基于PMAC的卷簧机数控系统

论文摘要

随着工业经济的高速发展,弹簧作为一种重要的机械基础零部件被日益广泛的应用在工业领域,而且对弹簧成形精度、几何精度及空间形状的要求也越来越高。由于受到各种技术条件的限制,我国在弹簧生产设备加工制造方面技术还比较落后,生产出的数控卷簧设备在使用过程中存在对经验的依赖性强、自动化程度低、操作不方便等缺陷,因此,开发具有自主知识产权的数控卷簧机对全面提升我国弹簧制造业水平显得尤为迫切和十分必要。针对上述问题,本文在分析卷簧机功能及控制要求的基础上,设计了卷簧机数控系统。首先,本文介绍了数控卷簧机的机械结构及其工作原理,并对构成复杂弹簧的基本元素体的加工工艺和规律进行了分析,另外对弹簧的相关技术参数和其生产过程进行了研究。其次,根据数控卷簧机的控制要求和弹簧的加工特点,确定了“PMAC运动控制器+工控机”的主从控制硬件结构为控制系统的基础。该系统以IPC为平台,主要完成后台的管理和调度,以PMAC为控制核心实现实时的运动控制。根据系统的总体方案对卷簧机硬件结构进行了设计,研究了PMAC板卡的性能并对其参数进行了设置,确保PMAC卡可以满足系统的控制要求,在此基础上完成了系统的设备互连图、控制柜的布局图及控制面板的设计,通过对PID参数的调节,提高了系统的性能。最后,介绍了卷簧机数控系统的软件结构,采用C++ Builder 6.0开发了便于用户操作的人机交互界面,然后介绍了程序设计中用到的主要函数,实现了系统各个模块的功能,并编写了其相关功能的PLC程序及运动程序。经过实验验证达到了预期效果。本文设计的卷簧机数控系统较好的满足了弹簧现代化生产的需要,对提高弹簧加工的自动化水平和生产效率具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及选题意义
• 1.1.1 课题的背景及来源
• 1.1.2 本课题研究的意义
• 1.2 开放式数控系统
• 1.2.1 开放式数控系统的定义及特点
• 1.2.2 开放式数控系统和传统专用数控系统的比较
• 1.2.3 开放式数控系统的主要结构形式
• 1.3 数控卷簧机的国内外发展现状
• 1.3.1 弹簧业的特点与发展现状
• 1.3.2 国内数控卷簧机的发展现状
• 1.3.3 国外数控卷簧机的发展现状
• 1.4 本课题主要的研究内容
• 第2章 弹簧卷制过程及数控系统总体方案
• 2.1 引言
• 2.2 数控卷簧机的机械结构及其工作原理
• 2.2.1 数控卷簧机的机械结构
• 2.2.2 数控卷簧机的工作原理
• 2.3 弹簧的基本元素体及其卷制工艺特点
• 2.3.1 弹簧的基本元素体
• 2.3.2 弹簧加工的相关技术参数
• 2.3.3 弹簧元素体的加工工艺
• 2.3.4 弹簧的生产过程
• 2.3.5 弹簧的回弹及影响
• 2.4 卷簧机数控系统总体方案设计
• 2.4.1 卷簧机数控系统的功能结构分析
• 2.4.2 卷簧机数控系统总体结构
• 2.5 本章小结
• 第3章 卷簧机数控系统的硬件组成
• 3.1 卷簧机数控系统硬件体系结构
• 3.2 工控机（IPC）
• 3.3 PMAC 运动控制板卡
• 3.3.1 PMAC 运动控制卡简介
• 3.3.2 PMAC 的结构
• 3.3.3 PMAC 的工作原理及其主要功能
• 3.4 伺服驱动器及伺服电机
• 3.5 开关量I/O 接口
• 3.5.1 PCL-733 隔离数字量输入卡
• 3.5.2 PCL-734 隔离数字量输出卡
• 3.6 本章小结
• 第4章 卷簧机数控系统的硬件设计及调试
• 4.1 PMAC-Lite 的跳线设置
• 4.1.1 卡号跳线的设置
• 4.1.2 CPU 以及总线跳线设置
• 4.1.3 编码器跳线的设置
• 4.1.4 重新初始化和基板复位跳线
• 4.1.5 时钟配置跳线
• 4.1.6 其它跳线设置
• 4.2 PMAC 主要的参数设置
• 4.2.1 PMAC 的调试软件PEWIN
• 4.2.2 PMAC 的变量
• 4.3 PMAC 控制卡的PID 调节
• 4.3.1 PMAC 控制的PID 调节原理
• 4.3.2 PID 调节的响应曲线
• 4.3.3 电机的实际输出命令值
• 4.4 系统连线
• 4.4.1 系统的设备互连图
• 4.4.2 电气控制柜布局图
• 4.4.3 PMAC 与电机的连线图
• 4.5 手轮功能的实现
• 4.6 控制面板的设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 卷簧机数控系统应用软件的设计
• 5.1 卷簧机数控系统的软件开发的环境和总体结构
• 5.1.1 卷簧机数控系统的主要功能模块
• 5.1.2 卷簧机数控系统的开发环境
• 5.1.3 卷簧机数控系统的软件结构
• 5.1.4 卷簧机数控系统加工程序结构框图
• 5.2 系统设计主要函数的介绍
• 5.2.1 弹簧加工主要函数
• 5.2.2 PMAC 常用的通讯函数
• 5.2.3 研华PCL 系列设备驱动库函数
• 5.3 弹簧加工程序代码功能字的定义
• 5.4 卷簧机数控系统的人机界面
• 5.4.1 卷簧机数控系统主程序界面
• 5.4.2 弹簧参数设置界面
• 5.4.3 机床参数设置界面
• 5.4.4 程序编辑界面
• 5.4.5 输入输出状态界面
• 5.5 卷簧机数控系统功能模块的实现
• 5.5.1 卷簧机数控系统的初始化应用程序
• 5.5.2 输入输出模块的实现
• 5.5.3 位置显示和运动程序的下载
• 5.5.4 系统的自检程序
• 5.5.5 通信程序
• 5.5.6 弹簧卷绕的动作控制程序
• 5.6 回零PLC 运动程序
• 5.6.1 回零模块参数设置
• 5.6.2 回零PLC 运动程序
• 5.7 本章小结
• 第6章 卷簧机数控系统加工应用实例
• 6.1 实验参数设置
• 6.1.1 弹簧尺寸参数和输入参数的设置
• 6.1.2 弹簧加工程序的生成
• 6.2 实验结果及其分析
• 6.2.1 试卷绕弹簧的测量结果
• 6.2.2 实验结果分析
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果