（机械工程专业论文）基于pc机的数控清角机开放式数控系统研究.pdf

r e s e a r c ho nc o r n e rc l e a n i n gm a c h i n e s o p e n c n cs y s t e mb a s e do np c b y m a x i a o u n d e rt h es u p e r v i s i o no f a s s o c i a t ep r o f l ig u o p i n g at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，pr c h i n a m a y2 7 ，2 0 1 2 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进符研究所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者虢马y 泰 日期：、训莎扩 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 口公开口保密( 年，解密后应遵守此规定) 论文作者签名：马喃导师签名赤网辛日期：枷f 乙舌莎 济南大掌硕士学位论又 曼鼍鼍葛皇曼搴墨量曼墨寡墨葛舞i i i l l i ii 审量审： 目录 第一章绪论1 1 1 课题的背景及意义。一1 1 2 国内外开放式数控系统的研究现状1 1 2 1 国外开放式数控技术的体系和现状1 1 2 2 国内开放式数控系统研究的现状一j 2 1 3 国内外数控清角机的研究现状。_ _ 3 1 3 。1 国外数控清角机的研究现状。一。_ 3 1 3 2 国内数控清角机的研究现状一一3 、 1 3 ：3 清角机国内外现状之比较- 一4 1 4 课题研究的主要内容一一4 第二章数控清角机系统总体研究方案j 7 2 1 甩户对数控清角机的设计要求以7 2 1 1 数控清角机的设计要求- 。 2 1 2 数控清角机的总体架构。7 2 2 清角机数控平台的划分8 2 3 ：硬件层的设计与构建9 2 3 。lp c 机作数控平台的优势。- 1 0 2 3 2 运动控制卡的选型- 一1 1 2 。4 系统软件层的设计与构建- 1 1 2 4 1 操作系统的选择，一1 l 2 4 2 数控软件的设计n 2 5 本章小结1 芝 第三章数控清角机控制系统研究：oo ：1 3 3 ；1 运动控制系统的构成分析一：一1 3 3 1 1 控制系统的硬件构成，2 一1 3 3 1 2 运动控制器的选型1 4 3 0 3 伺服系统的选型二1 5 文2 数控清角机的电路设计一1 5 ，越。 基于p c 机德数控清角机开放式数控系统研究 曼曼葛舅皇鼍葛寡舅阜曼皇胄鼍皇寰皇皇寡攀粤孥鲁皇置邕曼幽譬晕鼍曼篡曼邕黑皇量葛皇鼍皇寰寰曼曼皇寰 3 2 1 主电路的设计：1 5 3 2 2 控制电路的设计。1 6 3 3 运动控制系统硬件连接o 蠢。一1 7 3 。3 1 输入和输出信号接线苏式。一一。1 7 3 3 2 脉冲量输出信号的选择，；= 1 9 “i 3 3 。3 端子板与驱动器的连接。_ _ 1 1 9 。3 4 运动控制器的设置与调试2 0 奠4 1 运动控制器初始化设萋。；2 0 3 4 2 回零操作。2 1 3 4 ，3 连续轨迹运动的重要参数设置2 2 3 4 4 连续轨迹运动的前瞻预处理2 2 3 5 控制系统的调试2 4 3 6 本章小结0o 。，一。矗。2 4 第四章清角机数控软件的研究与实现2 5 4 i 数控软件的总体研究。一一2 5 4 2 2 数控系统人机界面的设计2 5 ，4 2 1 自动模式界面诛。一2 5 4 2 2 手动模式界面一如2 6 4 2 3 示教模式界面竹。2 7 4 2 4 工作参数界面一嘲j 磊_ 2 7 4 2 5 系统参数界面。一一2 8 4 2 6 故障诊断界面蠢_ 。一2 9 4 ，2 7 帮助界面。霉2 9 4 3 数控软件的调试m ；。一2 9 4 4 本章小结。蠢o 一3 0 第五章数控清角机n c 代码生成技术的研究引 5 。1d x f 文件结构及图形元素信息提取一3 l 5 2 r d x f 文件的优化及摊序算法，。3 2 5 2 1 最小空行程优化法o 一3 3 5 2 2 最邻近排序法，3 3 济南大学硕士学位论文 墨置冒黑舅黑墨墨薯葛鼍置墨量皇量墨皇墨皇鼍皇量霸置_ 墨量量舞皇董量圈_ _ 曩皇量_ _ _ 晕i 5 3 算例优化结果对比3 4 5 4d x f 文件生成n c 代码的方法。3 5 5 5 数控清角机加工轨迹的动态显示o i ooo o ：* o91ot oqio 3 6 5 5 1 刀具轨迹动态显示的原理一。一3 7 5 5 2 加工过程的动态显示3 8 5 6 本章小结3 9 第六章开放式数控系统n c 代码解码器研究g omqdiuqoo0 1 4 l 6 1n c 代码解码方式的选择_ 4 l 6 2 数控清角机n c 代码段的含义4 2 6 3n c 代码解码器的设计：4 2 6 3 1 解码中的数据处理4 2 6 3 2n c 代码的提取4 3 6 3 3 语法检查中的常见错误4 5 6 3 4 解码器遇到错误的处理方法4 5 6 4 主要n c 指令及坐标系设置4 5 6 4 1 主要n c 指令一4 6 6 4 2 坐标系设置4 6 6 5 刀具补偿：4 7 6 6 本章小结：4 8 第七章结论与展望一4 9 7 1 结论一4 9 7 2 创新点5 0 7 3 展望_ 5 0 参考文献。51 致谢一5 5 i i f | 录5 7 i i l 基于p c 机晌数控清角机开放式数控系统研究 墨胃墨量暑晕p i i i 1 1 1 i i ，i 。i ： i 曼曼鼍寰鼍舅曼寰皇曼曼葛i 舞 济南大学硕士学位论文 暑墨离皇量量量置量墨毫置鼍量曩量暑皇暑囊鼍墨量皇鲁鼍量_ 毒墨皇 摘要 数控清角机是一种典型的数控设备，主要用于塑料门窗9 0 度焊角上下平面焊缝和 外角焊缝的清理，在塑料门窗组装领域有着极其重要的应用。目前国内数控清角机发展 迅速，但与国外产品相比仍有较大差距，操作困难、界面简陋、稳定性差，并且数控系 统复杂且编程均为人工完成。为了提高的生产效率，降低生产成本，通过研究先进控制 技术来开发出智能化、人性化、高可靠性的数控清角机，是当前市场最迫切的要求。 本文提出的基于p c 机的数控清角机开放式数控系统设计，是以山东省科技攻关计 划项目、山东省高校自主创新计划项目、企业委托项目为依托，以数控清角机为研究对 象，以“p c + 运动控制卡”的控制方式为基础，着重研究清角机的开放式数控系统，目 的就是解决我国在数控清角机领域智能程度低，工作效率低的“瓶颈”，研发出满足中 国市场需要的数控清角机。 分析了数控清角机的发展趋势及用户使用要求，探究了适合清角机发展的开放式 数控结构。针对国内数控清角机智能程度低、操作复杂，系统开放性差等特点，根据 当前数控领域的最新技术和发展趋势，对数控清角机的总体结构进行了重新设计，并 确定了“p c + 运动控制卡”的控制模式，满足了数控清角机的运动控制和功能要求。 建立了清角机数控系统的总体架构，硬件上，选择合适的元件构建了硬件平台； 系统软件上，采用w i n d o w x p 作为系统软件；应用软件上，分析了清角机的运动过程， 并根据运动控制器的功能，综合考虑清角机结构和功能的要求，在v b 环境下编写数控 清角机的数控程序，实现了对清角机的运动控制。 采用面向对象技术及模块化思想，对数控系统的各部分功能进行研究，确定了各功 能模块的属性和行为。使用v b 编写了包含自动模式、手动模式、示教模式、工作参数、 系统参数、故障诊断、帮助、关机等模块的数控系统软件。本数控系统具有很好的开放 性，硬件模块和软件结构的通用性和兼容性大大提升，有助于整合其它控制系统及相应 的技术工艺，并将它们集成为一个完整、无缝的控制系统。 研究并解析了d x f 文件，确定了图元信息提取方法；然后提出了最小空行程优化 和最邻近排序法两种d x f 文件的优化算法，实现了最优化的加工轨迹起点的选择和 d x f 文件按加工轨迹的排序；最后，自动生成了数控清角机可执行的n c 代码，同时将 刀具运动轨迹用曲线实时描述出来。数控清角机既提高了加工效率，又保证了型材加工 的精度。 v 基于p c 机簸数控清角机开放式数控系统研究 雹曙i i 一_ 一一一一一州 _ - 一一- _ _ _ - 一一一一一甍寰皇皇皇编写了n c 代码解码器和n c 代码语法检查模块。读入n c 代码文件，对其进行解 码和语法检查，将解码和检查无误的指令送到运动控制器进行插补，保证了数控清角机 加五过程的连续性和指令的准确性。 通过分析、设计与调试，基本完藏了基于p c 祝韵数控清角机开放式数控系统设计，、 为智袋化、人性化的开放式数控清角机发展奠定了坚实的基础。 关键词：p c 机；运动控制卡：开放式数控；清角机 v l 济南大学硕士学位论文 a b s t r a c t c n cc o m e rc l e a n i n gm a c h i n ei st y p i c a ln u m e r i c a lc o n t r o l e q u i p m e n t ，m a i n l yu s e di nt h e 舶l do fp l a s t i cd o o r sa n dw i n d o w sp r o c e s s i n g ，c l e a nu pt h ef l a tw e l da n d o u t e 、rc o m e ro ft h e w e l d ，h a v eav e r yi m p o r t a n tp u r p o s e a tp r e s e n t , b e t w e e nd o m e s t i ca n df o r e i g np r o d u c t s , t h e r e i ss t i l la l a r g eg a p m a i n l yi no p e r a t i n gd i f f i c u l t i e s ，t h ei n t e r 亿c eo ft h en u m e f i c f lc o n t r o l s y s t e m si ss i m p l e ，i np o o rs t a b i l i t y , a n dp r o g r a m m i n gi sa l ld o n em a n u a h x i no r d e rt oi m p r o v e t h ep r o d u c t i o ne f ! f i c i e n c ya n dr e d u c ep r o d u c t i o n c o s t s , b yt h es t u d yo fa d v a n c e dc o n t r o l t e c h n o l o g yt oc r e a t ea ni n t e l l i g e n t ，h u m a n i z e d ，a n dh i g hr e l i a b l ec n cc o m e rc l e a n i n g m a c h i n e , w h i c hi st h em o s tu r g e n tr e q u i r e m e n to ft h ec u r r e n tm a r k e t t h i sp 、a p e rp r e s e n t sac o m e r c l e a n i n gm a c h i n e so p e n c n cs y s t e mb a s e do np c ，w h i c h i s s u p p o r t e db yt h es c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ：p r o j e c t so fs h a n d o n gp r o v i n c e ，t h eu n i v e r s i t y p r o j e c t so fi n d e p e n d e n ti n n o v a t i o n ，a n dt h ec o r p o r a t ep r o j e c t s , a n dr e g a r d sc n cc o m e r c l e a n i n gm a c h i n ea sar e s e a r c hg o a l ，t h e p c + m o t i o nc o n t r o lc a r d c o n t r o lm e t h o d s a st h e b a s i so ft h es t u d y t h i sp a p e rf o c u s e so no p e nc n c c o r n e rc l e a n i n gm a c h i n e ，w i t ht h ep u r p o s e o fs o l v i n gt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fl o w d e g r e eo fi n t e l l i g e n c ea n de f f i c i e n c yt om e e tt h en 喇so f t h ec h i n e s em a r k e ti n lc h i n ac n cc o m e r c l e a n i n gm a c h i n ef i e l d w i t ht h ea n a l y s i so fc n c c o m e r c l e a n i n gm a c h i n et r e n d s ：a n du s e rr e q u i r e m e n t s ，a n dt h e e x p l o r a t i o no ft h eo p e nn u m e r i c a lc o n t r o ls t r u c t u r ef o rt h ed e v e l o p m e n to fc o m e rc l e a n i n g m a c h i n e ，c h i n e s ec n cc o m e rc l e a n i n gm a c h i n eh a sm a n ys h o r t c o m i n g s , f o re x a m p l e , t h e l o wd e g r e eo fi n t e l l i g e n c e ，c o m p l e xo p e r a t i o n ，a n dt h eb a do p e n n e s s t h es t r u c t u r eo fc n c c o m e rc l e a n i n gm a c h i n eh a sb e e nr e d e s i g n e d , a n da p c 十m o t i o nc o n t r o lc a r d o f t h ec o n t r o l m o d eh a sb e e nd e t e r m i n e dt om e e tt h em o t i o nc o n t r o la n df u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so fc n c c 。o m e rc l e a n i n gm a c h i n e t h eo v e r a l la r c h i t e c t u r eo ft h ec n cc o m e rc l e a n i n gm a c h i n ew a se s t a b l i s h e d , t h e a p p r o l m a t ec o m p o n e n t sw a ss e l e c t e dt ob u i l dt h eh a r d w a r ep l a t f o 瑚，a n dw i n d o w sx p 。w a s u s e da so p e r a t i n gs y s t e m w i t nt h ed e s i g n i n go fa p p l i c a t i o ns o f t w a r e , t h ea n a l y s i so fc l e a r c o r n e rm a c h i n em o v e m e n tp r o c e s sa n dt h ef u n c t i o no ft h em o t i o nc o n t r o l l e r , t h en c p r o g r a m w a sw r i t t e nt oa c h i e v em o t i o nc o n t r o li nv be n v i r o n m e n t w i t ht h eu s eo fo b j e c t - o r i e n t e dd e v e l o p m e n t m e t h o d sa n ds o m eo ft h ef e a t u r e so ft h ec n c v i i s y s t e m ，t h ep r o p e r t i e sa n db e h a v i o ro ft h ev a r i o u sf u n c t i o n a lm o d u l e sw e r ei d e n t i f i e d w i t ht h e u s eo fv b ，w ep r e p a r e dt h ea u t o m a t i cm o d e ，m a n u a lm o d e ，t h et e a c h m o d e ，o p e r a t i n g p a r a m e t e r s ，s y s t e mp a r a m e t e r s ，f a u l td i a g n o s i s ，h e l p ，s h u t d o w nm o d u l e t h ec n cs y s t e mh a s 秘a t l ye n h a n c e dt h ev e r s a t i l i t ya n dc o m p a t i b i l i t yo fo p e nh a r d w a r ea n ds o f t w a r e c o n d u c i v et o 。t h ei n t e g r a t i o no fo t h e rc o n t r o ls y s t g m sa n dt h ec o r r e s p o n d i n gt e c h n i c a lp r o c e s s , t h e ya r e i n t e g r a t e di n t oac o m p l e t ea n ds e a m l e s sc o n t r o ls y s t e m ，。 h e r ep r o p o s e sam e t h o di o fo p t i m i z e dd x ff i l e sg e n e r a t e dn cc o d et e c h n 0 1 0 9 y ：d x ff i l e a r ep r o c e s s e db yt h em i n i m u m t r i po p 壁m i z a t i o nm 、e t h 6 0 da n dt h ec l o s e s tm e t h o d n cc o d ei s a u t o m a t i c a l l yg e n e r a t e da c c o r d i n gt 扩t h 、en ci n s t r u c t i o n s a tt h es a m et i m ew i t ht h et o o l t r a j e c t o r yc u r v ed e s c r i b et h ed y n a m i cd i s p l a yo fr e a l - t i m ep r o c e s s e x p e r i m e n ts h o w st h a tt h e p r o p o s e dm e t h o dc a na u t o m a t i c a l l yg e n e r a t en cc o d et oi m p r o v ep r o c e s s i n ge f f i c i e n c y ，a n d e n s u r et h ea c c u r a c y t h en cc o d ed e c o d e ra n dn cc o d es y n t a xc h e c k i n gm o d u l eh a sb e e nw r i t t e n w h e nt h e n cc o d e 磊l e h a ；sb e e nr e a d ，i tw i l lb e ，d e c o d e da n dc h e c k e d w h e nd e c o d i n ga n dc h e c k i n gi s c o m p l e t e d ，t h ec o r r e c tc o m m a n di ss e n 刚tt 。o i t h em o t i o nc o m r o l l e ra n dt h ei n t e r p o l a t i o no p e r a t i o n f i n a l l y ，c n cc o r n e rc l e a n i n gm a c h i n i ew i l lc o m p l e t eac o n t i n u o u sm o t i o n ，a n de n s u r et h e a c e u r a c yo fi oc o n t r o l st r a j e c t o r yd y n 簿螭cd i s p l a y j a f t e ras e r i e so fa n ，a l y s i sa n dd e s i g n , i w eh a v ea l m o s tc o m p l e t e dap c b a s e dc n cc o m e r c l e a n i n gm a c h i n eo p e nn u m e r i c a lc o n 、固t r o ls y s t e md e s i g n ，l a i das o l i df o u n d a t i o nf o rt h e d e v e l o p m e n to fi n t e l l i g e n ta n dh u m a n i z e do p e n c n cc o r n e rc l e a n i n gm a c h i n e k e yw o r d s ：p c ；m o t i o nc o n t r o lc a r d ； 薯 ；。 o p e n - c n cs y s t e m ；c o r n e rc l e a n i n gm a c h i n e v n l 济南大学硕士学位论文 葺_ 薯_ _ 置_ 量鼻_ _ _ 墨_ _ 皇奠童_ 胃_ 皇薯_ _ 皇一i i i i i l 1 1 课题的背景及意义 第一章绪论 经过十几年的发展，塑窗清角机经过了手动清角机、手持式清角机、使用专用数控 系统的数控清角机、使用通用数控系统的数控清角机等历程，塑窗清角机品质进一步提 高。数控清角机以其高精度、高效率、高柔性和低消耗等优点占领绝大多数市场份额。 数控清角机的核心就是数控系统，其优劣决定了机械的加工效率和零件的加工质量，对 整个制造系统的自动控制、高效运行起到了至关重要的作用。 目前市面上的数控系统分为专用数控系统和通用数控系统两类，专用数控系统主要 有f a n u c 、m i t s u b i s h i m 、s i n u m e r i k 等系统 ”】，它们均结构封闭、兼容性差、 不具有开放性，用户无法对数控系统进行裁剪和修改，加之系统复杂、功能强大、价格 昂贵，传统数控系统的市场面临挑战。 近年来，随着数控系统的通用性、开放性、复合化进一步发展，同时通用数控技术 不断普及和应用。伴随着p c 机技术的发展，通用数控系统引进了模糊控制、自适应技 术和神经网络等理论，使数控系统具有了自动编程、刀具补偿、多轴联动、模糊控制、 专家系统、自动生成工艺、运动参数动态补偿等功能，并且具有良好的人机界面，使用 更加简单，对文化程度的要求更低。通用数控系统提供给用户最大限度的选择性和灵活 性。 数控技术不断向专用设备、非金属加工领域延伸。数控清角机就是这一发展趋势的 典型实例，它作为一类特殊的数控机床，可充分满足不同型材的多层次的清角要求，清 缝质量、加工效率、稳定性均已达到较高水平。广泛应用于塑料型材的生产、加工和塑 料门窗的加工、安装等领域，大大促进了建材行业和建筑行业的发展。基于p c 机的数 控清角机开放式数控系统是通用数控系统的开放性、复合化、智能化、高可靠性的集中 体现，对通用数控系统的研究具有重要意义。 1 2 国内外开放式数控系统的研究现状 1 2 i 国外开放式数控技术的体系和现状 早在1 9 8 7 年，美国提出了著名的“n g c 研究计划( n e x tg e n e r a t i o nc o n t r o l l e r ，下 基于p c 枫髑数控清角机开放式数控系统研究 曼曾葛置曼囊皇皇皇曼曼基曼鼍皇皇鼍蔓皇皇皇暑寰粤圈胄阜皇皇曼曼量皇霉毒寡岛曾皇鼍曼皇曼皇鼍鼍皇鼍曼皇鼍皇皇鼍皇鼍量皇皇曼 一代控制器) ”，确立了开放式控制器的概念和标准 3 - 4 ，这是开放式数控技术研究的先 河。目前，在开放式数控领域典型代表有美国的o m a c 计划( o p e nm o d u l a ra r c h i t e c t u r e c ，o n t r o l l e r ，开放式模块化体系结构控制器) 瞪 、欧盟的o s a c a 计划( o p e ns y s t e m a r c h i t e c t u r ef o rc o n t r o lw i t h i na u t o m a t a 咖，自动化系统中控制的开放系统体系结构) f 6 和日本o s e c 计划( o p e ns y s t e me n v i r o n m e n tf o rc o n t r o l l e r s ，控制器开放系统环境) 【朝。 它们都以建立一个规范的标准硬件耩j 软件平台为目标，最终实现对不同工业对象的控 制。 、 表1 。1 国辩开放式数控技米的体系 体系国鄹 详情 o m a c 美闷 o s a c a 欧盟 o s e c日本 目标是开发一种模块化的可重构控制系统，能适应新技术的快速发展 和满足客户的需求，可以随时集成模块化软件与硬件，整合成。一个高 效的控制系统雾达到成本低、维护少、开发周期短、更新换代快的目 的，为开放式控制器技术开发实现和商品化中的各种问题提供共同 的解决方案。o ： 参照o s i 模型提曲了“分层的系统平台+ 结构化的功能单元”的体系结 构，将通用控制系统按照功能和结构划分为硬件、系统软件和应用软 件三层。它屏蔽琴平台的真实实现，保证了系统平台的硬件无关性和 操作系统无关牲。从根本上实现了开放式体系结构。 重点集中在n 礴身和分布式控制d n c ) 系统卜，从制造控制的办面来 看，n c 就是分布武d n c 带o 造系统的c 一个服务器。它能满足_ l ： j 户对制造 系统低配置、低溅本和使用先进控制算法及基于p c 的标准化人机界面 的要求。0 ； 1 2 2 国内开放式数控系统研究鹳观状 早在“八五”期闻，国内很多研究机构为了构建开发较容易、成本比较低的运动控 制系统，采用“p c 机+ 运动控制卡”的控制方式，构建适合需要的运动控制系统。国产 的典型代表有，北京机床研究所的中华”系列，沈阳计算所的“蓝天”系列，华中科 技大学的“华中”系列等数控系统1 8 - 9 譬。 国内开放式数控系统都采用 p c 规+ 运动控制5 的结构， 配套使用它们自芏研 发的控制软件。从开放式数控系统的发展趋势来看，它们迩不是真正意义卜的开放是数 控系统，依然有很多不足之处。开放战数控系统的概念和标准不完善，没有解决数控平 台的问题，不同系统之问彳i 能有效酶兼容和互换一对体系结构的阐述只局限于应用层， 2 济南大学坝士掌位论又 量皇皇曹曩_ 舞囊墨墨皇寡鼻暑_ 舞蕙舞雹舞皇葛暮皇舅曼霉置量墨皇曩罱寰卑舅黑_ 舞黑量审_ 霸霹舞粤 没有提升到抽象层。软件开发的思想和方法都较落后，没有有效地利用面向对象技术、 模块化设计等软件设计领域的新技术和新方法。 1 3 国内外数控清角机的研究现状 经十余年的引进、消化、吸收及发展，塑料门窗数控清角机现已体系完善、性能较 高、技术水平及自动化程度接近国外同行业先进水平，但国内许多塑窗设备厂家仍存在 着重硬件、轻软件，重设计、轻工艺的倾鲥1 0 】，在电气配置、加工效率、智能化、操作 安全性、故障率等性能指标上与同期的国外设备相比仍存在较大的差距。 1 3 1 、国外数控清角机的研究现状 世界上塑料门窗设备生产历史悠久、技术先进的当数德国、一意大利、土耳其等国家， 比较著名的公司有w e g o m a 、e l u m a t e c 和u r d a n 等 1 n 。其产品数控技术先进、 性能稳定且使用方便，它们不仅具有优秀的机械设计和良好的制造装配工艺，更重要的 是拥有先进的数控系统。以e l u m a t e c 公司的数控清角机为例，用户只需要输入相应 的参数即可完成加工程序。其所具有的高精度、高效率、高柔性和低消耗等特征代表了 当代塑窗数控加工设备的最高水平和趋势 1 2 - 1 3 】。 1 3 2 国内数控清角机的研究现状 1 9 9 7 年年底，天辰机器公司采用贝加莱( b & r ) p c c 2 0 0 3 控制器和p a n e l w a r e 人机界面联接美国a p i 公司的步进系统研制出来s q j l 8 0 a c n c 门窗数控清角机( 1 4 】；光 碍机械公司配置西门予公司的s i n u m e r i k8 0 2 s 经济型数控系统推出了j q k 0 4 1 2 0 型 数控清角机。 2 0 0 1 年初，华亚机械公可h y s q c n c - , 2 4 0 a 数控清角机采用三菱工控机研制的； 天辰机器公司使用，z 瞄i i i 幽心一t ：r 一日数控系统开发出s q j l 8 0 a - c n c 数控清角机；光明公司 j q k 0 7 1 2 0 型全自动模糊数控清角机将西门子s 7 3 0 0 n c 控制系统、o p 2 7 操作面板和 t u r c k 公司的l g a g e 激光测量传感器整合后开发出的f 巧 ；2 0 0 1 年初，光明公司引进 美国斯达特数控系统开发新的数控清角机。 目前，华亚公司的双角数控清角机采用美国斯达特数控系统，该机采用自主新技术 结构，伺服电机驱动，清角锯片转速较高，极大提高了单机清角效率，缩短了清角时间； 机头配有八把刀具，可充分满足不同型材的多层次的清角要求，清缝质量、效率、稳定 3 基于p c 机的数控清角机开放式数控系统研究 曼p 1 1 置鼍量量墨鼍鼍葛基鼍舞 性均达到较高水平。但是，控制系统操作复杂，人机界面不够友好；天辰公司的数控清 角机采用德国l e n z e 数控系统，使用工业专用计算机控制系统，能实现良好的用户操 作界面、图形编程及加工跟踪界面，但是数控系统成本较高、开放性较低。 显然，我国塑窗设备厂家的清角机大多采用国外的数控系统，这是我国数控清角机 快速发展的重大制约，严重影响我国数控清角机市场的可持续发展。 1 3 3 清角机国内外现状之比较 ，。 与国外塑窗清角机相比，整机性能指标上与同期的国外设备相比，依然存在较大的 差距，主要表现在： ( 1 ) 。由于数控清角机行业激烈韵竞争，为了降低产品成本，致使大量低档次的电 气元件充斥整个市场，由此引发设备故障的概率大增，可靠性相对较差。 ( 2 ) 缺少人文关怀，缺乏操作者人身安全意识，更加不注重数控系统的可操作性， 人机交互不友好，缺乏实用性。 ( 3 ) 数控清角机的智能化程度与国外产品相比有一定的差距，并且采用的数控系 统的加工效率和加工质量都较低。 j，一 ( 4 ) 随着我国科技水平发展和人工成本不断增加，我国t 业也必将向着高度自动 化、信息化的方向迈进，发达国家同行业相比，我国现有数控清角机的自动化程度尚不 能很好适应高度自动化及现代化企业生产的需要。 ( 5 ) 有些厂家的数控清角机不能很好地满足特殊工艺要求，如美式型材与壁薄型 材的加工，| 圆角、特殊形状及特别尺寸型材的工艺。 ( 6 ) 现有设备对工业环境的适应性较差，工厂生产环境条件与国外有一定差距， 而现有有些塑窗数控清角机很难在这些恶劣环境下加工出较高质量的塑料门窗。 因此，具有高精度、高效率、高柔性和低消耗等特征代表了当代塑窗数控加工设备 的最高水平和趋势1 6 1 。 1 4 课题研究的主要内容 针对目前市场上的清角机界撕简陋、操作圃难、稳定性低、交互性差等不足，且市 场竞争口益激烈。为适应塑窗清角机韵这种发展状况，决定研究一种具有开放式数控系 统的清角机。为解决这一困境，并适应数控清角机市场的良性发展，决定研究一种具有 开放式数控系统的清角机，研究的内容如下： 4 济南大学硕士学位论文 鼍鼍曩霸囊舅暖 i l i i 墨 粤墨_ ()分析数控清角机的发展趋势及用户使用要求，探究适合清角机发展1 的开放式 数控结构。对数控清角机的结构进行设计，并确定控制模式，满足数控清角机的运动控 制和功能要求。 ( 2 ) 分析清角机数控系统的整体架构，硬件上，选择合适的元件构建硬件平台： 系统软件上，采用w i n d o wx p 作为系统软件；应用软件上，分析清危机的运动过程， 并根据运动控制器的功能，在v b 环境下编写数控程序实现对清角枧的运动控制。 ( 3 ) 使用面向对象的开发方法，通过对数控系统的各部分功能进行分析，确定了 各功能模块的属性和行为。使用v b 编写包含自动模式、手动模式、示教模式、工作参 数、系统参数、故障诊断、帮助、关机等模块的数控系统软件。 ( 4 ) 研究并解析d x f 文件，确定图元信息提取方法；然后提出d x f 文件的优化 算法，实现d x f 文件按加工轨迹的排序；最后，自动生成数控清角机可执行的n c 代 码，同时将刀具运动轨迹用曲线实时描述出来。 ( 5 ) 编写n c 代码解码器和n c 代码语法检查模块。读入n c 代码文件，对其进行 解码和语法检查，将解码和检查无误的指令送到运动控制器进行插补，进而控制机床的 连续运动和i o 控制。 5 基于f c 辘畿数控清角机开触数控系统研究 6 济南大学硕士学位论文 第二章数控清角机系统总体研究方案 2 1 用声对数控清角机的设计要求 2 l 数控清角机的设计要求 数控清角机是由普通清角机发展丽来的一种数字控制机床，其有如下特点：u ( 1 ) 运动控制的要求： d 数控清角机的运动特征：数控清角机的伺服系统能都在多坐标方向协调运动， 并能按照设定的相互关系动作，实现清角机的多轴联动，完成直线插补和圆弧插补； 2 ) 数控清角机的控制特征：当工作台放上要清角的塑窗系统自动完成定位块定 位、压紧、定位块复位、铣刀到位、铣削、铣刀