畢業(yè)論文塑窗清角機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、 . PAGE16 / NUMPAGES231 前言1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義塑鋼門窗因堅(jiān)固耐用、保暖性良好、價(jià)格低廉等優(yōu)勢而贏得市場。它正以迅猛的速度發(fā)展, 并將逐漸取代金屬門窗。隨著加工水平的提高, 塑鋼門窗正進(jìn)入高檔建材市場, 這對塑窗的加工提出了更高更精確的要求1。塑鋼門窗使用塑鋼材料作為門窗邊框, 經(jīng)過四角焊接后成為門窗的主框架, 在成為成品前需經(jīng)過焊縫清理這最后一道工序。門窗的焊縫總在相鄰的兩條邊框的45度角平分線所在的垂直平面,所以清理工作主要包括對外角和上、下表面焊縫的清理。針對不同的型材, 清理加工的運(yùn)動形式會有不同, 但加工面都集中在一個(gè)平面1。在塑鋼門窗的焊縫清理方面，國外

2、主要采用數(shù)控形式。數(shù)控清角機(jī)是利用數(shù)控技術(shù)控制刀具運(yùn)動進(jìn)行塑窗焊縫清理的數(shù)控機(jī)床。數(shù)控清角機(jī)的一般工作過程為：零件加工代碼經(jīng)由磁盤等信息載體、由計(jì)算機(jī)通訊或由操作工人輸給控制裝置，由數(shù)控裝置進(jìn)行編譯，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，將伺服控制點(diǎn)數(shù)值與控制信號輸給伺服系統(tǒng)，由伺服系統(tǒng)完成刀具的定位，定位后，刀具或旋轉(zhuǎn)或直線圓弧運(yùn)動，完成插補(bǔ)運(yùn)算，完成一個(gè)工作周期2。目前我國已有一些廠家開始生產(chǎn)這方面的數(shù)控加工設(shè)備, 然而它們所生產(chǎn)的清縫清角機(jī)一般采用專用的數(shù)控系統(tǒng)，其可開發(fā)性較差，改進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)的成本高，有些加工要求還不能很好實(shí)現(xiàn)。所以，設(shè)計(jì)一款新型的，經(jīng)濟(jì)實(shí)用型的能完成各種加工要求的開放式的數(shù)控塑窗清角機(jī)成為必

3、要課題。1.2 國外研究現(xiàn)狀塑鋼門窗的加工應(yīng)用在國外已經(jīng)有幾十年的歷史, 自從上世紀(jì)八十年代初塑鋼門窗在我國逐步推廣使用以后, 最早的塑窗加工設(shè)備全部從國外進(jìn)口, 國外的一些塑窗加工設(shè)備廠家如URBAN(歐鵬) 、WEGOMA(威格瑪) 、HAFFNER(哈福納)等廠家的設(shè)備陸續(xù)進(jìn)入我國。這些早期的國外引進(jìn)設(shè)備，由于控制技術(shù)水平有限, 大部分產(chǎn)品都是采用中間繼電器、時(shí)間繼電器、接觸器、熔斷器、熱繼電器、熱電偶等電器件的搭配組合來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的電氣控制，國外引進(jìn)設(shè)備中普遍采用了單片機(jī)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的特殊要求3。隨著半導(dǎo)體技術(shù),尤其是微處理器與微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展, 以微處理器作為中央處理器的可編程邏

4、輯控制器PLC在工業(yè)界已普遍應(yīng)用。PLC在塑窗行業(yè)的應(yīng)用也大大簡化了塑窗清角機(jī)的電路設(shè)計(jì), 提高了其電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性3?？傊?，國外的塑窗設(shè)備行業(yè)經(jīng)過十幾年的發(fā)展至今已研制出了包括鋸切、銑削、焊接、清角四大類上百個(gè)品種的產(chǎn)品。在這十幾年中,隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)自動化提出的愈來愈高的要求，可編程控制技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，工業(yè)自動化領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化。國的塑窗設(shè)備生產(chǎn)廠家緊跟時(shí)代潮流，對工業(yè)自動化領(lǐng)域的變化作出了敏感的反應(yīng)，PLC、PCC、IPC、NC、CNC等各種各樣的新技術(shù)、新器件在各個(gè)產(chǎn)品上不斷得到應(yīng)用3,4。雖然國的數(shù)控清角機(jī)得到了很大的發(fā)展，但是和發(fā)達(dá)國家相比還比較落后，很多

5、關(guān)鍵技術(shù)如數(shù)控系統(tǒng)、大功率伺服電機(jī)等還依賴于進(jìn)口。1.3 設(shè)計(jì)的容本課題研究的最終目標(biāo)是：根據(jù)塑窗清角機(jī)工作的需要，完成其數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)，包括數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)、控制軟件的開發(fā)等。數(shù)控系統(tǒng)完成后，通過現(xiàn)場的調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，能達(dá)到正確控制機(jī)床動作的目的，并且可以滿足清角機(jī)加工速度與精度的要求。本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新部分是：全觸屏的操作界面設(shè)計(jì)和示教界面的圖形顯示功能。本設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)步驟為：第一部分了解塑窗行業(yè)和數(shù)控清角機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展?fàn)顩r，研究本設(shè)計(jì)的課題來源和研究容；第二部分進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)，首先分析數(shù)控清角機(jī)實(shí)際工作需要，提出大體的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)比較分析，最后得到總體方案；第三部分分析性能要求和精度

6、要求，然后對其硬件設(shè)計(jì)的電機(jī)選擇、驅(qū)動電路等電氣模塊和運(yùn)動控制器的選擇模塊給出相應(yīng)方案；第四部分從各個(gè)子功能模塊入手，依據(jù)不同功能相設(shè)計(jì)界面和編寫程序；第五部分是對整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行評估。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1功能與性能要求分析2.1.1數(shù)控清角機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)識（1）塑窗清角機(jī)機(jī)械本體組成：主要由底座、活動平臺、清角刀具、塑窗定位架構(gòu)成。活動平臺與塑窗定位架固定在底座上，塑窗定位架固定在底座的右側(cè)，活動平臺固定在底座的左側(cè)5。 工件定位夾緊裝置該裝置主要由工作臺平板、回轉(zhuǎn)定位板、定位柱、定位氣缸、定位撞塊、壓緊氣缸與壓緊機(jī)構(gòu)等組成。工作臺平板設(shè)計(jì)成左右分體式，由螺釘和定位銷將其固定到機(jī)架上。工作

7、臺前端設(shè)兩塊回轉(zhuǎn)定位板，用于工件的外角定位。后設(shè)兩個(gè)定位柱，定位柱的安裝軸頸與定位外圓設(shè)置了偏心，可以微調(diào)定位位置。在兩塊工作臺平板的中間，設(shè)置了兩塊導(dǎo)板，導(dǎo)板中部設(shè)導(dǎo)向槽，裝于定位塊兩側(cè)的4只球軸承即被套在導(dǎo)向槽，使定位撞塊被夾持在兩導(dǎo)板之間，并能沿槽作滑動，定位工作是由定位氣缸帶動曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使定位撞塊在導(dǎo)向槽的約束下作起伏移動來完成的：定位氣缸借助肘關(guān)節(jié)軸承與曲柄和連桿的鉸支點(diǎn)相連，定位氣缸活塞桿伸出時(shí)，即壓迫曲柄和連桿向上回轉(zhuǎn)，迫使定位撞塊升出工作臺并向前行進(jìn)，定位撞塊前端圓弧部分與工件角接觸，導(dǎo)引工件前行，最后壓向回轉(zhuǎn)定位板和定位柱，從而被正確定位。待工件被夾緊后，定位氣缸活塞桿回

8、縮，即帶動曲柄連桿向下回轉(zhuǎn)，迫使定位塊后退并降回工作面之下。工件的壓緊裝置由壓頭、壓緊氣缸、柱、氣缸夾板等部分組成，左右兩壓頭分別與兩活塞桿連接，松開氣缸夾緊板螺釘即可使氣缸夾緊板上下左右移動，用以調(diào)整壓緊的位置和高度。定位機(jī)構(gòu)將工件正確定位后，一對微動開關(guān)發(fā)出電信號，使壓緊氣缸充氣，活塞桿伸出,將工件壓緊在工作臺板上,全部清角工作完成之后,電控系統(tǒng)又發(fā)信號,使壓緊氣缸排氣,將工件松開。工作臺板外側(cè)各設(shè)兩塊UPVC滑板，是為清理小尺寸窗框時(shí)避讓焊縫渣所設(shè)。在清理上述窗框時(shí)可適當(dāng)移動滑板，讓開焊縫，以避免焊縫焊渣將工件頂起而產(chǎn)生歪斜。 拖板部分：本機(jī)共設(shè)X軸和Z軸兩個(gè)座標(biāo)軸，沿此二軸的主運(yùn)動，皆

9、由數(shù)控系統(tǒng)控制拖動。Z向主運(yùn)動控制清外角銑刀的升降，X向主運(yùn)動控制鋸片的前后進(jìn)給。以與上、下平縫的拉削加工與外角平縫清理銑刀的X向移動與準(zhǔn)確定位。拖板部分即為實(shí)現(xiàn)X向運(yùn)動所設(shè)。拖板部分主要由拖板，直線軸承與其座，導(dǎo)軸與導(dǎo)軸座，滾動絲杠副、滾動螺母座、電機(jī)座與伺服電機(jī)等組成。拖板為板狀鑄鐵件。本機(jī)床所有工作機(jī)構(gòu)都直接或間接安裝在拖板上。它們是：上下平縫拉刀借助門架安裝在拖板的后部；外角平縫鋸片組件安裝在拖板后端部。拖板的導(dǎo)向采用25帶底座圓導(dǎo)軸2根與4只開口直線軸承，軸承座安裝在拖板下面四角的支承面上。拖板的拖動采用雙螺母滾珠絲杠副，墊片調(diào)整消除軸向間隙（出廠時(shí)已調(diào)好，不需再調(diào)整），螺母座安裝在

10、拖板下前中部。滾珠絲杠的支承采用兩只向心推力球軸承面對面安裝預(yù)緊消隙結(jié)構(gòu)，軸承座與導(dǎo)軸座皆安裝在機(jī)架上?？刂齐姍C(jī)由電機(jī)架支承，通過聯(lián)軸節(jié)與絲杠連接。工作中，拖板的前移、后移與依據(jù)坐標(biāo)值的定位靜止皆由數(shù)控系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、鎖定實(shí)現(xiàn)。 銑頭部分銑頭部分主要由旋轉(zhuǎn)氣缸與其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、Z軸步進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)成。清理外角用銑刀采用200圓鋸片。它安裝在主軸的下端，由夾緊墊與螺母固定。主軸用兩只向心推力球軸承支撐，它們面對面安裝在滑座軸承孔中，經(jīng)調(diào)整軸承蓋、墊片厚度，對軸承預(yù)加載荷，消除其徑向、軸向間隙?；?只腳，分別裝有4只整體式直線球軸承，它們分別套在兩根被支座架空的圓導(dǎo)軸上，共同組成升降（Y）

11、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。（2）塑窗清角機(jī)的刀具組成：有上下銑刀、上下拉刀和鋸片1。其中上、下銑刀分別安裝在同一個(gè)氣缸上，氣缸工作帶動銑刀在垂直平面直線移動，結(jié)合它們各自的旋轉(zhuǎn)氣缸帶動它們在水平面上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，可實(shí)現(xiàn)對塑窗外角焊縫的清銑。上下拉刀安裝在X軸上，工作時(shí)靠同一個(gè)氣缸驅(qū)動來Z向靠近工件，之后X軸伺服電機(jī)運(yùn)動帶動拉刀完成對工件上下表面焊縫的清銑工作。鋸片安裝在主軸上，鋸片在主軸的三相異步電動機(jī)帶動下旋轉(zhuǎn)，然后在X軸和Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動下鋸削型材。它可完成直線、圓弧和空間任意曲線的運(yùn)動，以適應(yīng)對不同型材的加工要求。（3）塑窗清角機(jī)的工作原理：塑窗清角機(jī)完整的工作流程為：工件定位壓緊-上下銑刀銑削圓角-鋸片

12、清外角-上下拉刀清上下平縫-取換工件 工件定位壓緊將工件放到工作臺板上，靠向定位板，定位柱，觸發(fā)微動開關(guān)發(fā)出信號。據(jù)此信號，定位氣缸活塞桿伸出，定位撞塊升起并前移，將工件前推，靠牢定位板，稍后，壓緊氣缸將壓頭壓向工件，將工件壓緊。隨后定位撞塊退回。 上下銑刀銑削圓角接上工步經(jīng)短暫延時(shí)后，拖板快速移至上下銑刀工作位置鎖定，氣鉆啟動，銑刀旋轉(zhuǎn)，同時(shí)進(jìn)給氣缸做進(jìn)給，完成清理部分圓角平縫工作，至進(jìn)給終點(diǎn)，進(jìn)給行程為調(diào)整螺桿限定，工作完畢經(jīng)延時(shí)后，氣缸回撤至初始位置，氣鉆停轉(zhuǎn)，拖板快速返回前始位。 鋸片清外角拖板返回前始X0位被確認(rèn)后，拖板即快速后移，至清外角開始工作位置（由輸入標(biāo)值確定），此時(shí)主電機(jī)已

13、啟動，根據(jù)型材外角尺寸輸入的相關(guān)程序，X、Z軸分別做進(jìn)給運(yùn)動，斜面部分，兩軸以一定速比聯(lián)動，鋸片旋轉(zhuǎn)做軌跡切削，完成預(yù)定的清理工作。工作畢，拖板快速返回前始點(diǎn)。 上下拉刀清上、下平縫鋸片回至上始位被確定后，拖板快速后移，隨后兩夾鉗氣缸活塞桿同時(shí)縮回，將上拉刀壓下，下拉刀抬起，使上、下拉刀進(jìn)入工作位置，經(jīng)延時(shí)后拖板前移對焊縫拉削。之后，拖板回至前端位。 取換工件拖板返回前端位被確認(rèn)后，即發(fā)信號使壓緊氣缸回程，將工件放松，即可取換工件，進(jìn)行下一工作循環(huán)。2.1.2數(shù)控清角機(jī)主要功能與技術(shù)要求（1）主要功能：用于塑鋼門窗焊接后的焊縫清理。門窗的焊縫在相鄰的兩條邊框的45度角平分線所在的垂直平面, 清

14、理工作包括對外角、上下表面和角焊縫的清理。該機(jī)床是一臺集氣動、機(jī)械、數(shù)控技術(shù)為一體的具有多功能的通用清角設(shè)備，是塑鋼門窗大批量，多品種生產(chǎn)的主要設(shè)備。（2）技術(shù)要求：人機(jī)交互采用全觸摸屏模式；系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能：參數(shù)界面：加密功能（只有員工正確輸入密碼后，才能修改參數(shù)），保存 功能，返回主界面功能。手動速度、加速度，減速度，工作原點(diǎn)的設(shè)定（銑刀延時(shí)時(shí)間，拉刀下降時(shí)間， x軸螺距，z軸螺距，回參速度的設(shè)定）。示教界面：建立數(shù)據(jù)庫，可以通過輸入型材系列、型材廠家、程序代號，步數(shù)，刀具號，x軸移動，z軸移動，保存示教后的程序，然后進(jìn)入編輯界面進(jìn)行編輯。編輯界面：通過主界面或示教界面進(jìn)入本界面，可以刪

15、除，復(fù)制，修改程序，可以插入行，刪除行，上翻頁，下翻頁。自動界面：顯示當(dāng)前程序的材型名稱、程序代號、報(bào)警號、當(dāng)前程序的工作進(jìn)程、加載新程序、刪除程序、報(bào)警復(fù)位、返回主界面、運(yùn)行軌跡模擬。報(bào)警后顯示報(bào)警界面，顯示報(bào)警號和報(bào)警原因。手動界面：主要是調(diào)試維修用，通過手動完成x軸，z軸移動，定位，壓緊，上銑刀，下銑刀，拉刀，鋸片，回參動作，還要有復(fù)位。附加功能：工作日志（工人編號、工作時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、工人工作量）工件加工數(shù)量，刀具的加工時(shí)間等。界面要求：界面華麗，美觀大方，是產(chǎn)品的賣點(diǎn)之一。2.2設(shè)計(jì)方案比較、分析與確定論文采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思想，將總設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)劃分為硬件設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)方案兩個(gè)模塊

16、的設(shè)計(jì)。2.2.1硬件設(shè)計(jì)方案方案1:采用繼電器、接觸器、熔斷器、熱繼電器等電器件，使用MCS-51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)作為控制核心，即控制系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤與數(shù)碼管顯示器、I/O接口與光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器等組成。優(yōu)點(diǎn)：硬件組成簡單，價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：只能進(jìn)行簡單邏輯控制，無插補(bǔ)功能；系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)只能通過重新搭配組合硬件來實(shí)現(xiàn)；設(shè)備的控制子系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，無通訊功能；采用單片機(jī)為控制核心，其I/O外圍擴(kuò)展電路相對比較復(fù)雜，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，維修非常困難；機(jī)床智能化程度低導(dǎo)致加工效率差3。方案2：采用以微處理器MCU作為中央處理器的可編程邏輯控制器PLC代替單片機(jī)來作為機(jī)床

17、的硬件控制核心，即控制系統(tǒng)由PLC、鍵盤與數(shù)碼管顯示器、I/O接口與光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)環(huán)形分配器等組成。優(yōu)點(diǎn)：相對于單片機(jī)控制，此方案大大簡化了電路設(shè)計(jì)，提高了電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)功能；人機(jī)交互界面簡單，功能不足；智能化程度依然不高。方案3：采用現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)加以改造，形成所需控制核心，如應(yīng)用日本的FANUC、Mitsubishi(三菱)、德國的Siemens(西門子)、西班牙的Fagor(發(fā)格)、意大利的Fedia(斐迪亞)等著名的數(shù)控系統(tǒng)，來改造研制塑窗數(shù)控清角機(jī)的控制系統(tǒng)7。優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，可靠性好，各種插補(bǔ)功能齊全，能很好實(shí)現(xiàn)加工要求。缺點(diǎn)：性價(jià)比低，這些數(shù)控系統(tǒng)有許

18、多模塊需要專用的部件配置，所以改造成本大。方案4：采用PC機(jī)+運(yùn)動控制卡的方式構(gòu)成控制系統(tǒng)硬件，即采用PC機(jī)作為控制中心，運(yùn)動控制卡采用MPC2810型插卡式運(yùn)動控制器。應(yīng)用這種方案開發(fā)的產(chǎn)品如采用工業(yè)計(jì)算機(jī) + 貝加萊(B&R) PCC2003 控制器 + 美國API公司的步進(jìn)驅(qū)動器配套開發(fā) SQJ180A-CNC清角機(jī)8,9。優(yōu)點(diǎn)：采用PC機(jī)作為控制中心，降低了控制系統(tǒng)硬件的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對不同型材的適應(yīng)性。運(yùn)動控制卡的使用使得產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)適用。缺點(diǎn)：相對于方案3，可靠性低一些，但已經(jīng)能滿足機(jī)床使用要求。我的方案：綜合以上4種方案，依經(jīng)濟(jì)適用、系統(tǒng)可靠完善的要求選擇第4種方案?？?/p>

19、慮到一體式運(yùn)動控制器比PC機(jī)+運(yùn)動控制卡的組合方式可靠性更好，所以并在方案4基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，即選用GUC一體式運(yùn)動控制器+ 驅(qū)動器的硬件組合構(gòu)成數(shù)控系統(tǒng)的硬件。2.2.2軟件設(shè)計(jì)方案軟件部分包括開放式數(shù)控系統(tǒng)和交互式人機(jī)界面。數(shù)控系統(tǒng)后臺開發(fā)包括控制器初始化模塊、自動加工模塊、參數(shù)編輯模塊、檢測報(bào)警模塊等；人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)主界面、自動加工界面、手動界面、參數(shù)界面和示教界面等。方案1：軟件工作在WINDOWS XP/VISTA 操作系統(tǒng)平臺上，選擇利用VB、VC+或者Delphi語言開發(fā)。優(yōu)點(diǎn)是：VB 為可視化編程語言，有大量的控件可以使用，設(shè)計(jì)界面美觀，操作方便。方案2：軟件使用B

20、ASIC和梯形圖兩種語言。其中伺服定位部分采用BASIC，充分利用高級語言功能強(qiáng)大，易于實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的算法的特點(diǎn)。方案3：控制系統(tǒng)軟件開發(fā)主要采用以C語言為主，梯形圖為輔的編程方式，即輔機(jī)控制使用梯形圖，數(shù)據(jù)塊控制使用C 語言，故障檢測與報(bào)警使用C 語言。我的方案：綜合以上3種方案，依據(jù)界面設(shè)計(jì)美觀，操作方便的要求，采用方案1，并結(jié)合方案2與3來設(shè)計(jì)軟件部分，即主要使用VB 語言，并注意與其他語言結(jié)合運(yùn)用。3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)功能與要求分析數(shù)控清角機(jī)是一臺集氣動、機(jī)械、數(shù)控技術(shù)為一體的具有多項(xiàng)功能的通用清角設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)塑鋼門窗大批量，多品種的生產(chǎn)。在本設(shè)計(jì)中，清角機(jī)的X、Z軸控制

21、必須具備定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工等功能，而它的主軸旋轉(zhuǎn)沒有對位置的控制，并且不需要進(jìn)行調(diào)速。在選擇運(yùn)動控制器時(shí)要注意運(yùn)動控制器必須能夠驅(qū)動繼電器。本設(shè)計(jì)要求較高的可靠性、穩(wěn)定性、抗干擾能力和較好的性價(jià)比。3.2控制系統(tǒng)的組成數(shù)控清角機(jī)控制系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成10：數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)是清角機(jī)的控制核心，它實(shí)時(shí)檢測機(jī)床工作狀態(tài)以與加工過程，實(shí)時(shí)接受工人輸入的操作指令，并同時(shí)控制協(xié)調(diào)機(jī)床各功能部件的動作來完成加工任務(wù)。數(shù)控系統(tǒng)主要包括運(yùn)動控制器，全觸屏操作面板以與相應(yīng)的控制軟件組成。伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)直接驅(qū)動各軸運(yùn)動。它接受數(shù)控系統(tǒng)的指令并實(shí)現(xiàn)清角機(jī)各軸速度、位置的精確控制。清

22、角機(jī)伺服系統(tǒng)主要包括主軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)、X軸電機(jī)伺服、Z軸電機(jī)伺服和各驅(qū)動氣缸。電氣系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)包括主交流回路、電機(jī)電磁閥、繼電器控制回路和機(jī)床輔助功能控制回路三部分，其中主交流回路為強(qiáng)電部分，后兩個(gè)電路則為弱電部分。控制回路是本設(shè)計(jì)中電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要容。傳動系統(tǒng)。它主要包括主軸傳動機(jī)構(gòu)、X軸傳動機(jī)構(gòu)和Z軸傳動機(jī)構(gòu)。其功能主要是將各伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)為各個(gè)軸的動作。本設(shè)計(jì)的傳動系統(tǒng)主要有X、Z軸的滾珠絲杠副。3.3控制系統(tǒng)組成部分設(shè)計(jì)3.3.1設(shè)計(jì)理由（1）運(yùn)動控制器選擇運(yùn)動控制器是以中央邏輯控制單元為核心、以傳感器為信號元件，以電機(jī)/動力裝置和執(zhí)行單元為控制對象的一種控制裝置，主要用于對機(jī)械傳動

23、裝置的位置、速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使運(yùn)動部件按照預(yù)期的軌跡和規(guī)定的運(yùn)動參數(shù)完成相應(yīng)的動作11。在本設(shè)計(jì)中，運(yùn)動控制器需要控制機(jī)床2個(gè)軸伺服電機(jī)的運(yùn)動，包括X、Z軸伺服電機(jī)，同時(shí)運(yùn)動控制器還必須能夠驅(qū)動繼電器。同時(shí)，本設(shè)計(jì)要求較高的可靠性、穩(wěn)定性、抗干擾能力和較好的性價(jià)比。國外有很多公司推出各種型號的運(yùn)動控制器。其中，國外比較有代表性的運(yùn)動控制器制造商有Delta Tau、Galil、DMC、Aerotech等，國較著名的運(yùn)動控制器有固高科技()的GE、GT、GUC系列12。 根據(jù)設(shè)計(jì)需求，本設(shè)計(jì)選用固高公司的GUC-E系列四軸一體化運(yùn)動控制器GUC-400-ESV/ESG-M01-L3。（2

24、）伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動器的選擇。清角機(jī)的X、Z軸控制必須具備定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工等功能，故應(yīng)該選擇具有連續(xù)控制能力的伺服電機(jī)；又考慮到交流伺服電機(jī)的性價(jià)比比步進(jìn)電機(jī)更高，所以使用交流伺服電機(jī)。而它的主軸旋轉(zhuǎn)沒有對位置的控制，并且它不需要進(jìn)行調(diào)速，所以選擇不加變頻器的普通三相交流異步電動機(jī)驅(qū)動。綜上，本設(shè)計(jì)的數(shù)控清角機(jī)為伺服電機(jī)和普通電機(jī)驅(qū)動的數(shù)控機(jī)床。它的主軸采用普通電機(jī)帶動鋸片旋轉(zhuǎn)；X、Z軸采用伺服電機(jī)驅(qū)動，分別控制鋸片、銑刀的X、Z軸移動，而伺服驅(qū)動器選用松下交流伺服驅(qū)動器MADDT1207；工件的壓緊依靠3個(gè)氣缸驅(qū)動翻轉(zhuǎn)夾緊裝置和壓緊塊。（3）電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)包括

25、主交流回路、電機(jī)控制回路和機(jī)床輔助功能控制回路三部分。主回路需要實(shí)現(xiàn)2個(gè)交流伺服電機(jī)、1個(gè)三相異步交流電機(jī)的電能供應(yīng)；電機(jī)控制回路用弱電控制普通三相異步電機(jī)的啟停、伺服電機(jī)的位置、速度控制；機(jī)床輔助功能控制回路實(shí)現(xiàn)限位開關(guān)、定位微動開關(guān)、指示燈和檢測裝置的工作和M指令的實(shí)現(xiàn)。所以，它的一個(gè)典型的伺服電機(jī)控制回路如圖3.1所示。圖3.1伺服電機(jī)驅(qū)動電路接線圖3.3.2設(shè)計(jì)結(jié)果控制系統(tǒng)主要包括：運(yùn)動控制器、I/O端子板、邏輯電路、伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)、操作界面等。其總設(shè)計(jì)方案為：選用固高公司的GUC-E系列四軸一體化運(yùn)動控制器GUC-400-ESV/ESG-M01-L3；它的主軸采用普通三相異步電

26、機(jī)帶動鋸片旋轉(zhuǎn)；X、Z軸采用伺服電機(jī)、滾珠絲杠副驅(qū)動，伺服驅(qū)動器選用松下交流伺服驅(qū)動器MADDT1207，分別控制鋸片、銑刀的X、Z軸移動；它的電氣系統(tǒng)由主交流回路、電機(jī)控制回路和機(jī)床輔助功能控制回路三部分組成?？刂葡到y(tǒng)組成如下圖3.2所示。圖3.2塑窗清角機(jī)控制系統(tǒng)組成圖3.4總體硬件電路控制系統(tǒng)總體硬件電路圖如下圖3.3和圖3.4所示。 圖3.3 數(shù)控清角機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路接線圖圖3.4 三相異步交流電機(jī)起?？刂齐娐?控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件實(shí)現(xiàn)的功能（1）初始化功能。實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的初始化，主要包括運(yùn)動控制器初始化、運(yùn)動參數(shù)初始化、觸摸屏操作界面初始化等。（2）NC代碼處理功能。實(shí)現(xiàn)數(shù)控

27、系統(tǒng)的核心功能，包括自動編程、圖形處理、代碼輸入、編輯、譯碼等功能；該功能可將編輯好的NC代碼直接轉(zhuǎn)換成可控制運(yùn)動控制器的數(shù)據(jù)信息。（3）運(yùn)動控制功能。實(shí)現(xiàn)手動、回零與自動加工等動作要求；可完成x軸，z軸移動，定位，壓緊，上銑刀，下銑刀，拉刀，鋸片，回參等動作。（4）繼電器控制功能。實(shí)現(xiàn)機(jī)床的邏輯控制功能；當(dāng)繼電器接收到來自端子板的弱電信號后，會驅(qū)動相對應(yīng)的繼電器開關(guān)，從而控制氣缸和電機(jī)的運(yùn)動。（5）界面顯示功能。觸摸屏上顯示以下界面：參數(shù)界面、示教界面、編輯界面、自動加工界面、手動加工界面等。界面美觀大方，是設(shè)計(jì)的特色之一。（6）其他功能，如參數(shù)設(shè)置、型材數(shù)據(jù)庫的管理與報(bào)警檢測功能的實(shí)現(xiàn)。其

28、操作界面示意圖如下圖4.1所示。圖4.1 塑窗清角機(jī)軟件系統(tǒng)4.2關(guān)鍵功能模塊設(shè)計(jì)與源代碼4.2.1示教功能模塊設(shè)計(jì)（1）示教界面設(shè)計(jì)示教界面的整體設(shè)計(jì)面板如下圖4.2所示。圖4.2 觸摸屏示教界面設(shè)計(jì)由圖可以看出，示教界面里，有如下模塊：軸操作模塊?？梢詘軸移動，z軸移動；可以實(shí)現(xiàn)XY平面的圓弧插補(bǔ)；定位壓緊工件、鋸削工件、銑削工件操作模塊。可以實(shí)現(xiàn)塑窗清角機(jī)的手動加工；程序編輯模塊?？梢源蜷_、保存、刪除，復(fù)制，修改程序，可以完成插入行，刪除行，上翻頁，下翻頁等操作，更重要的是它能實(shí)現(xiàn)自動編程功能，即可以將工人的操作過程自動生成為G代碼，是本設(shè)計(jì)的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)；圖形顯示模塊。在型材加工的同時(shí)，

29、調(diào)用顯示對應(yīng)的加工軌跡圖形，便于操作工人實(shí)時(shí)監(jiān)測加工過程，相對于只能顯示加工坐標(biāo)的傳統(tǒng)機(jī)床，既直觀又便于操作工人實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，是本設(shè)計(jì)的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)；建立型材數(shù)據(jù)庫模塊，如圖4.3所示的“有關(guān)信息”欄。型材數(shù)據(jù)庫顯示界面在自動加工和手動加工時(shí)并不顯示，只有當(dāng)操作工人需要存儲加工新程序或修改程序時(shí)通過觸摸屏按鍵“有關(guān)信息”觸發(fā)時(shí)才顯示在面板上。通過這一界面可以輸入型材系列、型材廠家、程序代號等，保存示教后的程序，然后進(jìn)入編輯界面進(jìn)行編輯。圖4.3 示教界面型材數(shù)據(jù)庫界面（2）示教模塊自動運(yùn)行子程序：Private Sub Form_Activate()13-16Me.Move Form1.Left +

30、 500, Form1.Top + 1000If parm_rs Is Nothing ThenSet parm_rs = New RecordsetSet parm_rs.ActiveConnection = adocnEnd Ifstrsql = select * from 參數(shù)設(shè)置 parm_rs.Open strsqlx_ls = parm_rs(x軸初速)y_ls = parm_rs(y軸初速)x_hs = parm_rs(x軸最高速度)y_hs = parm_rs(y軸最高速度)x_a = parm_rs(x軸加速度)y_a = parm_rs(y軸加速度)x_can = parm

31、_rs(x軸參考點(diǎn))y_can = parm_rs(y軸參考點(diǎn))x_luo = parm_rs(x軸螺距)y_luo = parm_rs(y軸螺距)x_mai = parm_rs(x軸每轉(zhuǎn)脈沖)y_mai = parm_rs(y軸每轉(zhuǎn)脈沖)x_cs = parm_rs(x軸常速度)y_cs = parm_rs(y軸常速度)xi_delay = parm_rs(銑刀)ju_delay = parm_rs(鋸片)la_delay = parm_rs(拉刀)ding_delay = parm_rs(定位)ya_delay = parm_rs(壓緊)shiliang = parm_rs(矢量速度)ya

32、nshi = parm_rs(普通延時(shí))parm_rs.CloseSlider1.Max = x_hsSlider2.Max = x_hsSlider1.Value = shiliangSlider2.Value = x_csLabel32.Caption = x_hsLabel36.Caption = y_hsLabel37.Caption = x_csCheck2.Value = 0Check3.Value = 0Check4.Value = 0Slider1.Enabled = FalseText5.Enabled = False Text1.Text = 0 Text2.Text =

33、0 Text3.Text = 1000 Text4.Text = Text5.Text = shiliang Text7.Text = 0 Text8.Text = 0 Text9.Text = 5 Text10.Text = 0 Text11.Text = 0 Text13.Text = Text14.Text = Text15.Text = jcbutton2.Enabled = False Shape1.FillColor = &HFF8080 Shape2.FillColor = &HFF8080 Shape3.FillColor = &HFF8080 Shape4.FillColor

34、 = &HFF8080 Shape5.FillColor = &HFF8080 x_yuan = Line2.X1 y_yuan = Line1.Y1 x_qian = Line2.X1 y_qian = Line1.Y1 MSF.ColWidth(0) = 500 Combo1.Clear Combo1.AddItem 1 Combo1.AddItem 2 Combo1.AddItem 4 Combo1.AddItem 10 Combo1.AddItem 100 Combo1.ListIndex = 3 If SetBoard 0 Then MsgBox 錯誤信息 請檢查板卡連接情況！, v

35、bOKOnly, 初始化錯誤 End If bianma = 1 If about_rs Is Nothing Then Set about_rs = New Recordset about_rs.ActiveConnection = adocn End If about_rs.Open select * from 有關(guān) MSF.Clear MSF.Rows = 0 strsql = 序號 + vbTab + 型材系列 + vbTab + 型材廠家 + vbTab + 程序代號 MSF.AddItem strsql Dim i As String i = 1 Do While Not abou

36、t_rs.EOF strsql = i + vbTab + Trim(about_rs(型材系列) + vbTab + Trim(about_rs(型材廠家) + vbTab + Trim(about_rs(程序代號) MSF.AddItem strsql about_rs.MoveNext i = i + 1 Loop about_rs.CloseEnd Sub4.2.2NC代碼處理模塊與軟件總體運(yùn)行（1）軟件總體運(yùn)行流程圖如下圖4.4所示。是否否是否是開始程序初始化初始化成功？報(bào)錯操作界面顯示報(bào)錯異常處理讀取輸入發(fā)送運(yùn)動指令是否異常？代碼編譯代碼輸入是否退出？返回圖4.4 軟件系統(tǒng)運(yùn)行流程

37、圖（2）NC代碼處理程序流程圖如下圖4.5所示。否否是是是否否否是是是開始提取一行代碼注釋行？提取一個(gè)單詞提取第一個(gè)字母G指令M指令N指令T指令輔助指令后面是整數(shù)？是否匹配？報(bào)錯并輸出行提取完成？代碼提取完成？返回后面是整數(shù)？圖4.5 NC代碼處理程序流程圖5 結(jié) 論本設(shè)計(jì)針對國外塑窗清角機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，并根據(jù)塑窗清角機(jī)工作的需求，開發(fā)了基于一體式運(yùn)動控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)計(jì)了適用于清角機(jī)的全觸摸屏人機(jī)交互系統(tǒng)。具體的研究容如下：（1）通過分析數(shù)控清角機(jī)的機(jī)床結(jié)構(gòu)、伺服系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)，考查清角機(jī)加工的全過程，并結(jié)合現(xiàn)階段先進(jìn)的制造裝備技術(shù)，引入開放式數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，提出了數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總方案，即以一體式運(yùn)動控制器為控制核心構(gòu)成硬件系統(tǒng)，在VB6.0平臺下自主開發(fā)配套的軟件系統(tǒng)。（2）依據(jù)塑窗數(shù)控清角機(jī)的功能要求，選用運(yùn)動控制器、I/O端子板、伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)等硬件，運(yùn)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法對數(shù)控系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行了模塊設(shè)計(jì)。首先依據(jù)用戶要求，采用全觸屏的操作面板，進(jìn)行觸摸屏的硬