電部分，兩個(gè)控制電路為弱電部分，電氣系統(tǒng)的總體為電氣柜，所有的電氣元件或者與數(shù)控系統(tǒng)連接，或者直接安裝在電氣柜中。（4）機(jī)床床身：主要有底座和外罩，為數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床其他部件提供一個(gè)安裝平臺(tái)，也可以提供良好的抗震性能以使機(jī)床正常工作。（5）傳動(dòng)系統(tǒng)：主要由主軸傳動(dòng)

23、機(jī)構(gòu)，X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和T軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其主要功能是將伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)換成軸的運(yùn)動(dòng)，T軸采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶傳動(dòng)方式，主軸采用正旋機(jī)構(gòu)的方式。（6）輔助部件：主要由轉(zhuǎn)塔定位銷(xiāo)，主軸離合器，工件定位裝置和夾鉗組成。2.3 數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床系統(tǒng)控制方案2.3.1 數(shù)控機(jī)床操作流程將編制的加工程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，具體的操作方法是： 1）啟動(dòng)數(shù)控機(jī)床： 先通過(guò)機(jī)械操作面板啟動(dòng)數(shù)控機(jī)床，接著由CRT/MDI面板輸入加工程序，然后運(yùn)行加工程序。 啟動(dòng)數(shù)控機(jī)床操作 ： 機(jī)床啟動(dòng)按鈕ON 程序鎖定按鈕OFF 編輯操作： 選擇MDI方式或EDIT方式 按（PRGRM）健 輸入程序名 鍵入程序地址符、程序號(hào)字符

24、后按（INSRT）鍵。 鍵入程序段 鍵入程序段號(hào)、操作指令代碼后按（INPUT）鍵。 運(yùn)行程序操作： 程序鎖定按鈕ON 選擇自動(dòng)循環(huán)方式 2） 調(diào)用程序操作： 調(diào)用已儲(chǔ)存在數(shù)控系統(tǒng)中的加工程序，具體的操作方法先通過(guò)機(jī)械操作面板啟動(dòng)數(shù)控機(jī)床，接著調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)的加工程序，然后運(yùn)行程序。 啟動(dòng)數(shù)控機(jī)床操作 ： 機(jī)床啟動(dòng)按鈕ON 程序鎖定按鈕OFF 調(diào)用程序操作 ： 選擇MDI方式或EDIT方式 按（PRGRM）鍵 調(diào)用程序 鍵入程序地址符、程序號(hào)字符后按（INPUT）鍵。 運(yùn)行程序操作： 程序鎖定按鈕ON 選擇自動(dòng)循環(huán)方式 按自動(dòng)循環(huán)按鈕2.3.2 數(shù)控系統(tǒng)控制總體方案隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，通用性數(shù)

25、控系統(tǒng)即開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的需求在不斷加大，鑒于傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)大部分為封閉式系統(tǒng)，各個(gè)廠家產(chǎn)品兼容性差，維修和升級(jí)困難，已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求和期望，從而，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)逐步的成為主流。本課題采用的是PC+運(yùn)動(dòng)控制卡組成的數(shù)控系統(tǒng)的方法，其中GUC包括PC和運(yùn)動(dòng)控制器，下位機(jī)PC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)端口與上位機(jī)連接，利用上位機(jī)來(lái)控制下位機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)VGA與顯示器連接，通過(guò)PS/2與鍵盤(pán)連接，通過(guò)插槽經(jīng)單片機(jī)擴(kuò)展與驅(qū)動(dòng)器連接，然后驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)及編碼器進(jìn)行連接，在此，運(yùn)動(dòng)控制卡獨(dú)立完成邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制，驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)的位置和速度，編碼器和感應(yīng)器來(lái)進(jìn)行精確控制與監(jiān)測(cè)。PC和運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)ISA

26、和PCI接口連接。其硬件組成如下圖：圖2-1 數(shù)控系統(tǒng)控制原理圖2.3.3 運(yùn)動(dòng)控制卡由于運(yùn)動(dòng)控制卡需要控制機(jī)床4個(gè)軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，包括主軸伺服電機(jī)、送料系統(tǒng)的X、Y軸伺服電機(jī)以及上下轉(zhuǎn)塔伺服電機(jī)，同時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡還必須具備驅(qū)動(dòng)繼電器的功能。根據(jù)上而的需求，本課題選用固高公司基于PCI插槽的GT系列四軸運(yùn)動(dòng)控制卡GT-400SV-PCIR.2.3.4伺服控制伺服控制中，profile 輸出的規(guī)劃位置進(jìn)入axis 中，在axis 中進(jìn)行當(dāng)量變換的處理后，輸出到伺服控制器中，伺服控制器將規(guī)劃位置與encoder 的計(jì)數(shù)位置進(jìn)行比較，獲得跟隨誤差，并通過(guò)一定的伺服控制算法，得到實(shí)時(shí)的控制量，將控制量傳遞

27、給dac，由dac 轉(zhuǎn)換成控制電壓來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。axis 需要驅(qū)動(dòng)報(bào)警、正向限位信號(hào)、負(fù)向限位信號(hào)、平滑停止信號(hào)、緊急停止信號(hào)等一些數(shù)字量輸入信號(hào)來(lái)對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行管理；同時(shí)，axis 需要輸出伺服使能信息給數(shù)字量輸出，來(lái)使電機(jī)使能。2.4 電氣部分設(shè)計(jì)2.4.1面板設(shè)計(jì)操作面板主要用于根據(jù)自己的所需要的控制機(jī)床的各種功能及各種動(dòng)作，它主要包括各種按鈕、旋鈕及一些系統(tǒng)各類(lèi)信號(hào)的指示，根據(jù)所設(shè)計(jì)的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床所實(shí)現(xiàn)的基本功能要求設(shè)計(jì)的面板圖如下所示：圖2-3 操作面板部分按鈕功能介紹如下：循環(huán)啟動(dòng)：在自動(dòng)方式下控制機(jī)床按照所編輯好的程序運(yùn)行。進(jìn)給保持：就是隨時(shí)選停。編輯、NC：為兩種程序輸入方式。

28、自動(dòng)、手動(dòng)、MID、回零：工作方式的切換。手動(dòng)沖壓：手動(dòng)使沖頭沖一次。手輪X、手輪Y、T銷(xiāo)入、T銷(xiāo)出：在手動(dòng)方式下手動(dòng)控制對(duì)應(yīng)軸。跳步、單段、空行程：機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。2.4.2 運(yùn)動(dòng)控制卡的連接端子板的CN3接由用戶提供的外部電源。板上標(biāo)有+12V+24V的端子接+12V+24V，標(biāo)有OGND的接外部電源地，至于使用的外部電源的具體的電壓值，取決外部的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的供電要求，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求選擇電源。專用輸入包括：驅(qū)動(dòng)報(bào)警信號(hào)、原點(diǎn)信號(hào)和限位信號(hào)，通過(guò)CN5（CN6、CN7）、CN12與驅(qū)動(dòng)器及外部開(kāi)關(guān)相連。專用輸出包括：驅(qū)動(dòng)允許，驅(qū)動(dòng)報(bào)警復(fù)位。專用輸出通過(guò)端子板CN5、CN6、CN7

29、與驅(qū)動(dòng)器連接。CN5對(duì)應(yīng)1軸，CN6對(duì)應(yīng)2軸，CN7對(duì)應(yīng)3軸。編碼器信號(hào)如果是差動(dòng)輸入，可以直接連接到CN5 (CN6、CN7、CN8) 的A+、A-、B+、B-、C+、C-和VCC、GND；如果是單端輸入信號(hào)，將編碼器信號(hào)連接到CN5 (CN6、CN7、CN8) 的A+、B+、C+和VCC、GND上，同時(shí)將A-、B-、C-懸空。我們熟悉了這些接口以后，對(duì)于我們的電氣原理圖的設(shè)計(jì)非常有幫助，我們通過(guò)CN5(CN6、CN7)將控制卡與伺服控制器連接，伺服控制器再與伺服電機(jī)連接，編碼器也有相應(yīng)的接口連接，下面就是X軸控制電路原理圖：圖2-4 X軸控制原理圖2.4.3其他技術(shù)研究在數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中

30、，基于選用的固高運(yùn)動(dòng)卡只能接收16位的輸入信號(hào)，而實(shí)際用到的輸入信號(hào)大大超出所能提供的，因此需要對(duì)I/O口進(jìn)行擴(kuò)展。I/O擴(kuò)展采用的是用C8051單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展。I/O接口擴(kuò)展圖見(jiàn)下圖，由于圖過(guò)大，所以一部分一部分的介紹，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)串接起來(lái)。圖2-6（1） 電源模塊圖2-6（2） C8051F020單片機(jī)模塊圖2-6（3） 激振器、調(diào)試電路等外圍模塊圖2-6（4）輸入模塊的編碼部分圖2-6（5） 輸入模塊的按鍵部分圖2-6（6） 輸出部分 以上這些部分是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)串接起來(lái)的。2.5 本節(jié)小結(jié)本章起初介紹了數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的原理和結(jié)構(gòu)，并且闡釋了各個(gè)部分的功能；然后了各個(gè)部分的功能；然后進(jìn)行

31、了數(shù)控系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。3 數(shù)控系統(tǒng)軟設(shè)計(jì)如果說(shuō)硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基石，也是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行者，那么，軟件就是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的靈魂，硬件系統(tǒng)各部分之間需要軟件系統(tǒng)來(lái)協(xié)調(diào)與連接，硬件是軟件得以實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)，軟件就是硬件發(fā)揮功效的途徑，只有具有完善軟件系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)才能正常工作，且能實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)各部分的功能。軟件工程是計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)與維護(hù)的學(xué)科，就是采用工程的理念來(lái)開(kāi)發(fā)與維護(hù)軟件。軟件開(kāi)發(fā)必要的步驟包括23:（1）需求分析，分析軟件的開(kāi)發(fā)目標(biāo)和需要的功能。（2）設(shè)計(jì)流程，根據(jù)需求來(lái)設(shè)計(jì)軟件的流程和模塊。（3）編碼和實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)軟件的具體編制。（4）測(cè)試和維護(hù)。3.1 軟件需求分析軟件需求分析就是分析軟

32、件所實(shí)現(xiàn)的功能，主要包括預(yù)期的目標(biāo)、軟件功能和軟件維護(hù)等。3.1.1 預(yù)期目標(biāo)軟件的預(yù)期目標(biāo)是整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)的向?qū)?，它指?dǎo)我們確定軟件的具體功能，指導(dǎo)我們確定軟件的驗(yàn)收基準(zhǔn)，該課題軟件的預(yù)期目標(biāo)有：（1）協(xié)調(diào)硬件系統(tǒng)正常工作。（2）為操作人員提供良好的可視化操作環(huán)境。（3）可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)基本的參數(shù)要求。3.1.2 軟件功能軟件的功能是根據(jù)具體的需求以及預(yù)期目標(biāo)來(lái)確定的，程序編碼和實(shí)現(xiàn)是以軟件的功能為重要依據(jù)的，該課題的軟件功能主要有：（1）友好的界面：界面操作通用化，便于操作人員學(xué)習(xí)和掌握。（2）直觀化的加工顯示：可以在屏幕上直接看到加工效果和加工進(jìn)度。（3）友好的參數(shù)界設(shè)置面：每個(gè)參數(shù)都有注

33、解，利于操作人員進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。（4）多種操作方式：手動(dòng)、自動(dòng)、編輯、MDI和回零。（5）自動(dòng)診斷功能：當(dāng)發(fā)生異常時(shí)給出提示，以便操作人員排除故障。該控制系統(tǒng)的研發(fā)是采用GUC控制平臺(tái)的方式，其中上位機(jī)實(shí)現(xiàn)代碼處理，顯示，仿真，刀具庫(kù)管理，參數(shù)以及對(duì)下位機(jī)傳達(dá)指令等功能，所以需要繪制系統(tǒng)軟件流程圖。3.1.3 軟件的完善及維護(hù)軟件開(kāi)發(fā)是一個(gè)不斷反饋的過(guò)程，經(jīng)過(guò)初期開(kāi)發(fā)，軟件可以正常投入使用并不代表軟件就已經(jīng)很完善，此時(shí)軟件仍然會(huì)存在一些細(xì)節(jié)上的問(wèn)題，這便需要軟件的后續(xù)開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行持續(xù)開(kāi)發(fā)和維護(hù)。軟件的完善及維護(hù)需要一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，故在編寫(xiě)代碼的時(shí)候要進(jìn)行代碼的詳細(xì)注解，提供編程文檔。軟件的完

34、善及維護(hù)的主要工作便是針對(duì)使用過(guò)程中的問(wèn)題對(duì)軟件進(jìn)行小范圍的修改。193.2 軟件模塊的劃分根據(jù)功能要求可將軟件分為以下幾個(gè)模塊：（1）界面設(shè)計(jì)模塊：操作的各個(gè)層次結(jié)構(gòu)及布局；（2）參數(shù)設(shè)置模塊：刀具參數(shù)，伺服參數(shù)等參數(shù)的設(shè)置；（3）定時(shí)檢測(cè)輸入輸出模塊：檢測(cè)輸入輸出情況；（4）運(yùn)動(dòng)控制模塊：向各個(gè)軸傳遞信號(hào)；（5）報(bào)警診斷模塊：再出現(xiàn)異常時(shí)報(bào)警并停止動(dòng)作。3.3 軟件編碼與實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)界面外在表現(xiàn)為用戶界面，其基本功能是將各種功能信息以直觀化的方式展現(xiàn)給用戶，并把用戶的選擇傳輸?shù)焦た貦C(jī)執(zhí)行層，它還決定了數(shù)控系統(tǒng)的交互模式，即決定了數(shù)控系統(tǒng)的事件響應(yīng)機(jī)制：優(yōu)秀的用戶界面應(yīng)當(dāng)界面友好，親和力強(qiáng)，

35、能夠最大限度的反饋系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，讓出版方便掌握系統(tǒng)的運(yùn)行24。3.3.1 用戶界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面有機(jī)部分組成：（1）圖形顯示區(qū)：用于顯示圖形加工情況或各軸運(yùn)動(dòng)軌跡。（2）代碼顯示區(qū)：用于顯示手動(dòng)輸入的代碼或傳輸?shù)腘C代碼。（3）功能按鈕欄：從F1-F10對(duì)應(yīng)十個(gè)功能，F(xiàn)1(打開(kāi))、F2（保存）、F3（圖像）、F4（代碼）、F5（提示）、F10(菜單)。（4）用戶鍵盤(pán)：主要用于手動(dòng)編程。（5）提示框區(qū)：顯示加工過(guò)程的錯(cuò)誤。（6）基本信息提示：顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)。該系統(tǒng)的簡(jiǎn)易面板圖如下：圖3-1 人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.4 將數(shù)控系統(tǒng)與CPAC連接通過(guò)CPAC進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)乃至對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的控制

36、，CPAC可以實(shí)現(xiàn)8軸的控制，在此我們僅需要控制3軸，這樣就是工作更加簡(jiǎn)單，在CPAC軟件平臺(tái)上對(duì)每一個(gè)軸編寫(xiě)程序，首先選擇控制模式，然后就可以編程，編譯，運(yùn)行了。3.5本節(jié)小結(jié)本節(jié)首先從軟件工程的角度出發(fā)介紹了數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床數(shù)控系統(tǒng)軟件大體框架，利用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行了軟件功能模塊劃分，根據(jù)功能要求，進(jìn)行軟件的人機(jī)界面設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)要說(shuō)明了數(shù)控系統(tǒng)與CPAC的鏈接。4測(cè)試實(shí)驗(yàn)4.1測(cè)試平臺(tái)在進(jìn)行了數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件的初步開(kāi)發(fā)后，為了為了測(cè)試數(shù)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)和使用性能，并且為了更深入的查找該數(shù)控系統(tǒng)存在的各種問(wèn)題，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行測(cè)試運(yùn)行工作是必不可少的。本節(jié)的主要內(nèi)容就是分析和搭建測(cè)試平

37、臺(tái)，然后進(jìn)行相關(guān)測(cè)試檢測(cè)等一系列的操作。4.1.1主體框架的搭建在搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)過(guò)程中，鑒于工控機(jī)和PC的借口及功能一致，并且學(xué)校非工地，所以用PC機(jī)來(lái)取代工控機(jī)，作為平臺(tái)的控制樞紐。所采用的運(yùn)動(dòng)控制器是深圳固高科技有限公司生產(chǎn)的GT系列，該系列運(yùn)動(dòng)控制卡采用PCI借口，可提供四根軸的伺服驅(qū)動(dòng)，并支持四軸聯(lián)動(dòng)，擁有16個(gè)IO通用輸入和16個(gè)IO通用輸出。伺服驅(qū)動(dòng)器采用松下Minas A4 系列AC 伺服驅(qū)動(dòng)器。4.1.2 軸的定義在數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床系統(tǒng)中有5根軸，其中X軸，Y軸，T軸是我們所必須考慮的，這里由于硬件條件和時(shí)間的限制，主軸和C軸，我們暫時(shí)不予考慮。4.1.3 測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成如

38、下所示 ：（1）控制器為運(yùn)動(dòng)控制器，是控制系統(tǒng)的核心，完成運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制的功能；（2）端子板為控制器的IO板，用于轉(zhuǎn)接運(yùn)動(dòng)控制器的輸入輸出信號(hào)；（3）轉(zhuǎn)接器用于模擬各種故障，可利用板卡IO控制接線的通斷；（4）驅(qū)動(dòng)器為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分，驅(qū)動(dòng)各種電機(jī)運(yùn)動(dòng)；（5）執(zhí)行結(jié)構(gòu)主要包括電機(jī)以及傳感器等。4.2實(shí)例操作首先，在CPAC自動(dòng)變成平臺(tái)上編寫(xiě)實(shí)例程序，然后運(yùn)行程序看看個(gè)各軸的運(yùn)動(dòng)是不是象想象的那樣運(yùn)動(dòng)。程序1限位模擬：IF Start THENrtn = GT_ClrSts(1,8);rtn = GT_SetSoftLimit(AXIS,20000,-20000);rtn = GT_PrfTr

39、ap(AXIS);rtn = GT_GetTrapPrm(AXIS,ADR(trap);trap.acc = 0.125;trap.dec = 0.125;rtn = GT_SetTrapPrm(AXIS,ADR(trap);rtn = GT_SetVel(AXIS,50);rtn = GT_SetPos(AXIS,);rtn = GT_Update(SHL(1,(AXIS-1);Start:=0;END_IFrtn = GT_GetSts(AXIS,ADR(sts),1,0);rtn = GT_GetPrfPos(AXIS,ADR(prfPos),1,0);程序2運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)，當(dāng)一個(gè)軸運(yùn)動(dòng)到

40、位以后啟動(dòng)另一個(gè)軸運(yùn)動(dòng)，程序如下：PROGRAM MainVAR CONSTANTAXIS_X:INT:=1;AXIS_Y:INT:=2;END_VARVAREnable:BOOL:=TRUE;Rtn:INT;Pid:Tpid;Trap: TTrapPrm;Sts:DINT;posX,posY:DINT;prfPos,prfVel:LREAL;Current_axis:INT:=1;X_DONE,Y_DONE:BOOL;END_VAR-IF Enable THEN(*讀取X軸PID參數(shù)*)Rtn:= GT_GetPid(AXIS_X,1,ADR(pid);pid.kp:= 10;(*更新X軸P

41、ID參數(shù)*)Rtn:= GT_SetPid(AXIS_X,1,ADR(pid);(*讀取Y軸PID參數(shù)*)Rtn:= GT_GetPid(AXIS_Y,1,ADR(pid);pid.kp:= 10;(*更新Y軸PID參數(shù)*)Rtn:= GT_SetPid(AXIS_Y,1,ADR(pid);(*X軸伺服使能*)Rtn:= GT_AxisOn(AXIS_X);(*Y軸伺服使能*)Rtn:= GT_AxisOn(AXIS_Y);(*X軸規(guī)劃位置清零*)Rtn:= GT_SetPrfPos(AXIS_X,0);(*X軸編碼器位置清零*)Rtn:= GT_SetEncPos(AXIS_X,0);(*根

42、據(jù)Profile的規(guī)劃位置重新計(jì)算Axis的規(guī)劃位置*)(*根據(jù)Encoder的實(shí)際位置重新計(jì)算Axis的實(shí)際位置*)Rtn:= GT_SynchAxisPos(SHL(1,AXIS_X-1);(*設(shè)置X軸到位誤差帶*)Rtn:= GT_SetAxisBand(AXIS_X,20,5);(*Y軸規(guī)劃位置清零*)Rtn:= GT_SetPrfPos(AXIS_Y,0);(*Y軸編碼器位置清零*)Rtn:= GT_SetEncPos(AXIS_Y,0);(*根據(jù)Profile的規(guī)劃位置重新計(jì)算Axis的規(guī)劃位置*)(*根據(jù)Encoder的實(shí)際位置重新計(jì)算Axis的實(shí)際位置*)Rtn:= GT_Sy

43、nchAxisPos(SHL(1,AXIS_Y-1);(*設(shè)置Y軸到位誤差帶*)Rtn:= GT_SetAxisBand(AXIS_Y,20,5);(*X軸設(shè)為點(diǎn)位模式*)Rtn:= GT_PrfTrap(AXIS_X);(*讀取X軸點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)參數(shù)*)Rtn:= GT_GetTrapPrm(AXIS_X,ADR(trap);trap.acc:= 1;trap.dec:= 0.5;(*設(shè)置X軸點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)參數(shù)*)Rtn:= GT_SetTrapPrm(AXIS_X,ADR(trap);(*設(shè)置X軸的目標(biāo)速度*)Rtn:= GT_SetVel(AXIS_X,10);(*Y軸設(shè)為點(diǎn)位模式*)Rtn:= G

44、T_PrfTrap(AXIS_Y);(*讀取Y軸點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)參數(shù)*)Rtn:= GT_GetTrapPrm(AXIS_Y,ADR(trap);trap.acc:= 1;trap.dec:= 0.5; (*設(shè)置Y軸點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)參數(shù)*)Rtn:= GT_SetTrapPrm(AXIS_Y,ADR(trap);(*設(shè)置Y軸的目標(biāo)速度*)Rtn:= GT_SetVel(AXIS_Y,10);posX:= 10000;posY:= 20000;(*設(shè)置X軸目標(biāo)位置*)Rtn:= GT_SetPos(AXIS_X,posX);(*啟動(dòng)X軸的運(yùn)動(dòng)*)Rtn:= GT_Update(SHL(DINT#1, AXIS_

45、X-1);Enable:=FALSE;END_IF(*等待X軸進(jìn)入誤差帶*)GT_GetSts(Current_axis,ADR(sts),1,0);GT_GetPrfPos(Current_axis,ADR(prfPos)1,0);GT_GetPrfVel(Current_axis,ADR(prfVel)1,0);IF 16#800 = ( sts AND 16#800 ) ) THENIF NOT(X_DONE) THEN(*設(shè)置Y軸目標(biāo)位置*)Rtn:= GT_SetPos(AXIS_Y,posY);Rtn:= GT_Update(SHL(DINT#1, AXIS_Y-1);Curren

46、t_axis:=AXIS_Y;X_Done:=TRUE;ELSEY_Done:=TRUE;END_IFEND_IF4.3本節(jié)小結(jié)主張主要介紹數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床數(shù)控系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)的搭建和組成，在實(shí)際研發(fā)過(guò)程中，測(cè)試是一個(gè)不斷進(jìn)行的工程，直到系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，且能實(shí)現(xiàn)研發(fā)目的。5 結(jié) 論5.1 總結(jié)如今數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)蓬勃發(fā)展，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床所需用的數(shù)控系統(tǒng)目前大部分仍然采用進(jìn)口產(chǎn)品，如FANUC、西門(mén)子等。然而國(guó)外的數(shù)控系統(tǒng)功能和性能雖然強(qiáng)大的多，運(yùn)行也比較穩(wěn)定，但是價(jià)格昂貴，進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)不利于國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展以及國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)的提高。在這種情況下，課題組老師希望我們能為裝備事業(yè)的發(fā)展做出一些貢獻(xiàn)。5.2展