一种基于PC的数控机床全闭环控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于PC的数控机床全闭环控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

细长轴的特点是刚性比较差，在受到径向力时会弯曲，甚至振动。传统的封闭式专用数控系统没有强有力的体系结构支撑平台，无法胜任可靠的软件扩展功能，不利于发挥数控机床自动控制、高效加工的优势。机床自适应控制方法将从误差产生的源头来解决高精度细长轴的加工精度难题。控制的主体拟采用PC机，构建一个开放式计算机数控系统，由软件来完成主要的功能，在数控机床上切削高精度细长轴的过程中，在线检测并实时调整输出量，由伺服系统控制支架跟随变化的信号适时运动，始终保持恒定的加工尺寸，从而保证良好的精度。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于PC的数控机床全闭环控制系统，采用适应当前数控机床发展潮流的基于PC机的开放式计算机数控系统，由软件来完成设定的功能单元，提高了数控系统的自动化程度，实现了加工精度的全闭环控制。

本发明所采用的技术方案是：所述全闭环的伺服控制，是基于实际加工状态变量的在线监测和实时控制来调节加工参数(切削速度、进给量等)。这样，就可消除加工过程中机床状态变化和外界扰动的影响，以优化加工过程、提高生产效率和产品质量侧。

所述控制系统采用机床自适应全闭环伺服控制技术，将在线检测量通过信号采集和处理单元传给数控系统，数控系统分析实时加工的尺寸误差是否超过了零件精度指标所规定的公差值，进而自动调整加工过程参数，以减小加工误差。

所述“PC+自适应控制模块”构成开放式结构。控制系统可以在Window、平台下由用户自行开发。借助所插入控制板编写软件程序，实现核心功能的用户定制，得到的数控系统兼具工业机的柔性和CNC系统的稳定性和可靠性。

所述运动控制器采用上、下位机控制方式，考虑到该控制系统对操作过程中的实时轨迹跟踪和加工精度检测要求较高，所以上位机选用PC机，下位机选用MCT80004F4型运动控制器，将运动控制器嵌入PC机，由PC机完成信息处理。为实现数据快速传输和控制，上位机和下位机通过ISA工业标准总线形式来连接。

DAC2输出端子用于控制主轴电机的转速大小，D012和D013用于控制变频器输出正负电压，即控制主轴的正反转。当D012接通时，变频器输出正电压，主轴正转；当D013接通时，变频器输出负电压，主轴反转。电致伸缩器是利用压电晶体在电场作用下，产生电致伸缩效应，即电介质在外界电场作用下，由于感应极化作用而引起应变。选择电子工业部二十六所研制的WTDS-IC型电致伸缩器和哈尔滨工业大学机器人教研室研制的PD-III型驱动电源。

所述数控系统软件分为下位机软件和上位机软件两部分，需要用户编制底层的下位机程序。PC机只用于处理非实时控制的信息，而实时控制的功能主要由嵌入PC机中的运动控制器来完成。实时控制软件主要作用是完成数据采集、数据运算处理、模拟图形显示以及控制指令输出等主要任务。

本发明的有益效果是：该控制系统采用适应当前数控机床发展潮流的基于PC机的开放式计算机数控系统，由软件来完成设定的功能单元，提高了数控系统的自动化程度，实现了加工精度的全闭环控制。

附图说明

图1是本发明的数控机床全闭环控制系统。

图2是本发明的加工控制流程图。

图3是本发明的系统硬件结构图。

图4是本发明的MCT8000F4控制主轴电机运动示意图。

图5是本发明的系统软件结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，全闭环的伺服控制，是基于实际加工状态变量的在线监测和实时控制来调节加工参数(切削速度、进给量等)。这样，就可消除加工过程中机床状态变化和外界扰动的影响，以优化加工过程、提高生产效率和产品质量侧。

如图2，控制系统采用机床自适应全闭环伺服控制技术，将在线检测量通过信号采集和处理单元传给数控系统，数控系统分析实时加工的尺寸误差是否超过了零件精度指标所规定的公差值，进而自动调整加工过程参数，以减小加工误差。

如图3，“PC+自适应控制模块”构成开放式结构。控制系统可以在Window、平台下由用户自行开发。借助所插入控制板编写软件程序，实现核心功能的用户定制，得到的数控系统兼具工业机的柔性和CNC系统的稳定性和可靠性。

如图4，数控随动支架起限位作用，避免细长轴弯曲变形，支架本身不会施加力给细长轴来抵消刀具施加给细长轴的力。为了保证切削过程中，工件轴径超差后，随动支架支承爪能对细长轴的横向位置进行适时调整，作者采用电致伸缩器。该装置能保证支架与工件之间产生一个微小的相对位移。

数据采集卡的主要功能是对模拟信号进行数字采样、组合，或者直接接收由前端检测环节调理好的数字量，并快速传输给计算机内存来分析和后期处理。其工作程序包含信号采集和调理、A/D转换、触发控制和与PCI接口的通信。

运动控制器采用上、下位机控制方式，考虑到该控制系统对操作过程中的实时轨迹跟踪和加工精度检测要求较高，所以上位机选用PC机，下位机选用MCT80004F4型运动控制器，将运动控制器嵌入PC机，由PC机完成信息处理。为实现数据快速传输和控制，上位机和下位机通过ISA工业标准总线形式来连接。

DAC2输出端子用于控制主轴电机的转速大小，D012和D013用于控制变频器输出正负电压，即控制主轴的正反转。当D012接通时，变频器输出正电压，主轴正转;当D013接通时，变频器输出负电压，主轴反转。电致伸缩器是利用压电晶体在电场作用下，产生电致伸缩效应，即电介质在外界电场作用下，由于感应极化作用而引起应变。选择电子工业部二十六所研制的WTDS-IC型电致伸缩器和哈尔滨工业大学机器人教研室研制的PD-III型驱动电源。

如图5，数控系统软件分为下位机软件和上位机软件两部分，需要用户编制底层的下位机程序。PC机只用于处理非实时控制的信息，而实时控制的功能主要由嵌入PC机中的运动控制器来完成。实时控制软件主要作用是完成数据采集、数据运算处理、模拟图形显示以及控制指令输出等主要任务。