基於 PMAC 的開放式外（wài）圓磨床數控係統研究-刀具網-數控機床市場網（wǎng）

您現在的位置：數控係（xì）統網> 技術前沿>基於 PMAC 的開放式（shì）外圓磨床數控係統研究

基於 PMAC 的開（kāi）放（fàng）式外圓磨床數控係統研究

2018-8-9 來源：福州大學機械工程及自動化學院作（zuò）者：謝（xiè）招龍，聶曉根

摘（zhāi）要: 針對外圓磨床（chuáng）特有的結（jié）構及功能，基（jī）於 PMAC 構建了開放式外圓磨床數控係統的硬件結（jié）構，對 PMAC 端口進行（háng）分配並設計了 PLC 程序流程。在 Visual Studio 2012 VC++開發環（huán）境下編（biān）寫外圓磨床數控係統（tǒng）軟件，所設計的外圓磨床數控係統具有成本低、針對性強（qiáng）、易擴展等優點。並對軟件主要功能模塊的實現方法進行（háng）了（le）說明。

關鍵詞: PMAC; 外圓（yuán）磨（mó）床; 數控係統; 設計

0 、引（yǐn）言

外圓磨削是一（yī）種獲取零件精確公差及光潔表麵的精加工方法，廣泛應用在紡織、汽車、軍工等領域。隨著用戶需求（qiú）的（de）升級，外圓磨床（chuáng）的分類（lèi）趨向模（mó）糊（hú），取而代之的是滿足個性化需求，融入應用企業經驗（yàn）的各類“專（zhuān）、精、特”數控外圓磨床，這就要求數控係統具有較強的開放性（xìng），允許用戶對係統功能（néng）進行重構與擴充（chōng）。目前外圓數控係統開放性的研究主要采用（yòng） PC 嵌入 NC 結構，如西門子和華中數控係統的二次開發，該結構雖然較為成熟，但係統冗雜且價格昂貴。針對上述情況，本文基於 PMAC運動控製器設計了開放式數控外圓磨床的硬件和（hé）軟件係統，該套係統在（zài）滿足加（jiā）工要求的同時，具有結構精簡、性價比高、移（yí）植性與開放性強的特點。

1 、外圓磨床數控係統硬件結構

1．1 外圓磨床功能與結構

外圓磨床結（jié）構如圖 1 所示，由床身、回轉工作台、主軸（zhóu）箱、尾架、砂輪架、砂輪（lún）修整器和各軸進（jìn）給係統構成。床身是機床（chuáng）的總（zǒng）支承件，上方裝有（yǒu）沿 z 軸（zhóu）和（hé） x 軸做往複運動的回轉工作台與砂輪架。回轉工作台分上、下 2 層，上工作台通過絲杆（gǎn）螺母機構可繞下工作台的定位心軸轉動一定角度，用以磨削圓錐麵。工作台上配有頭架和尾座，可夾持工件並帶（dài）動（dòng）其旋轉。主軸箱上安裝有修整器，用以修整砂輪。

1．2 數控係統硬件構成

數控係統采用“IPC+PMAC”的雙 CPU 開放式（shì）結構。上（shàng）位機（jī）選用 NOＲCO－2000H 工控機，負責人機交互與參數配置等非實（shí）時性任務，下（xià）位機選用 PMAC2A－PC/104，負（fù）責各個軸的運動控製與 PLC 程序運行（háng）等實（shí）時性任務。上、下位機間通過（guò） 5151 卡（kǎ）將 PC104 總線轉化為 ISA 總線實現通訊。外圓磨床有 5 個軸，其中 3 個伺服軸( x 軸、z軸和 B 軸) 與 2 個非伺服軸( 主軸和砂輪（lún）軸) ，而 PMAC2A－PC / 104 的端口最多隻能連接 4 個物（wù）理電機，需要 ACC－1P 板進行（háng） 5－8 軸端口的拓展。DTC－ 8B 與 SS2 作（zuò）為伺服信號中轉板與 I/O 接口板。係統硬件結（jié）構圖如圖 2 所示。

2 、PMAC 端口分配與 PLC 程序設計

PMAC2A－PC / 104 有 4 組控製物理電機的通道（dào）端口，使（shǐ）用其中的 1#、2#、3#通道控製外圓磨床的 x 軸電機、z 軸（zhóu）電機、b 軸電機，4#通（tōng）道不接物理電機。PMAC2A－PC/104可供自定義使用的 I/O 端口有限，通過將 I425 參數的 17位置 1，解除#4 通道的限位（wèi）和回零功能，使其 MLIM4、PLIM4 和 HOME4 可作為用戶 I / O 端口使用。數控（kòng）外圓磨（mó）床的控製麵板上安裝有 2 個三檔旋（xuán）鈕開關、5 個按鈕開關與 4 個指示燈，其所對應（yīng）的功能、PMAC 端口地址與 M變量如表（biǎo） 1 所示。

表 1 高氮鋼電子束焊接母材的質量分數

圖 1 外圓磨床結構圖

圖（tú） 2 係統硬件結構圖

PMAC 內置有軟件化的 PLC 功能，使 PMAC 在執行運動程序的同時也能實現 I/O 接口輸入與輸出信號的邏輯關係。I/O 接口（kǒu）的輸入信號主要有（yǒu）: 控（kòng）製麵板的旋鈕開關和控製按鈕信號，各伺服軸的機械（xiè）零點信號和行程開關的限位信（xìn）號等（děng）。I/O 接口的輸出信號主要有: 各軸回零指示燈信號和正負行程限（xiàn）位信號等。設置 I5 = 2 可使 PLC在上電就自動執行。數控外圓磨床的 PLC 程序流程圖如圖 3 所示。

圖（tú） 3 PLC 程序流程圖

3 、外圓（yuán）磨床數控係統軟件開發

3．1 係（xì）統軟件（jiàn）結構概（gài）述

軟件（jiàn）利用 VC++豐富（fù）的 MFC 基礎類庫以麵向對象的方法進行開發，以提高程序的模塊化和穩定性，同時利於係統的（de）移植與擴展。根據外圓磨床所（suǒ）需的功能和磨削工藝，將軟件分為初始化模塊、主界麵模塊、編程模塊、設置模塊、用戶模塊和退出模塊。係統啟動時調用初始化模塊進行上下位機的通訊，通訊成功後初始化係統並進入主界麵模塊，如圖 4 所示，主界麵模塊、編程模塊、設置模（mó）塊與用戶模（mó）塊間可（kě）相互（hù）切換，退出模塊用以參數存儲與係（xì）統退出。係統（tǒng）軟件的結構及功能如圖 5 所示。

圖 4 主界麵模（mó）塊運行圖

圖 5 係統軟件結構及功能圖

3．2 上下位機通訊的實現

采用顯示鏈接的方法實現上位機軟件與動態庫PComm32 的（de）鏈接（jiē），以減少內存資源（yuán）的占用。首先創（chuàng）建與PComm32 函（hán）數數據類型相吻合的函（hán）數指針，使用（yòng） Win32的 API 函數 Load Library( ) 獲（huò）取（qǔ） PComm32 的實（shí）例句柄。然後通過 API 函數 Get Proc Address( ) 獲取 PComm32 中函數的地址，並把結果賦值給自定義函數的指針類型。鏈接PComm32 成功後（hòu），調用 Open Pmac Device( ) 函（hán）數，完（wán）成上位機與指定 PMAC 的通訊初始化。

3．3 坐標實時顯示的實現

實時顯示功能用以實時更（gèng）新（xīn）坐標係，此處以 x 軸進行說明。調用 Set Timer( ) 函數生成 1 個定時器，該（gāi）定時器每隔 1 個更新周期觸發（fā） 1 次 WM_TIMEＲ消息，由係統回調函數 On Timer( ) 處理消息。在 On Timer( ) 中調用 Pmac Ge-tＲesponse Ex W( ) 函數，向 PMAC 發送" #1p" 和" M191" 指令（lìng），獲取 x 軸電機的絕對位置和（hé）比（bǐ）例因子，進行單位轉換後（hòu）可獲（huò）得 x 軸的機床坐標（biāo）。再將 x 軸機床坐標減去工（gōng）件原點與機床原點的偏置量就可得出 x 軸的程序坐標，部分代（dài）碼如下:

3．4 砂輪自（zì）動化修整功能的實現

砂輪（lún）在使用一段時間後（hòu）需要用修整工具對砂輪進行修整，以提高磨削效率（lǜ）與質量。砂輪修整代碼的參數化生（shēng）成所需參數有: 砂輪直徑（jìng） d，砂輪（lún）寬度 b，修整（zhěng）長度 H，修整圓角Ｒ，修整傾角 θ，安全距離 ΔS ，x 軸方向修整量Δx，z 軸方向修整量 Δz，修整行程 N。修整模（mó）型如圖 6 所示，修改 H，Ｒ，θ 三個參數可修整出不同截麵形狀的砂輪（lún），點 A、B、C、D 是（shì）砂輪的輪（lún）廓點，將這 4 點在修整坐標係 xoz中（zhōng）的坐標值構成磨前砂輪輪廓矩陣 P，設第 n 次修整（zhěng）行（háng）程（chéng）的變換矩陣為 Tn，則第 n 次修整（zhěng）行程的砂輪輪（lún）廓矩陣 P'n可由以下公（gōng）式求得:

圖 6 砂輪修整示意圖

假設 XMD，ZMD( ) 為修整坐標係原點在機床坐標係中的坐標（biāo），則砂輪修整代碼生成流（liú）程如圖 7 所示。

圖 7 砂輪修整（zhěng）代碼生成流程圖

4 、結語

結合外圓磨床的結構特點和功能需求，構建了基於PMAC 的開（kāi）放式外圓磨床數控（kòng）係統（tǒng），對 PMAC 端口進行了合理配置並設計了 PLC 程（chéng）序流程。基於 VC++的（de） MFC 基礎類庫，編寫了外圓磨床數（shù）控係統（tǒng）的軟件，對其上（shàng）下位機通訊機理、坐標實時顯示和砂輪自動化（huà）修整功能的實現（xiàn）方法進行（háng）了論述。所設計的外圓磨床數控係統具有成本低（dī）、針對性強（qiáng）、易擴展等優點，通過構建（jiàn） PMAC 控製係統實驗平台，對控製係統進行了實驗驗證，程序運行穩定、動作準確，可滿足數控外圓磨床的應用要求。

投稿箱（xiāng）：
如果您有機床行（háng）業、企（qǐ）業（yè）相（xiàng）關新（xīn）聞稿件發表，或進行資（zī）訊（xùn）合（hé）作，歡迎聯係（xì）本網編（biān）輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企推（tuī）薦

業界視（shì）點

| 更多

行業數（shù）據

| 更多（duō）

博文選（xuǎn）萃

| 更多