20070403045_付刚_基于CPAC的转塔冲床数控系统设计.docVIP

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机械类毕业论文

1 前言 1.1 国内外现状 在1932年国外就产出了常规控制的简单型冲模回转头冲压机床,一直到1955年才出现第一台NC(Numerical Control)数控转塔冲床,到1970的时候又出现了第一台CNC(Computer Numerical Control)数控转塔冲床。渐渐的随着数控技术的进一步发展,数控转塔冲床也得到了较大发展,性能不断完善,功能不断提高。当前,日本、美国和德国等诸多发达国家数控转塔冲床的使用已日渐普及。随着当今装备制造业高效快速制造的进展,数控转塔冲床也在朝着功能更加强大,性能更加稳定,柔性更大,适应各种批量生产的方向前进。当前,世界上生产数控转塔冲床的厂家主要有十几家,比如:日本AMADA,德国TRUMPF,芬兰INN-POWER瑞士ASKIN等公司。 我国研究数控转塔冲床起步比较晚,近几年我国钣金也不断发展以及引进国外尖端技术,渐渐的越来越多的厂家已经逐渐掌握制造技术和数控冲床设计,并生产出大量产品进入市场。当前,内地有能力生产四轴及以上数控冲床的公司主要有金方圆、杨力、威压、捷迈等。虽然内地的数控转塔冲床得到了较大发展,然而仍然无法与发达国家相比拟,甚至说比较落后,很多关键技术仍依赖国外进口例如数控系统、大功率伺服电机。 1.2数控系统 1.2.1产生与发展 数控系统是数控冲床的重要组成部分,数控技术和计算机的进步是数控冲床许多指标提高和功能实现的前提。数控系统绝大多数采用32位CPU使其运行处理速度大幅提高;内存容量加大;许多由外部机电结构提高了可靠性;人机界面更加友好。数控系统和计算机越来越接近,带硬盘、软驱,以Windows操作系统位平台更便于主机制造商个性化开发,使用更方便。 近年来科学技术迅速发展,汽车电子行业飞速发展,机械产品的使用性能、各项精度和加工效率日渐提高,因此对加工产品零部件的生产设备也提出了更高的要求。在这种环境下,出现了数控的概念,“数控”是计算机数字控制的简称,英文缩写为CNC(Computer Numerical Control )。“数控技术”起源于数控机床,是以计算机为基础的信息技术与机械技术相结合的产物,是机械自动化的基础。广泛用于各种“机电一体化产品”而数控系统(Numercial Control System)是数控机床的核心。 数控系统正朝着以下的方向前进: (1)(2)()()()(1)(2) 图1-2 开放式系统结构 按系统组成结构主要可分为两种: 第一种:PC+PLC,PC是通用计算机,PLC可以采用内嵌和外接两种方式。PLC可以对电机控制模块进行选配,电机控制模块可以直接控制电机的速度、位置伺服控制以及插补控制。PLC的输入输出接口分别连接操作面板和机床电器。 第二种:PC+运动控制卡,运动控制卡控制电机的速度、位置伺服控制及插补控制,运动控制卡的输入输出接口连接操作面板和机床电器。与PLC相比较,运动控制卡的具有强大的电机控制模块功能、容易开发及编程、性价比高、通用性强等优点。 1.2.3现状 当前,数控技术已经成为国外一种相对成熟的高端技术,其发展正在转变当中,由封闭型、专用型、开环控制模式逐步向开放型、通用型、实时动态、全闭环控制模式发展。以集成化为根基,国外的数控系统正在向小型化、超薄型发展;以智能化为平台,综合了多媒体、计算机、模糊控制、神经网络、人机学等学科,数控系统正向三高方向发展:在加工时,数控系统可以进行各项参数的自动修正和补偿。 我国的数控系统均是以PC为平台的多通道、嵌入式和总线式的结构,利用PC的软件和硬件技术进行数控系统的开发。当前,我国数控系统的研究有几个方向:基于软件芯片的开发;基于伺服控制总线技术的开发;基于Windows的开发;基于VC 的开发;基于VB的开发;基于CPAC的开发。 1.3 控制平台 1.3.1 运动控制技术 固高科技运动控制器是在以高速数字信号处理器DSP为代表的高性能高速微处理器及大规模可编程逻辑器件FPGA的基础上发展而来的。基于PC的开放式运动控制器已成为当今自动化领域应用最广、功能最强的运动控制器,而且在全球范围内得到了广泛地应用。 简单的说,运动控制器主要用于对机械传动装置的位置、速度进行实时的控制管理,使运动部件按照预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。根据运动控制的特点和应用可将运动控制器分为以下三种:点位控制运动控制器、连续轨迹控制运动控制器、同步控制运动控制器。 运动控制系统的典型构成如下图所示: 图1-3 运动控制系统 开放式结构的运动控制系统能充分利用PC机的资源,可以利用第三方软件完成用户应用程序开发,将生成的应用程序指令通过总线传输给运动控制器。 运动控制器是整个控制系统的核心,它接受来自上位机PC机地应用程序命令,按照设定的运动模式,完成相应的实时

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