了开环控制“1。
后来为了提高加工精度及可控性,课题组引入了半闭环反馈信号加以修正和控制,具体加工控制的流程如图1.2所示。
图1.2系统半闭环控制流程图1.3课题研究的主要内容及评价标准1.3.1课题研究的主要内容 本课题的研究工作建立在本部活塞异型销孔数控镗削系统基础之上。
本课题预期完成的任务之一,就是在具体分析原有销孔镗削系统的加工误差原因基础上,设计一套切实可行的在线终端测量方案,建立相应的测量理论和方法,并对方案进行可行性和可靠性分析。
本课题的任务之二,就是在论证完测量理论的基础上,针对我部的具体情况,设计相应的测量实验装置,获取期望的终端反馈信号,并通过对实验结果的分析,再次对理论进行验证。
本课题根据计算机行业和工控行业发展的趋势,首先在现有数控镗削系统的硬件 (机床本体、驱动伺服结构以及外围接口电路)基础上,利用PCI总线接口卡,编制出在Windows下面实时反馈镗刀径向微进刀量/退刀量的软件,并启动车床进行加工试验。
1.3.2评价标准 评价本课题完成与否的标准是是否达到了如下预期目标: ·推导和建立的测量理论在仿真和误差分析中能较好的达到实验精度要求: · 设计和安装的测量装置在数控镗床上获取的信号能较真实地反映镗刀加工过程 4 第一章绪论 中的径向进刀/退刀量。
根据课题研究内容和评价标准,本文将对两大块进行分别论述,首先介绍全闭环反馈信号获取的基本原理和总体方案,并根据方案对测量系统的精度和误差进行分析;其次根据理论指导设计实验,在软件里完成对系统的三维建模和分析,并加工,在镗床上进行实验,分析实验结果并判定全闭环反馈信号的精度和可靠度。
人连交通人学‘rj秤硕f:学位论文 第二章活塞异型销孔数控镗削系统 本课题的硬件是在我部原活塞镗削数控加工系统的基础上改进完成,利用了原来的配套静压主轴镗床、机床接口电路板以及镗刀微进给装置。
针对原型机在实际加工中出现进刀累积误差,设计了镗刀终端测量装置,实时测量加工过程中镗刀真实的径向进给量。
本章首先介绍了原有镗削系统组成和功能特点,以及后来系统引进半闭环反馈信号所作的改进,然后在此基础上,介绍了本课题研究的加工系统终端实际进给信号的获取 、总体方案。
2.1异型销孔镗削系统的基本原理2.1.1异型销子L的加工成型原理 L·-1H .!)d. f 图2.1活塞异形销孔切片图 本套活塞异型销孔心¨31数控镗削系统建立在我部原有中凸变椭圆活塞外圆车削数控系统的基础上。
其成型原理是:将内喇叭口型活塞销孔表面沿母线方向切片化(如图2.1所示),只要切片足够细密(t足够小),则这些数字化了的切片就能以足够的精度来描述活塞销孔的形状。
在镗削过程中,如果镗刀刀尖的轨迹能准确地通过这些切片点,就能镗削出足够符合要求形状的活塞销孔。
数控系统的任务就在于让镗刀在X方向径向沿预先编好的轨迹S。
=X(Z。
)运动。
其中S表示进刀量,Z,表示第i个截面。
S。
=X(Z;)是根据图纸要求预先计算出来的,并将计算后细分的数据存储在计算机存储器中,在运行加工程序时读入内存以备加工过程中调用。
2.1.2活塞异型销孔镗削系统的硬件组成及工作原理 原开环加工系统H3的基本组成如图2.2所示,主要由镗刀微进给机构、工业控制计算机、驱动电路、交流伺服电机、纵向位置检测元件等部分组成。
在加工过程中,镗床纵向走刀,活塞随着纵向工作台沿着镗杆轴向移动,纵向位置检测元件实时地向控制计 6 第:章活塞异型销孔数控镗削系统算机报告镗刀相对活塞的位置,控制计算机根据销孔轴向位置,用已准备好的活塞销孔文件中的对应位置的径向数据控制交流伺服电机的转动,再驱动镗刀微进给机构,使刀具按要求的规律进刀或者退刀,以加工出所需的活塞销孔形状。
图2.2开环系统工作流程图2.1.3活塞异型销子L镗削系统软件功能模块 本系统的软件是在Dos平台上利用ISA接口的IO卡6403来完成数据输入输出以及位置中断信号的输入,另外用一块定时板(用8253定时芯片)实现精确定时。
软件的功能模块主要有:系统自诊断、系统空运行检查、系统循环运行拷机以及加工运行。
2.2异型销孑L镗削系统的半闭环改进2.2.1系统控制方式的改进 早期的加工系统于2001年研制成功,并在生产实际中得到应用,受到了国内同行的好评。
受研发时问所限,该套加工系统部分采用了我部已有的经过生产实际检验的一些成熟的软、硬件技术,整个系统运行于Dos操作系统,采用ISA接口的板卡实现对机床的控制。
同时系统在能够保证预定加工精度的前提下,基于节约成本、控制简单、缩短研发时间的考虑,采用了丌环控制。
开环系统的先天不足,使系统不可避免的存在加工质量不太稳定的缺点。
在生产过程中,往往开始阶段加工的活塞符合要求,但运行时间长了之后进刀量/退刀量就会出现累积误差,导致加工精度降低。
经研究发现,这种累计误差基本上是单方向的,原因 7 人连交通人学l:袢硕}:学位论文在于原加工系统的丌环控制方式抗干扰能力差。
从图2.2系统流程也可以看出:加工过程中,销孑L轴向每走一步,计算机发送相应的加工指令给交流伺服电机,由交流伺服电机经过一系列传动装置,驱动微进给装置,带动刀架,就产生相应的进刀和退刀。
虽然在机械传动的每一步都使用了有足够精度保障的机构,但机床加工的高速振荡的环境,不可避免的引入干扰信号,另外,实际中的微进给装置并不能完全满足理论上的线性、弹性要求,总存在一定的误差。
在实际生产加工中,控制软件根据理论数据发出加工指令,对最终实际结果无法修正。
这样加工精度就只能靠交流伺服电机的步距角精度和丝杠、导轨等传动元件的精度以及进给信号的高抗干扰性来保障,无法保证长期加工的稳定性。
这样系统的加工精度的利用机械硬件来提高,不仅成本昂贵,而且提高的空间也有限。
由此课题组随后对系统进行了半闭坏控制H1改造,在微进给部分的驱动装置——滚珠丝杆上安装传感器,并用磁栅尺进行测量位置的定位,从而引入半闭环反馈信号。
改进后的控制流程如图2.3所示。
图2.3半闭环系统工作流程图 半闭环位置伺服系统属于具有位置检测和反馈功能的闭环控制系统,与全闭环伺服控制不同的是,它的位置检测元件并不直接安装在执行机构上,而是安装在系统中问某个部分,通过一定的关系可以推知当前执行机构(对本系统而言,就是镗刀)的实际位置,同样起到位置检测、反馈的作用。
半闭环位置伺服系统在它的闭环中非线性因素少,容易整定,可以比较方便的通过补偿来提高位置控制精度。
此外,半闭环的机构相对独立,系统的通用性强,因此这种机构是当前国内外数控机床进给驱动位置伺服系统中普 8 第二章活塞异础销孑L数控铧削系统遍采用的一种方案。
这种方案的缺陷在于:半闭环控制不直接对执行机械进行控制,存在一定的偏差,对外部的一些干扰也不能完全消除。
2.2.2系统软件的改进 课题组在Wi ndows系统下对数控加工领域预先进行了一些软硬件方面的技术研究,用WinOriver开发了接收机床信号以及控制机床动作的核心层的VxD(虚拟设备驱动程序),并用Visual C++为开发工具,运用Windows多线程技术,编写了用户层软件。
用户层程序主线程用于处理活塞销孔数据、接受用户的输入、处理消息和实时反映加工状态,辅助线程则用于与Vx3通讯,处理系统的多路中断、发送控制指令,完成加工动作。
整个加工控制软件完全基于Win
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