塑窗清角机数控系统设计

济南大学毕业设计- 1 -目 录目 录 .11 前言 .21.1 设计的目的和意义 .21.2 国内外研究现状 .21.3 设计的内容 .32 总体方案设计 .42.1 功能与性能要求分析 .42.1.1 数控清角机机械结构的认识 .42.1.2 数控清角机主要功能与技术要求 .62.2 设计方案比较、分析与确定 .72.2.1 硬件设计方案 .72.2.2 软件设计方案 .83 控制系统硬件设计 .13.1 控制系统功能与要求分析 .13.2 控制系统的组成 .13.3 控制系统组成部分设计 .13.3.1 设计理由 .13.3.2 设计结果 .33.4 总体硬件电路 .44 控制系统软件设计 .64.1 软件实现的功能 .64.2 关键功能模块设计及源代码 .74.2.1 示教功能模块设计 .74.2.2 NC 代码处理模块与软件总体运行 .115 结 论 .14参 考 文 献 .15济南大学毕业设计- 2 -1 前言1.1 设计的目的和意义塑钢门窗因坚固耐用、保暖性良好、价格低廉等优势而赢得市场。它正以迅猛的速度发展, 并将逐渐取代金属门窗。随着加工水平的提高, 塑钢门窗正进入高档建材市场, 这对塑窗的加工提出了更高更精确的要求 1。塑钢门窗使用塑钢材料作为门窗边框, 经过四角焊接后成为门窗的主框架, 在成为成品前需经过焊缝清理这最后一道工序。门窗的焊缝总在相邻的两条边框的 45 度角平分线所在的垂直平面内,所以清理工作主要包括对外角和上、下表面焊缝的清理。针对不同的型材, 清理加工的运动形式会有不同, 但加工面都集中在一个平面内 1。在塑钢门窗的焊缝清理方面，国外主要采用数控形式。数控清角机是利用数控技术控制刀具运动进行塑窗焊缝清理的数控机床。数控清角机的一般工作过程为：零件加工代码经由磁盘等信息载体、由计算机通讯或由操作工人输给控制装置，由数控装置进行编译，再经过数据处理，将伺服控制点数值及控制信号输给伺服系统，由伺服系统完成刀具的定位，定位后，刀具或旋转或直线圆弧运动，完成插补运算，完成一个工作周期 2。目前我国已有一些厂家开始生产这方面的数控加工设备, 然而它们所生产的清缝清角机一般采用专用的数控系统，其可开发性较差，改进数控系统的成本高，有些加工要求还不能很好实现。所以，设计一款新型的，经济实用型的能完成各种加工要求的开放式的数控塑窗清角机成为必要课题。1.2 国内外研究现状塑钢门窗的加工应用在国外已经有几十年的历史, 自从上世纪八十年代初塑钢门窗在我国逐步推广使用以后, 最早的塑窗加工设备全部从国外进口, 国外的一些塑窗加工设备厂家如 URBAN(欧鹏) 、WEGOMA(威格玛) 、HAFFNER(哈福纳)等厂家的设备陆续进入我国。这些早期的国外引进设备，由于控制技术水平有限, 大部分产品都是采用中间继电器、时间继电器、接触器、熔断器、热继电器、热电偶等电器件的搭配组合来实现设备的电气控制，国外引进设备中普遍采用了单片机控制技术来实现设备的特殊要求 3。随着半导体技术,尤其是微处理器及微型计算机的发展, 以微处理器作为中央处理器的可编程逻辑控制器 PLC 在工业界已普遍应用。PLC 在塑窗行业的应用也大大简化了塑窗清角机的电路设计, 提高了其电气系统的稳定性 3。总之，国内外的塑窗设备行业经过十几年的发展至今已研制出了包括锯切、铣济南大学毕业设计- 3 -削、焊接、清角四大类上百个品种的产品。在这十几年中,随着计算机科学的发展和工业自动化提出的愈来愈高的要求，可编程控制技术也得到了飞速的发展，工业自动化领域发生了翻天覆地的变化。国内的塑窗设备生产厂家紧跟时代潮流，对工业自动化领域的变化作出了敏感的反应，PLC、PCC、IPC、NC 、CNC 等各种各样的新技术、新器件在各个产品上不断得到应用 3,4。虽然国内的数控清角机得到了很大的发展，但是和发达国家相比还比较落后，很多关键技术如数控系统、大功率伺服电机等还依赖于进口。1.3 设计的内容本课题研究的最终目标是：根据塑窗清角机工作的需要，完成其数控系统的开发，包括数控系统的硬件电路的设计、控制软件的开发等。数控系统完成后，通过现场的调试和实验，能达到正确控制机床动作的目的，并且可以满足清角机加工速度及精度的要求。本设计的创新部分是：全触屏的操作界面设计和示教界面的图形显示功能。本设计的主要设计步骤为：第一部分了解塑窗行业和数控清角机的现状和发展状况，研究本设计的课题来源和研究内容；第二部分进行总体方案的设计，首先分析数控清角机实际工作需要，提出大体的设计方案，经比较分析，最后得到总体方案；第三部分分析性能要求和精度要求，然后对其硬件设计的电机选择、驱动电路等电气模块和运动控制器的选择模块给出相应方案；第四部分从各个子功能模块入手，依据不同功能相设计界面和编写程序；第五部分是对整个设计过程进行评估。济南大学毕业设计- 4 -2 总体方案设计2.1 功能与性能要求分析2.1.1 数控清角机机械结构的认识（1）塑窗清角机机械本体组成：主要由底座、活动平台、清角刀具、塑窗定位架构成。活动平台及塑窗定位架固定在底座上，塑窗定位架固定在底座的右侧，活动平台固定在底座的左侧 5。 工件定位夹紧装置该装置主要由工作台平板、回转定位板、定位柱、定位气缸、定位撞块、压紧气缸及压紧机构等组成。工作台平板设计成左右分体式，由螺钉和定位销将其固定到机架上。工作台前端设两块回转定位板，用于工件的外角定位。后设两个定位柱，定位柱的安装轴颈与定位外圆设置了偏心，可以微调定位位置。在两块工作台平板的中间，设置了两块导板，导板中部设导向槽，装于定位块两侧的 4 只球轴承即被套在导向槽内，使定位撞块被夹持在两导板之间，并能沿槽作滑动，定位工作是由定位气缸带动曲柄滑块机构，使定位撞块在导向槽的约束下作起伏移动来完成的：定位气缸借助肘关节轴承与曲柄和连杆的铰支点相连，定位气缸活塞杆伸出时，即压迫曲柄和连杆向上回转，迫使定位撞块升出工作台并向前行进，定位撞块前端圆弧部分与工件内角接触，导引工件前行，最后压向回转定位板和定位柱，从而被正确定位。待工件被夹紧后，定位气缸活塞杆回缩，即带动曲柄连杆向下回转，迫使定位块后退并降回工作面之下。工件的压紧装置由压头、压紧气缸、柱、气缸夹板等部分组成，左右两压头分别与两活塞杆连接，松开气缸夹紧板螺钉即可使气缸夹紧板上下左右移动，用以调整压紧的位置和高度。定位机构将工件正确定位后，一对微动开关发出电信号，使压紧气缸充气，活塞杆伸出,将工件压紧在工作台板上,全部清角工作完成之后,电控系统又发信号,使压紧气缸排气,将工件松开。工作台板外侧各设两块 UPVC 滑板，是为清理小尺寸窗框时避让焊缝渣所设。在清理上述窗框时可适当移动滑板，让开焊缝，以避免焊缝焊渣将工件顶起而产生歪斜。 拖板部分：本机共设 X 轴和 Z 轴两个座标轴，沿此二轴的主运动，皆由数控系统控制拖动。Z 向主运动控制清外角铣刀的升降，X 向主运动控制锯片的前后进给。以及上、下济南大学毕业设计- 5 -平缝的拉削加工及外角平缝清理铣刀的 X 向移动及准确定位。拖板部分即为实现 X 向运动所设。拖板部分主要由拖板，直线轴承及其座，导轴及导轴座，滚动丝杠副、滚动螺母座、电机座及伺服电机等组成。拖板为板状铸铁件。本机床所有工作机构都直接或间接安装在拖板上。它们是：上下平缝拉刀借助门架安装在拖板的后部；外角平缝锯片组件安装在拖板后端部。拖板的导向采用 25带底座圆导轴 2 根及 4 只开口直线轴承，轴承座安装在拖板下面四角的支承面上。拖板的拖动采用双螺母滚珠丝杠副，垫片调整消除轴向间隙（出厂时已调好，不需再调整） ，螺母座安装在拖板下前中部。滚珠丝杠的支承采用两只向心推力球轴承面对面安装预紧消隙结构，轴承座及导轴座皆安装在机架上。控制电机由电机架支承，通过联轴节与丝杠连接。工作中，拖板的前移、后移及依据坐标值的定位静止皆由数控系统控制步进电机的左转、右转、锁定实现。 铣头部分铣头部分主要由旋转气缸及其导向机构、Z 轴步进系统构成。清理外角用铣刀采用 200圆锯片。它安装在主轴的下端，由夹紧垫及螺母固定。主轴用两只向心推力球轴承支撑，它们面对面安装在滑座轴承孔中，经调整轴承盖、垫片厚度，对轴承预加载荷，消除其径向、轴向间隙。滑座的 4 只脚，分别装有 4 只整体式直线球轴承，它们分别套在两根被支座架空的圆导轴上，共同组成升降（Y）导向机构。（2）塑窗清角机的刀具组成：有上下铣刀、上下拉刀和锯片 1。其中上、下铣刀分别安装在同一个气缸上，气缸工作带动铣刀在垂直平面内直线移动，结合它们各自的旋转气缸带动它们在水平面上的旋转运动，可实现对塑窗外角焊缝的清铣。上下拉刀安装在 X 轴上，工作时靠同一个气缸驱动来 Z 向靠近工件，之后 X 轴伺服电机运动带动拉刀完成对工件上下表面焊缝的清铣工作。锯片安装在主轴上，锯片在主轴的三相异步电动机带动下旋转，然后在 X 轴和Z 轴伺服电机驱动下锯削型材。它可完成直线、圆弧和空间任意曲线的运动，以适应对不同型材的加工要求。（3）塑窗清角机的工作原理：塑窗清角机完整的工作流程为：工件定位压紧-上下铣刀铣削圆角-锯片清外角-上下拉刀清上下平缝-取换工件 工件定位压紧将工件放到工作台板上，靠向定位板，定位柱，触发微动开关发出信号。据此信号，定位气缸活塞杆伸出，定位撞块升起并前移，将工件前推，靠牢定位板，稍后，压紧气缸将压头压向工件，将工件压紧。随后定位撞块退回。济南大学毕业设计- 6 - 上下铣刀铣削圆角接上工步经短暂延时后，拖板快速移至上下铣刀工作位置锁定，气钻启动，铣刀旋转，同时进给气缸做进给，完成清理部分圆角平缝工作，至进给终点，进给行程为调整螺杆限定，工作完毕经延时后，气缸回撤至初始位置，气钻停转，拖板快速返回前始位。 锯片清外角拖板返回前始 X0 位被确认后，拖板即快速后移，至清外角开始工作位置（由输入标值确定） ，此时主电机已启动，根据型材外角尺寸输入的相关程序，X 、Z 轴分别做进给运动，斜面部分，两轴以一定速比联动，锯片旋转做轨迹切削，完成预定的清理工作。工作毕，拖板快速返回前始点。 上下拉刀清上、下平缝锯片回至上始位被确定后，拖板快速后移，随后两夹钳气缸活塞杆同时缩回，将上拉刀压下，下拉刀抬起，使上、下拉刀进入工作位置，经延时后拖板前移对焊缝拉削。之后，拖板回至前端位。 取换工件拖板返回前端位被确认后，即发信号使压紧气缸回程，将工件放松，即可取换工件，进行下一工作循环。2.1.2 数控清角机主要功能与技术要求（1）主要功能：用于塑钢门窗焊接后的焊缝清理。门窗的焊缝在相邻的两条边框的 45 度角平分线所在的垂直平面内, 清理工作包括对外角、上下表面和内角焊缝的清理。该机床是一台集气动、机械、数控技术为一体的具有多功能的通用清角设备，是塑钢门窗大批量，多品种生产的主要设备。（2）技术要求：人机交互采用全触摸屏模式；系统应具有如下功能： 参数界面：加密功能（只有员工正确输入密码后，才能修改参数） ，保存 功能，返回主界面功能。手动速度、加速度，减速度，工作原点的设定（铣刀延时时间，拉刀下降时间， x 轴螺距，z 轴螺距，回参速度的设定） 。 示教界面：建立数据库，可以通过输入型材系列、型材厂家、程序代号，步数，刀具号，x 轴移动，z 轴移动，保存示教后的程序，然后进入编辑界面进行编辑。 编辑界面：通过主界面或示教界面进入本界面，可以删除，复制，修改程序，可以插入行，删除行，上翻页，下翻页。济南大学毕业设计- 7 - 自动界面：显示当前程序的材型名称、程序代号、报警号、当前程序的工作进程、加载新程序、删除程序、报警复位、返回主界面、运行轨迹模拟。 报警后显示报警界面，显示报警号和报警原因。 手动界面：主要是调试维修用，通过手动完成 x 轴，z 轴移动，定位，压紧，上铣刀，下铣刀，拉刀，锯片，回参动作，还要有复位。 附加功能：工作日志（工人编号、工作时间、结束时间、工人工作量）工件加工数量，刀具的加工时间等。 界面要求：界面华丽，美观大方，是产品的卖点之一。2.2 设计方案比较、分析与确定论文采用结构化设计思想，将总设计方案的设计划分为硬件设计方案和软件设计方案两个模块的设计。2.2.1 硬件设计方案方案 1: 采用继电器、接触器、熔断器、热继电器等电器件，使用 MCS-51 系列的 8031 单片机扩展系统作为控制核心，即控制系统由单片机系统、键盘及数码管显示器、I/O 接口及光电隔离电路、步进电机驱动器等组成。优点：硬件组成简单，价格低廉。缺点：只能进行简单逻辑控制，无插补功能；系统的优化改进只能通过重新搭配组合硬件来实现；设备的控制子系统之间相互独立，无通讯功能；采用单片机为控制核心，其 I/O 外围扩展电路相对比较复杂，一旦系统出现故障，维修非常困难；机床智能化程度低导致加工效率差 3。方案 2：采用以微处理器 MCU 作为中央处理器的可编程逻辑控制器 PLC 代替单片机来作为机床的硬件控制核心，即控制系统由 PLC、键盘及数码管显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进电机环形分配器等组成。优点：相对于单片机控制，此方案大大简化了电路设计，提高了电气系统的稳定性。缺点：不能实现插补功能；人机交互界面简单，功能不足；智能化程度依然不高。方案 3：采用现有数控系统加以改造，形成所需控制核心，如应用日本的FANUC、Mitsubishi(三菱 )、德国的 Siemens(西门子 )、西班牙的 Fagor(发格)、意大利的 Fedia(斐迪亚)等著名的数控系统，来改造研制塑窗数控清角机的控制系统 7。优点：技术成熟，可靠性好，各种插补功能齐全，能很好实现加工要求。缺点：性价比低，这些数控系统有许多模块需要专用的部件配置，所以改造成本大。方案 4：采用 PC 机+运动控制卡的方式构成控制系统硬件，即采用 PC 机作为控制中心，运动控制卡采用 MPC2810 型插卡式运动控制器。应用这种方案开发的产济南大学毕业设计- 8 -品如采用工业计算机 + 贝加莱(B&R) PCC2003 控制器 + 美国 API 公司的步进驱动器配套开发 SQJ180A-CNC 清角机 8,9。优点：采用 PC 机作为控制中心，降低了控制系统硬件的复杂性，提高了系统的稳定性和对不同型材的适应性。运动控制卡的使用使得产品经济适用。缺点：相对于方案 3，可靠性低一些，但已经能满足机床使用要求。我的方案：综合以上 4 种方案，依经济适用、系统可靠完善的要求选择第 4 种方案。考虑到一体式运动控制器比 PC 机+运动控制卡的组合方式可靠性更好，所以并在方案 4 基础上加以改进，即选用 GUC 一体式运动控制器+ 驱动器的硬件组合构成数控系统的硬件。2.2.2 软件设计方案软件部分包括开放式数控系统和交互式人机界面。数控系统后台开发包括控制器初始化模块、自动加工模块、参数编辑模块、检测报警模块等；人机交互界面设计主要包括系统主界面、自动加工界面、手动界面、参数界面和示教界面等。方案 1：软件工作在 WINDOWS XP/VISTA 操作系统平台上，选择利用VB、VC+或者 Delphi 语言开发。优点是：VB 为可视化编程语言，有大量的控件可以使用，设计界面美观，操作方便。方案 2：软件使用 BASIC 和梯形图两种语言。其中伺服定位部分采用 BASIC，充分利用高级语言功能强大，易于实现比较复杂的算法的特点。方案 3：控制系统软件开发主要采用以 C 语言为主，梯形图为辅的编程方式，即辅机控制使用梯形图，数据块控制使用 C 语言，故障检测及报警使用 C 语言。我的方案：综合以上 3 种方案，依据界面设计美观，操作方便的要求，采用方案 1，并结合方案 2 与 3 来设计软件部分，即主要使用 VB 语言，并注意与其他语言结合运用。济南大学毕业设计- 1 -3 控制系统硬件设计3.1 控制系统功能与要求分析数控清角机是一台集气动、机械、数控技术为一体的具有多项功能的通用清角设备，可实现塑钢门窗大批量，多品种的生产。在本设计中，清角机的 X、Z 轴控制必须具备定位、直线插补、圆弧插补、暂停、循环加工等功能，而它的主轴旋转没有对位置的控制，并且不需要进行调速。在选择运动控制器时要注意运动控制器必须能够驱动继电器。本设计要求较高的可靠性、稳定性、抗干扰能力和较好的性价比。3.2 控制系统的组成数控清角机控制系统主要由以下几个部分组成 10： 数控系统。数控系统是清角机的控制核心，它实时检测机床工作状态以及加工过程，实时接受工人输入的操作指令，并同时控制协调机床各功能部件的动作来完成加工任务。数控系统主要包括运动控制器，全触屏操作面板以及相应的控制软件组成。 伺服系统。伺服系统直接驱动各轴运动。它接受数控系统的指令并实现清角机各轴速度、位置的精确控制。清角机伺服系统主要包括主轴电机旋转、X 轴电机伺服、Z 轴电机伺服和各驱动气缸。 电气系统。电气系统包括主交流回路、电机电磁阀、继电器控制回路和机床辅助功能控制回路三部分，其中主交流回路为强电部分，后两个电路则为弱电部分。控制回路是本设计中电气系统设计的主要内容。 传动系统。它主要包括主轴传动机构、X 轴传动机构和 Z 轴传动机构。其功能主要是将各伺服电机的输出转为各个轴的动作。本设计的传动系统主要有X、Z 轴的滚珠丝杠副。3.3 控制系统组成部分设计3.3.1 设计理由（1）运动控制器选择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 11。济南大学毕业设计- 2 -在本设计中，运动控制器需要控制机床 2 个轴伺服电机的运动，包括 X、Z 轴伺服电机，同时运动控制器还必须能够驱动继电器。同时，本设计要求较高的可靠性、稳定性、抗干扰能力和较好的性价比。国内外有很多公司推出各种型号的运动控制器。其中，国外比较有代表性的运动控制器制造商有 Delta Tau、Galil、DMC、Aerotech 等，国内较著名的运动控制器有固高科技(深圳 )有限公司的 GE、GT 、GUC 系列 12。 根据设计需求，本设计选用固高公司的 GUC-E 系列四轴一体化运动控制器GUC-400-ESV/ESG-M01-L3。（2）伺服电机与伺服驱动器的选择。清角机的 X、Z 轴控制必须具备定位、直线插补、圆弧插补、暂停、循环加工等功能，故应该选择具有连续控制能力的伺服电机；又考虑到交流伺服电机的性价比比步进电机更高，所以使用交流伺服电机。而它的主轴旋转没有对位置的控制，并且它不需要进行调速，所以选择不加变频器的普通三相交流异步电动机驱动。综上，本设计的数控清角机为伺服电机和普通电机驱动的数控机床。它的主轴采用普通电机带动锯片旋转；X、Z 轴采用伺服电机驱动，分别控制锯片、铣刀的X、Z 轴移动，而伺服驱动器选用松下交流伺服驱动器 MADDT1207；工件的压紧依靠 3 个气缸驱动翻转夹紧装置和压紧块。（3）电气系统的设计电气系统包括主交流回路、电机控制回路和机床辅助功能控制回路三部分。主回路需要实现 2 个交流伺服电机、1 个三相异步交流电机的电能供应；电机控制回路用弱电控制普通三相异步电机的启停、伺服电机的位置、速度控制；机床辅助功能控制回路实现限位开关、定位微动开关、指示灯和检测装置的工作和 M 指令的实现。所以，它的一个典型的伺服电机控制回路如图 3.1 所示。济南大学毕业设计- 3 -1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBATitleNumber RevisionSizeA3Date: 24-May-2011 Sheet of File: E:protelzwh.ddb Drawn By:1 23 423456121212123412561213141511UVWEE1256L1 L3L1C L2C714152122232429313637414849123456810141517181912345123451 23 45 67 89 1011 1219 17I/O 2U1V1W1EPS1/PS1E5V1E0VFGFGE5V1PS1/PS1E0V1HOME1LIM1+LIM1-0GNDLIM1+0GNDHOME10GNDLIM1+0GND0VCCHOME1LIM1+LIM1-0GND0VCCHOME1LIM1+LIM1-0GND0VCCHOME1LIM1+LIM1-0GNDHOME0HOME1HOME2HOME3LIM0+LIM0-LIM1+LIM1-LIM2+LIM2-LIM3+LIM3-0GND0VCCFGE5V1PS1/PS1E0V1FGE5V1PS1/PS1E0V1U1V1W1EE0VCCDAC1GNDA1+A1-C1+C1-ENABLE1RESET10GNDALM10GNDB1+B1-0GNDALM1ENABLE1A1-B1-C1-DAC1GND0VCCRESET1A1+B1+C1+L4N4L4N4图 3.1 伺服电机驱动电路接线图3.3.2 设计结果控制系统主要包括：运动控制器、I/O 端子板、逻辑电路、伺服驱动器、伺服电机、操作界面等。其总设计方案为：选用固高公司的 GUC-E 系列四轴一体化运动控制器 GUC-400-ESV/ESG-M01-L3； 它的主轴采用普通三相异步电机带动锯片旋转；X、 Z 轴采用伺服电机、滚珠丝杠副驱动，伺服驱动器选用松下交流伺服驱动器 MADDT1207，分别控制锯片、铣刀的 X、Z 轴移动； 它的电气系统由主交流回路、电机控制回路和机床辅助功能控制回路三部分组成。控制系统组成如下图 3.2 所示。济南大学毕业设计- 4 -电源 交 流 电 源开 关 电 源伺 服 电 机 驱 动 器 交 流 伺 服 电 机GUC-40-ESV/ESG-M01型 一 体 式 运 动 控 制 器 I/O端 子 板逻 辑 控 制 电 路 继 电 器三 相 交 流 电 动 机刀具电源 交 流 电 源开 关 电 源伺 服 电 机 驱 动 器 交 流 伺 服 电 机型 一 体 式 运 动 控 制 器 端 子 板逻 辑 控 制 电 路 继 电 器三 相 交 流 电 动 机刀具图 3.2 塑窗清角机控制系统组成图3.4 总体硬件电路控制系统总体硬件电路图如下图 3.3 和图 3.4 所示。W1V1PEI/O端 子 板GUC运 动 控 制 器 Z轴 伺 服 电 机 驱 动 器X轴 伺 服 电 机 驱 动 器位 置 编 码 器X轴 伺 服电 机 SM1人 机 交 互 触 摸 屏位 置 编 码 器 Y轴 伺 服电 机 SM2V+5COM160D24-(CV+)图 3.3 数控清角机控制系统硬件电路接线图济南大学毕业设计- 5 -图 3.4 三相异步交流电机起停控制电路济南大学毕业设计- 6 -4 控制系统软件设计4.1 软件实现的功能（1）初始化功能。实现数控系统的初始化，主要包括运动控制器初始化、运动参数初始化、触摸屏操作界面初始化等。（2）NC 代码处理功能。实现数控系统的核心功能，包括自动编程、图形处理、代码输入、编辑、译码等功能；该功能可将编辑好的 NC 代码直接转换成可控制运动控制器的数据信息。（3）运动控制功能。实现手动、回零及自动加工等动作要求；可完成 x 轴，z轴移动，定位，压紧，上铣刀，下铣刀，拉刀，锯片，回参等动作。（4）继电器控制功能。实现机床的逻辑控制功能；当继电器接收到来自端子板的弱电信号后，会驱动相对应的继电器开关，从而控制气缸和电机的运动。（5）界面显示功能。触摸屏上显示以下界面：参数界面、示教界面、编辑界面、自动加工界面、手动加工界面等。界面美观大方，是设计的特色之一。（6）其他功能，如参数设置、型材数据库的管理及报警检测功能的实现。其操作界面示意图如下图 4.1 所示。 GUC操 作 系 统主 控 制 界 面参数界面 示教界面 编辑界面 自动界面 报警界面 手动界面 附加功能状 态 检 测GUC运 动 控 制 器运 动控 制 电 机控 制 检 测输 入操 作 系 统主 控 制 界 面参数界面 示教界面 编辑界面 自动界面 报警界面 手动界面 附加功能状 态 检 测运 动 控 制 器运 动控 制 电 机控 制 检 测输 入图 4.1 塑窗清角机软件系统济南大学毕业设计- 7 -4.2 关键功能模块设计及源代码 4.2.1 示教功能模块设计（1）示教界面设计示教界面的整体设计面板如下图 4.2 所示。图 4.2 触摸屏示教界面设计由图可以看出，示教界面里，有如下模块： 轴操作模块。可以 x 轴移动，z 轴移动；可以实现 XY 平面的圆弧插补； 定位压紧工件、锯削工件、铣削工件操作模块。可以实现塑窗清角机的手动加工； 程序编辑模块。可以打开、保存、删除，复制，修改程序，可以完成插入行，删除行，上翻页，下翻页等操作，更重要的是它能实现自动编程功能，即可以将工人的操作过程自动生成为 G 代码，是本设计的一个创新点； 图形显示模块。在型材加工的同时，调用显示对应的加工轨迹图形，便于操作工人实时监测加工过程，相对于只能显示加工坐标的传统机床，既直观又便于操作工人实时调节，是本设计的一个创新点； 建立型材数据库模块，如图 4.3 所示的“有关信息” 栏。型材数据库显示界面在自动加工和手动加工时并不显示，只有当操作工人需要存储加工新程序或济南大学毕业设计- 8 -修改程序时通过触摸屏按键“有关信息” 触发时才显示在面板上。通过这一界面可以输入型材系列、型材厂家、程序代号等，保存示教后的程序，然后进入编辑界面进行编辑。图 4.3 示教界面型材数据库界面（2）示教模块自动运行子程序：Private Sub Form_Activate()13-16Me.Move Form1.Left + 500, Form1.Top + 1000If parm_rs Is Nothing ThenSet parm_rs = New RecordsetSet parm_rs.ActiveConnection = adocnEnd Ifstrsql = select * from 参数设置 parm_rs.Open strsqlx_ls = parm_rs(x 轴初速)y_ls = parm_rs(y 轴初速)x_hs = parm_rs(x 轴最高速度)y_hs = parm_rs(y 轴最高速度)济南大学毕业设计- 9 -x_a = parm_rs(x 轴加速度)y_a = parm_rs(y 轴加速度)x_can = parm_rs(x 轴参考点)y_can = parm_rs(y 轴参考点)x_luo = parm_rs(x 轴螺距)y_luo = parm_rs(y 轴螺距)x_mai = parm_rs(x 轴每转脉冲)y_mai = parm_rs(y 轴每转脉冲)x_cs = parm_rs(x 轴常速度)y_cs = parm_rs(y 轴常速度)xi_delay = parm_rs(铣刀)ju_delay = parm_rs(锯片)la_delay = parm_rs(拉刀)ding_delay = parm_rs(定位)ya_delay = parm_rs(压紧)shiliang = parm_rs(矢量速度)yanshi = parm_rs(普通延时 )parm_rs.CloseSlider1.Max = x_hsSlider2.Max = x_hsSlider1.Value = shiliangSlider2.Value = x_csLabel32.Caption = x_hsLabel36.Caption = y_hsLabel37.Caption = x_csCheck2.Value = 0Check3.Value = 0Check4.Value = 0Slider1.Enabled = FalseText5.Enabled = FalseText1.Text = 0Text2.Text = 0Text3.Text = 1000Text4.Text = Text5.Text = shiliang济南大学毕业设计- 10 -Text7.Text = 0Text8.Text = 0Text9.Text = 5Text10.Text = 0Text11.Text = 0Text13.Text = Text14.Text = Text15.Text = jcbutton2.Enabled = FalseShape1.FillColor = &HFF8080Shape2.FillColor = &HFF8080Shape3.FillColor = &HFF8080Shape4.FillColor = &HFF8080Shape5.FillColor = &HFF8080x_yuan = Line2.X1y_yuan = Line1.Y1x_qian = Line2.X1y_qian = Line1.Y1MSF.ColWidth(0) = 500Combo1.ClearCombo1.AddItem 1Combo1.AddItem 2Combo1.AddItem 4Combo1.AddItem 10Combo1.AddItem 100Combo1.ListIndex = 3If SetBoard 0 ThenMsgBox 错误信息 请检查板卡连接情况！ , vbOKOnly, 初始化错误End Ifbianma = 1If about_rs Is Nothing ThenSet about_rs = New Recordsetabout_rs.ActiveConnection = adocn济南大学毕业设计- 11 -End Ifabout_rs.Open select * from 有关 MSF.ClearMSF.Rows = 0strsql = 序号 + vbTab + 型材系列 + vbTab + 型材厂家 + vbTab + 程序代号MSF.AddItem strsqlDim i As Stringi = 1Do While Not about_rs.EOFstrsql = i + vbTab + Trim(about_rs(型材系列) + vbTab + Trim(about_rs(型材厂家) + vbTab + Trim(about_rs(程序代号)MSF.AddItem strsqlabout_rs.MoveNexti = i + 1Loopabout_rs.CloseEnd Sub4.2.2 NC 代码处理模块与软件总体运行（1）软件总体运行流程图如下图 4.4 所示。济南大学毕业设计- 12 -是否否是否是开始程序初始化初始化成功？报错 操作界面显示报错异常处理读取输入 发送运动指令是否异常？代码编译代码输入是否退出？返回图 4.4 软件系统运行流程图（2）NC 代码处理程序流程图如下图 4.5 所示。济南大学毕业设计- 13 -否否是是是否否否 是是是开始提取一行代码注释行？提取一个单词提取第一个字母G 指令 M 指令 N 指令 T 指令 辅助指令后面是整数？是否匹配？报错并输出行提取完成？代码提取完成？返回后面是整数？图 4.5 NC 代码处理程序流程图济南大学毕业设计- 14 -5 结 论本设计针对国内外塑窗清角机的发展现状，并根据塑窗清角机工作的需求，开发了基于一体式运动控制器的开放式数控系统，同时设计了适用于清角机的全触摸屏人机交互系统。具体的研究内容如下：（1）通过分析数控清角机的机床结构、伺服系统、传动系统，考查清角机加工的全过程，并结合现阶段先进的制造装备技术，引入开放式数控系统的设计思想，提出了数控系统的设计总方案，即