短电弧加工机床数控系统研究与开发

论文摘要

短电弧加工技术是我国具有完全知识产权的原创性技术,该技术存在许多需要进一步解决的关键技术问题。目前,短电弧加工技术在应用方面仍然大都采用传统车削机床的控制方式。为了解决短电弧机床机理研究和数控化应用的需要,开发一台数控短电弧加工机床是十分必要的。本文分析现有数控系统软硬件特点及类型,并针对短电弧加工机床的要求,研制开发了一套开放式数控系统。通过对国内外开放式数控系统的研究,分析比较几种开放式数控系统体系结构,最终确定采用典型的“PC+运动控制器”形式来构造该数控系统。基于PC机的数控系统可充分利用PC机丰富的软硬件资源,它是数控系统的发展方向。系统的硬件平台主要有工控机（IPC）、PCI-1240运动控制卡、三套120MB系列伺服电机和GS系列伺服驱动器、两台SAMCO-vm05 SHF-5.5K变频器和S7-200 PLC一台。PC机与运动控制卡之间通过PCI总线进行通讯,与变频器和PLC通过RS485进行通讯。在系统的软件开发上,利用Windows 2000操作系统为开发平台,以Delphi7.0为开发工具,利用面向对象和面向结构的软件思想和方法。通过使用多线程技术解决了系统的实时性响应及控制问题,实现了系统的多任务并行处理。本文设计和实现了对伺服电机的运动控制及仿真,对NC代码的读入、识别、轨迹仿真及运行控制,对运行状态的实时监控等功能。在调试部分中,从硬件和软件两个方面,根据预定功能有针对性的进行调试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 数控系统概述
• 1.1.1 数控系统的发展简介
• 1.1.2 数控技术的发展趋势
• 1.2 基于PC 的开放式数控系统
• 1.3 课题来源及意义
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 短电弧加工技术简介
• 1.3.3 课题研究的目的
• 1.3.4 课题研究的意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第二章 短电弧加工机床数控系统的总体设计
• 2.1 数控短电弧加工机床
• 2.1.1 数控短电弧机床加工技术要求
• 2.1.2 数控短电弧加工机床的组成
• 2.1.3 数控短电弧加工机床的机床坐标系
• 2.1.4 数控短电弧加工机床传动系统
• 2.2 开放式数控系统硬件方案设计
• 2.2.1 基于PC 的开放式CNC 系统的结构
• 2.2.2 数控短电弧加工机床的硬件组成
• 2.3 开放性数控系统的软件总体方案设计
• 2.3.1 数控系统软件的多任务性
• 2.3.2 数控系统软件结构
• 2.3.3 开放式数控系统的软件模型
• 2.3.4 基于PC 开放式数控系统的操作系统平台
• 2.3.5 软件开发工具
• 第三章 短电弧加工机床数控系统硬件设计
• 3.1 硬件选型及硬件性能
• 3.1.1 工业控制机（IPC）
• 3.1.2 运动控制器
• 3.1.3 交流伺服电机与伺服驱动器
• 3.1.4 变频器
• 3.1.5 PLC
• 3.2 硬件模块的连接
• 3.2.1 PCI-1240 的安装
• 3.2.2 伺服驱动器与伺服电机的连接
• 3.2.3 PCI-1240 与伺服驱动器的连接
• 3.2.4 变频器的连接
• 3.2.5 PLC 的连接
• 第四章 短电弧加工机床数控系统软件开发
• 4.1 数控系统主机软件的功能模块划分
• 4.1.1 CNC 装置软件的组成
• 4.1.2 短电弧加工机床数控系统功能模块
• 4.2 多线程的使用
• 4.2.1 数控系统的实时性
• 4.2.2 进程与线程
• 4.2.3 多线程的实现
• 4.3 运动控制卡函数的使用
• 4.4 NC 代码的处理
• 4.4.1 NC 代码说明
• 4.4.2 NC 代码解释
• 4.5 与变频器通讯程序
• 4.5.1 变频器通讯协议
• 4.5.2 变频器进行串口通信
• 4.6 与 PLC 通讯程序
• 4.6.1 S7-200 中的 Modbus 从站协议指令
• 4.6.2 PLC 进行通信
• 4.7 人机交互界面
• 4.7.1 主操作界面
• 4.7.2 MDI 运行
• 4.7.3 图形显示
• 4.8 系统调试
• 4.8.1 硬件调试
• 4.8.2 系统软件调试
• 第五章 数控系统抗干扰设计
• 5.1 概述
• 5.2 产生干扰信号的原因与措施
• 5.2.1 电源抗干扰设计
• 5.2.2 通道干扰及抗干扰设计
• 5.2.3 变频器的抗干扰设计
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢