20070403083_李利涛_基于运动控制器的轴承内圈磨床数控系统设计.docVIP

1 前言 当下制造业的竟争已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整体效率和质量的竟争，发展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竟争，将面临知识——技术——产品的更新周期越来越短，产品批量越来越小，而对质量、性能的要求则越来越高，同时社会对环境保护、绿色制造的意识不断加强。因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得竟争和生存、发展的主要手段。计算机信息技术和制造自动化技术的结合越来越紧密，作为自动化柔性生产重要基础的数控机床在生产机床中所占比例将越来越多。 现代工业生产中，中、小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复杂性和精度要求迅速提高，传统的普通机床已经越来越难以适应现代化生产的要求，而数控机床具有高精度、高效率、一机多用，可以完成复杂型面加工的特点，特别是计算机技术的迅猛发展并广泛应用于数控系统中，数控装置的主要功能几乎全由软件来实现，硬件几乎能通用，从而使其更具加工柔性，功能更加强大。 磨床是机械加工中的精加工阶段，所以磨床的加工精度将直接影响工件的使用性能，而目前国内磨床的数控化率普遍不高，磨床数控系统大都依赖进口，对于我国这样一个工业大国来说，开发出应用于磨床的数控系统迫在眉睫。将数控技术应用到轴承内圆磨床上，开发出适合于专机应用的磨床数控系统，对实现普通内圆磨床的数控化改造，提高我国机床的现代化水平，具有非常重要的意义。本设计使用固高公司生产的GUC 系列运动控制卡，它可以同步控制多个轴，实现多轴协调运动，并且可以实现两卡的同步配合使用，实现高性能的控制计算。运动控制卡提供C 语言函数库和WINDOWS 动态链接库，可以使复杂的控制功能变得简单。 2 概述 2.1 轴承内圈磨床概况 2.1.1 国内外轴承内圈磨床设计概况 轴承是一种量大面广、高精度的机械基础件，广泛应用于机械、电子、航空航天、运输、纺织、医疗、冶金、IT等国民经济各部门各行业。 磨削加工属精加工工序，主要用于淬硬材料或难加工材料的高精度机械加工，轴承加工设备中60%以上是磨加工设备。 在轴承磨加工设备中，内表面磨床的加工水平具有表征意义。轴承套圈磨床的发展己引起国内外厂家的广泛重视，发展的重点是:提高加工精度和长期稳定性，提高生产效率及自动化程度。在现代轴承磨床设计和制造中，大量采用新工艺、新技术，使磨床的各方面性能大幅提高，主要表现在:(l)普遍采用60-80米/秒的高速磨削，提高磨削精度和工作效率，改善磨削质量。(2)对磨削过程进行适应控制，实现磨削的最佳化。(3)应用磨削在线主动测量及机外测量反馈等检测手段监控磨削过程。(4)全面实现自动化及无人化生产，尽可能减少人为因素，保证磨削精度、稳定性。轴承工业的发达国家瑞典、美国、日本、意大利、德国等在轴承磨床新技术方面不断创新，现代轴承磨床普遍装备了电子计算机控制(CNC)装置，并向磨削中心发展，如瑞典尤瓦公司的Ul10CNC磨削中心，集外圆磨床和内圆磨床之长，可一次装夹同时磨削内、外圆和端面。瑞士乌马德公司的20OCNC磨削中心，采用有三根砂轮轴的标准转塔式砂轮架，可做180度回转，也可带三根砂轮轴和一只检测测头的四工位转塔砂轮架。现代磨床除高速磨削外还普遍采用适应控制技术。 我国内圆磨床经历了仿制，改进设计和自行设计三个阶段。前期主要对前苏联、和意大利等国的内圆磨床进行仿制，如无锡机床厂生产的MZ208全自动轴承内圆磨床。后来到了六五、七五期间洛阳轴承研究所自主开发了ZYS一811全自动轴承内圆磨床。采用了多项在当时较为先进的技术，如高速磨削、主动测量、高速机械往复振荡、新型高速砂轮等技术，成为国内第二代磨床的代表。现在通过引进技术，无锡机床厂生产出了IEF系列全自动内圆磨床，采用控制力磨削，精密圆棒静压导轨等先进技术，但总的水平与国际先进水平尚有较大差距[1]。 2.1.2 轴承内圈磨床的结构组成 轴承内圆磨床由机床机械部分和电气控制部分组成。其机械部分主要由进给系统、往复拖板、砂轮修整器等机构组成，而电气部分主要由动作控制，测量控制，伺服电机驱动等组成。 2.2 GUC运动控制器简介 运动控制器是以中央逻辑控制单元为核心、以传感器为信号元件，以电机/动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置，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。与传统的数控装置相比，运动控制器功能更加强大，可以实现多种运动轨迹控制；适用于不同场合、不同功能需求的控制系统；操作简单，在PC上经简单编程即可实现运动控制。 GUC系列运动控制器是将PC技术与运动控制技术相结合的产物。它以Intel标准X86架构的CPU和芯片组成为系统处理器，采用高新能DSP和FPGA作为运动控制协处理器。可以实现高性能多轴协调运动控制和高速点位运动控制。它适用于广