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内容简介：

激光焊接机运动系统说明书本次设计内容主要有从工程实践出发，根据激光焊接机的要求，首先设计好激光运动控制平台的硬件设计，在此基础上，对开放式数控系统进行深入研究，在数控系统的软硬件平台的构建、输入数据处理、进给控制等方面进行研究;开发一套以PC机和运动控制器为核心的数控系统，实现数控工作台的运动控制，数控系统采用前后台软件结构，前台程序由运动控制器完成插补、伺服位置控制，后台程序完成输入、译码、数据处理及管理、诊断功能，整个软件在Windows操作系统下用C+或Visual C+编制。联接后台软件设计，合作完成整一部三轴联动的数控控制激光焊接机。1. 激光焊接系统的机械结构如图1，激光焊接系统的机械结构由以下部分组成：XY两个轴带动工作台，Z轴带动激光头，实现三轴的联动。图1.激光焊接工作台整体机械结构2. 激光焊接系统的电气原理及软件系统介绍本激光焊接机工作台的控制系统从结构上来看主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件方面采用结构有计算机主机，键盘，鼠标，运动控制卡，步进驱动器，步进电机，限位开关，直线运动模块，原点开关，直流开关电源，单相变压器等组成。软件部分主要是以windows操作系统为平台，开发系统所需要的运动驱动函数和各种应用程序。2.1控制系统的主要硬件模块 1）、计算机主机：作为控制系统的核心，包括CPU芯片以及外围芯片，电子盘、通讯接口、软硬驱动接口。他的主要作用是对于系统的任务进行调度，完成处理控制系统所发出的指令。根据指令向其他功能模块发送命令、传送数据，响应用户的操作指令。2）、运动控制卡：用高性能微处理器（如 DSP）及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的步进/伺服电机运动控制卡，包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、D/A输出等功能，它可以发出连续的、高频率的脉冲串，通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度，改变发出脉冲的数量来控制电机的位置，它的脉冲输出模式包括脉冲/方向、脉冲/脉冲方式。脉冲计数可用于编码器的位置反馈，提供机器准确的位置，纠正传动过程中产生的误差。3）、键盘和显示器：两者构成人机对话窗口，用于输入和显示系统参数运行情况等4）、限位和原点开关：用于工作台的超程和原点控制。一般作为输入信号，返回一个信号给运动控制卡，通过调用程序达到限位或停止功能。5）、驱动器:接收运动控制卡发出的脉冲和方向信号,再把信号发给电机。6）、电机：主要用于运动的控制，实现各种运动轨迹。2.2控制系统的主要前台软件设计1）、友好的人机界面：本界面是模仿法拉克系统的数控操作的的界面，布局合理美观，模块结构清晰，使用者可以在一个界面内完成所有的数控操作。2）、文件管理功能：系统能够自动识别和打开*cnc文件，识别后导入编辑的对话框里面，编辑对话框具有检测合法字符，操作符，语法等功能。因此，系统支持在电脑加载复杂的程序。3）、程序输入：界面的编辑框还有直接在系统输入，编辑，更改程序的功能，编辑框右边提供使用者编辑按钮，按钮有自动识别字母输入还是数字输入的功能。4）、状态显示：当系统处于运行状态的时候，界面可以显示对工作台的坐标显示更新以及按键被选中的时候状态显示，提示超程等。本工作台设计的人机交互界面具有很多优点。本界面主题思想是仿造法拉克数控系统形状的，一共使用了43个大类，函数200多个，资源添加也有100多个，是一个逻辑性非常强的界面设计，函数与函数之间存在的逻辑关系是比较复杂的，但是开发出来的效果还是比较友好，功能比较齐全，方便使用者的操作，可以在一个界面完成全部数控的操作。如图2所示：图2 数控工作台操作界面两大模块主要是数控系统操作模块和操作面板模块如下图：1）数控系统操作面板如图3：图3数控系统操作面板功能模块介绍如下图4图4 数控操作面板模块功能模块及程序类分析：数控系统操作面板大体可以分四个模块：显示面板、输入面板、编辑面板、模式选择面板。显示面板可以根据消息响应的不同，显示不同的对话框，里面一共有8个对话框，分别是绝对坐标、相对坐标（RelPosDlg）、综合坐标（AllPos）、程序内部输入（SinPrgDlg）、程序登记（PrgLibDlg）、程序外部输入（MdiDlg）、工件坐标1（WorkCoondOne）、工件坐标2（WorkCoondTWo）。模式选择面板一共有三种模式选择，分别是POS、PROGRM、MENU。这八个对话框与模式选择模块息息相关，每一个模式都对应几个的对话框。POS按键消息响应时，显示面板会自动加载坐标显示的三种模式供选择。PROGRM按键消息对应的是三个程序编辑的对话框。MENU按键消息对应的是工件坐标的对话框。输入面板主要是输入代码时，调用NumLetterInput（）函数，自动选择输入的是字母还是数字。编辑面板一般都是删除（can）、Inset（插入）等几个编辑代码时使用到，一般跟着光标显示位置进行信息捕捉，例如can键消息响应时，调用SetSel(0,-1)，表示从头到尾删除。 2）操作面板 本工作台的操作面板如图5图5 操作面板本工作台的操作面板功能模块如下图6：图6 操作面板模块功能模块及程序类分析：操作面板大体可以分四个模块：位置移动（OnBtX等）、程序执行模块、模式选择模块、A轴开启/速度模块。操作面板是配合数控系统操作面板的来运行的，其中模式选择模块有六种枚举变量，当按键选择其中一种时，该按键会获取LoadBitmap（）函数，来获取亮灯（buttondown）图片，而其他均为按键均为灰色，选择其中一个变量，得到的响应消息以及调用的函数不同，当选择AUTO、EDIT、MDI时，按键消息会映射到数控系统操作面板的模式选择模块，进行编程。当选择HOME 、JOG、JOGING时，按键消息会映射到数控操作系统的POS模块以及位置移动模块，当移动模块工作时，即X、Y、Z、A轴移动按键响应时，POS加载的三个坐标显示面板会获取移动的信号，实现更新显示。而移动坐标轴主要由两种形式JOG和JOGING形式，分别调用OnBtJog()和OnBtJogIng() 函数。A轴的开启/调速模块主要是A轴的正转、反转等。执行程序模块主要是当枚举变量选中AUTO或MDI格式的时候才能执行以下的模块，如单条程序、空走，自动循环等。这个界面总的来说，可以实现文件管理、程序输入、运动控制、对系统状态监控等任务。3. 激光焊接系统电气原理 本设计使用的是PC+运动控制卡的控制系统，其中运动控制卡的接线图如图3-1图3-1.运动控制卡接线图在电气控制系统中，习惯将高压、大电流的回路成为主回路。常见的控制系中，主回路系统通常包括以下部分：1） 电机主回路。包裹电机的通断控制的接触器和电机保护用的断路器。2） 各种驱动装置电源回路和动力回路。3） 各种控制变压器的初级输入回路。包括通断控制的接触器、保护断路器等。4） 用于供给控制系统的各部分的电源输入和控制回路，包括电源变压器、整流器，稳压器等。本工作台的主控制电路设计主要是由两部分组成,一部分是运动控制卡的供电,另一部分是驱动器和步进电机方面的供电。总体上来说,用电功率不大，设计用单相电压220v的。其中经过变换，运动控制卡的电压时24v ，50w的主要用于数字输入输出的需求。电机使用的是两个单相变压器28v 50w的。如图3-2所示：图3-2. 主电路图3.1.控制回路设计内容控制系统的控制回路是由继电器，接触器等低压电器构成的强电控制回路，在常见的控制系统中控制回路通常包裹AC220V与DC24v两类。由于本工作台这里由于驱动功率原因还用到了DC28V的电源。在本数控工作台中，控制回路的设计主要是数字输入输出的设计以及驱动器控制回路的设计。本工作台的控制回路模块如下图3-3：图3-3. 电气原理图3.2.数字输入输出的设计：来自机床或者操作面板的输入大多数是属于开关量，包括各种按钮，行程开关，接触器，传感器的检测输入等，输入信号一般是可以直接由板卡的I入口连接，经过内部的接口电路转换后变成板卡的输入信号。列表4-1是本数控工作台的输入/输出点设计：表3-1 输入输出信号设计输入点针脚号对应的I/O信号功能注释20XLMT-X轴反向脉冲21XLMT+X轴正向脉冲22XSTOP0X停止信号26YLMT-Y轴反向脉冲27YLMT+Y轴正向脉冲29YSTOP0Y停止信号33ZLMT-Z轴反向脉冲34ZLMT+Z轴正向脉冲35ZSTOP0Z停止信号40ALMT-A轴反向脉冲41ALMT+A轴正向脉冲42ASTOP0A停止信号46OUT0X轴状态指示灯47OUT1Y轴状态指示灯48OUT2Z轴状态指示灯49OUT3A轴状态指示灯数字输出接线图的原理图如图3-4所示图3-4 数字输出信号接线原理图3.3驱动器控制回路电气设计驱动器根据工作台的选型，选择的是H2MD-M403的步进驱动器，根据上面的选型介绍驱动器一共有三个模块，电源模块接的是28v 50w的单相变压器。脉冲采用差分连接（减少干扰），连接运动控制卡的PU+ 、PU+、DR+/DR-，电机模块接步进电机，如图4-5图3-5：驱动器电气原理图激光焊接机运动结构设计摘要激光焊接是一种先进的制造技术，本文设计了一种三自由度的激光焊接运动系统。在设计好运动系统的硬件结构的基础上，着重设计了运动控制系统电气结构和基于开放式数控系统的软件设计。二十世纪九十年代出现的一种先进的计算机数控体系结构叫开放式数控系统，它具有扩展性好、二次开发性和维护方便、运行稳定性高、可移植性好，能灵活适应不同需要等特点，能够很好的满足生产设备的客观需要,推动制造企业的发展,是未来数控技术的主要发展趋势。随着现代计算机技术、微电子技术和现代控制技术的不断发展，开放式数控系统如何有效地利用这些先进的技术，多快好省地进行控制系统的开发就显得十分的必要。本课题充分利用计算机软、硬件技术、数字信号处理器技术，实现了用于开放式三自由度数控焊接机的计算机控制系统。该系统采用深圳市众为兴数控技术有限公司_ADT_8948A1的多轴运动控制卡，组成了以NC嵌入PC的开放数控系统。被控对象是一个直角坐标、四轴激光焊接机平台，由四个步进电机及其驱动器、限位开关等构成的激光焊接机的数控系统。本文重点介绍了激光焊接机数控工作台的硬件使体系结构和前台软件在的环境下的开发过程，功能基本上都能达到了要求。关键词:激光焊接机；嵌入；开放式数控系统；运动控制卡AbstractLaser welding is an advanced manufacturing technology, this paper designs a kind of laser welding system with three degrees of freedom motion. Based on hardware structure design movement system, focusing on the design of the motion control system of electrical structure and open CNC system. The 1990 s saw the emergence of an advanced computer numerical control system structure called the open CNC system, it has good expansibility, secondary development and maintenance convenience, running high stability, portability, the flexibility to adapt to the different needs and other characteristics, can meet the objective need of production equipment, and promote the development of the manufacturing enterprise, the future is the main trend of the numerical control technology. With modern computer technology, microelectronics technology and modern control the development of technology, the open CNC system how to effectively use the advanced technology, is to control the development of economically system it is very necessary.This topic make full use of computer software and hardware technology, digital signal processing technology, realizing the four degrees of freedom for open CNC carving of the milling machine computer control system. The system USES the numerical control technology for the shenzhen Co., LTD / _ADT_8948A1 multiaxial movement control CARDS, formed to the opening of the embedded NC PC numerical control system. The controlled object is a rectangular, four shaft laser welding platform, by four sets of stepping motor and drive, the limit switch consists of the laser welding machine of CNC system.This paper introduces laser welding machine numerical control of workbench hardware make system structure and the design of man-machine interface in windowXP under the environment of the development process, the function is basically could reach the requirements.Keywords: laser welding machine; NC embedded PC ; open-architecture CNC system;motion controller目 录摘要1ABSTRACT21.绪论51.1 本课题研究的目的、意义51.2 本课题研究的内容71.3 本课题研究的方法和手段72.激光焊接机控制系统的总体结构92.1 概述92.2控制系统的主要硬件模块92.3控制系统的主要前台软件设计103.激光焊接机控制系统的硬件选型103.1 激光焊接机控制系统的总体性能的要求103.2 激光焊接机控制系统的硬件选型113.2.1 电机系统的选择113.2.2 步进驱动系统的选择133.2.3限位开关、原点开关选型143.2.4 开关电压的选型143.3 主要元件列表184.激光焊接机控制系统的电气设计204.1控制系统的主回路设计204.1.1主回路设计内容：204.1.2控制回路设计内容204.2数字输入输出的设计：214.3驱动器控制回路电气设计225.前台软件设计235.1软件平台235.1.1 操作系统平台235.1.2 软件开发工具235.2控制软件的程序总体设计235.2.1 控制软件基于MFC的框架搭建235.2.2 界面介绍245.3 系统执行机制介绍276、 PRO/E的图形自动编程软件介绍296.1 Pro/NC的加工规划流程296.2 Pro/NC的生成NC代码过程剖析307.设计总结及致谢34总结34致谢35参考文献36附录一 精敏步进驱动系统接线图37附录二 安装端子接线图38附录三 电气原理图40附录四 典型程序411.绪论1.1 本课题研究的目的、意义随着国家工业的迅猛发展，焊接技术越来越受到生产的需求，传统的人工焊接已经不能满足工业的需求，一种现代的焊接方法激光焊接孕育而生1-3。它具有不受磁场的影响，不局限于导电材料等优点，受到很多制造者的青睐。激光焊接机的应用领域非常广泛4-6，可以用于很多材料的焊接，碳钢、低合金高强度钢、不锈钢、铝合金和钛合金等都可以用激光进行焊接，因此可以涉及到航空航天、武器制造、船舶制造、汽车制造、压力容器制造、民用及医用、教学实验等多个领域7。另外随着制造部门把自动化技术应用到焊接过程,激光焊接和计算机数控工作台控制的结合能够更好更精确地控制焊接过程,很好地实现了激光焊接的自动化，从而提高产品质量和效率8-11。激光焊接机的数控系统是激光焊接机的运动控制核心，即是实现自动化心脏。它的控制能力直接关系到激光焊接机的加工质量与加工效率，对整个激光焊接机的性价比和市场竞争力都有着至关重要。但目前国产激光焊接机使用的数控系统在性能和价格上不能很好地统一，成为影响国产数控激光焊接机市场竞争力的制约因素之一12-14。为此，研究开发控制能力强，性价比高的激光焊接机具有巨大的空间，有着深远的影响15。本课题采用“高性能运动控制器”为核心研制开发激光焊接机数控工作台实现了工作台三轴的联动，任意两轴圆弧插补，2-3轴的直线插补，可以为用户提供焊接带有空间曲面的工件，如涡轮蜗杆、齿轮等零件。大大提高原来的控制系统的工作台性价比和控制能力。 主要研究所能实现的目的体现在以下几个方面:1）、设计激光焊接机的硬件设备，包括X,Y,Z三个轴机械结构。2）、采用PCI总线连接控制卡，提高激光焊接机整体可靠性、稳定性，降低成本，开发基于VC+软件控制的激光焊接机控制系统，依靠和发挥软件技术优势，提高系统性能。3）、通过调用运动控制器的函数，可以实现高精度的任意三轴的直线插补，任意两轴的圆弧插补，并提高了数控系统的插补运算速度和精度。 4）、友好的可视化windows人机界面，人机界面功能设计更为齐全，集中于一个VC多文档的界面，操作更为简单，逻辑更为准确。1.2 本课题研究的内容本次设计内容主要有从工程实践出发，根据激光焊接机的要求，首先设计好激光运动控制平台的硬件设计，在此基础上，对开放式数控系统进行深入研究，在数控系统的软硬件平台的构建、输入数据处理、进给控制等方面进行研究;开发一套以PC机和运动控制器为核心的数控系统，实现数控工作台的运动控制，数控系统采用前后台软件结构，前台程序由运动控制器完成插补、伺服位置控制，后台程序完成输入、译码、数据处理及管理、诊断功能，整个软件在Windows操作系统下用C+或Visual C+编制。联接后台软件设计，合作完成整一部三轴联动的数控控制激光焊接机。1）、工作台硬件体系结构的搭建与分析、主要技术参数的确定与性能分析；2）、电气结构图，步进驱动器、限位信号与接口板连线图的绘制与制作；3）、运动控制器的研究与应用；4）、编写用户界面，实现文件管理、程序输入、运动控制、对系统状态监控任务；5）、开发基于 pro/e的图形自动编程软件接口模块。1.3 本课题研究的方法和手段本课题的研究方法和手段是理论设计与实际调式相结合。通过学习运动控制卡相关模块的原理及使用方法、步进驱动系统的原理及控制方法、电路设计理论知识，进行电气系统的硬件选型、设计电气原理图及接线图，学习VC界面开发技术，开发出友好的可视化人界界面，最后与后台软件设计部分结合，形成完成一台性价比高的激光焊接机工作台的改造。2.激光焊接机控制系统的总体结构2.1 概述根据上网和在书上查阅资料，根据激光焊接时的运动轨迹，设计出了激光工作台的机械结构如图2-1.本设计的激光工作台有XYZ三个方向的自由度，这样的工作台不仅结构简单，容易维护，也能够很好地保证运动精度。 图2-1.激光焊接工作台的机械结构在设计好了激光焊接机的机械结构的基础上，然后设计激光焊接工作台的控制系统结构。本激光焊接机工作台的控制系统从结构上来看主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件方面采用结构有计算机主机，键盘，鼠标，运动控制卡，步进驱动器，步进电机，限位开关，直线运动模块，原点开关，直流开关电源，单相变压器等组成。软件部分主要是以windows操作系统为平台，开发系统所需要的运动驱动函数和各种应用程序。一般典型的pc的运动控制卡的数控硬件系统如下图2-2：图2-2典型的基于pc的运动控制卡的数控硬件系统2.2控制系统的主要硬件模块 1）、计算机主机：作为控制系统的核心，包括CPU芯片以及外围芯片，电子盘、通讯接口、软硬驱动接口。他的主要作用是对于系统的任务进行调度，完成处理控制系统所发出的指令。根据指令向其他功能模块发送命令、传送数据，响应用户的操作指令。2）、运动控制卡：用高性能微处理器（如 DSP）及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的步进/伺服电机运动控制卡，包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、D/A输出等功能，它可以发出连续的、高频率的脉冲串，通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度，改变发出脉冲的数量来控制电机的位置，它的脉冲输出模式包括脉冲/方向、脉冲/脉冲方式。脉冲计数可用于编码器的位置反馈，提供机器准确的位置，纠正传动过程中产生的误差。3）、键盘和显示器：两者构成人机对话窗口，用于输入和显示系统参数运行情况等4）、限位和原点开关：用于工作台的超程和原点控制。一般作为输入信号，返回一个信号给运动控制卡，通过调用程序达到限位或停止功能。5）、驱动器:接收运动控制卡发出的脉冲和方向信号,再把信号发给电机。6）、电机：主要用于运动的控制，实现各种运动轨迹。2.3控制系统的主要前台软件设计1）、友好的人机界面：本界面是模仿法拉克系统的数控操作的的界面，布局合理美观，模块结构清晰，使用者可以在一个界面内完成所有的数控操作。2）、文件管理功能：系统能够自动识别和打开*cnc文件，识别后导入编辑的对话框里面，编辑对话框具有检测合法字符，操作符，语法等功能。因此，系统支持在电脑加载复杂的程序。3）、程序输入：界面的编辑框还有直接在系统输入，编辑，更改程序的功能，编辑框右边提供使用者编辑按钮，按钮有自动识别字母输入还是数字输入的功能。4）、状态显示：当系统处于运行状态的时候，界面可以显示对工作台的坐标显示更新以及按键被选中的时候状态显示，提示超程等。3.激光焊接机控制系统的硬件选型3.1 激光焊接机控制系统的总体性能的要求激光工作台的机械结构设计相对典型，XY轴主要是控制XOY平面运动，Z轴是控制激光的运动，主要用于刀补形式。XYZ都是通过丝杆把电机的旋转运动转为直线运动。机床的机械原点我们拟定为：XY轴的负限位开关，Z轴的正限位开关。在理想的情况下，我们希望控制系统的控制量能够严格地按照所发出的指令到达所需要的量，不存在误差，不受到任何干扰的影响。然而，由于系统本身的各种原因如：系统零件的装配精度，在运动时存在着惯量，芯片的响应时间等等使得系统从一个状态变更到另一个状态时（例如突然加速然后减速）很难达到理想中的运动完全一样。因此在硬件选型的时候和软件设计的时候对以下三方面提出了要求： 要满足这三个方面的要求,硬件必须达到一定的特性要求,下面介绍一下硬件的选型情况:1)响应快速:快速响应是控制系统的重要的要求,在运行中的机床,从一个状态走向另一个状态时,要求状态过渡时间反应时间短,系统的上升的斜率和下降的斜率相对大。尽量避免系统的响应迟钝，如果反映时间太长，将难于达到对系统的要求16-17。尽量减少系统的阻尼，设计中应该注意的问题。2）稳定性好：激光焊接机经常会遇到空间曲面的使用场景，数控工作台能否正确稳定的执行指令，在一个状态回到另一个状态的稳定性，影响到系统加工的质量。所以数控工作台在系统给定的输入是外部干扰的作用下，系统能够准确的执行发出命令的同时能够在短时间内达到系统的新的平衡或者回复到原来的平衡的状态的能力，即稳定性，是对控制系统的重要衡量。3)控制精度高：本控制系统工作台要求任意两轴圆弧插补，两轴直线插补，来达到平面或空间曲面的焊接，有一定的精度要求。这里所说的控制精度是指系统的输出和输入的目标值的吻合程度，也叫存在的误差大小。在满足控制精度高于机床精度的时候，在控制的过程中，这个误差需要控制的越小越好18-19。控制精度高的机床，可以很好地实现你所设计的图纸的要求，对加工的产品是非常重要的。一般情况下由于系统中机械零部件的种种装配过程中存在着一些误差，以及在使用的过程中存在着一点磨损，还有环境温度的变化等的影响都会造成控制精度降低。3.2 激光焊接机控制系统的硬件选型3.2.1 电机系统的选择在中高精度的控制应用方面，很多用步进电机和伺服电机。两种电机的具体性能我们可以通过下列表3-1格进行对比：表3-1 伺服电机与步进电机的性能对比使用性能伺服电机步进电机调速范围较宽较窄控制系统结构较为复杂较为简单控制精度交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证，一般能达到0.036两相混合式步进电机步距角一般为3.6、 1.8低频特性运行平稳，低速也不会出现振动现象在低速时易出现低频振动现象。过载能力较强，可用于克服在瞬间启动的惯性一般不具有过载能力矩频特性输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降运行性能为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象。响应性能较快一般成本高低本工作台基于运动控制卡控制的三轴联动的运动，实现三轴直线插补，任意两轴圆弧插补，行程为X/Y轴的为400mm，Z轴为400mm，的负载（工件+工作台）拟定为5kg，精度为0.01，属于中等偏高。拟定的工作台转动的丝杆为NR12MN2VON-320螺距为5mm，公称直径为24mm。综合上述以及步进电机和伺服电机的性价比对比，可选择步进电机来控制，步进电机的最大优点是价格相对伺服电机便宜很多，能够精确定位，另外还有电路简单、容易与微型计算机联接、停止时有保持转矩、维护方便等优点。X Y 轴所选型号为：SSTS59D1201;Z轴所选的型号为：42BYG250B；1）X Y 轴的电机主要负责工作台的轨迹的运动，用的相对频繁，所以对SST59D1201的信浓电机要求相对比较高，也就是说，信浓电机的性价比相对高，使用频率高而没有明显的误差。市场上信浓电机的特点优点：1）、控制精度较高2）、低速是不易出现低频振动现象3）、不易出现高频使用时的丢步或堵转的现象4）、使用时噪声低，平稳，准确等5）、速度响应性能较好SST59D1201型号的信浓电机：具体参数如下表3-2：表2-2 信浓电机性能列表步距角度1.8度/step额定电压24v额定电流2.8A保持力矩880mN-m转动惯量145g/cm3最高转速300r/min自重0.51kg 电机校核：根据工作台需要，主要从运动学，动力学，转动惯量，静力矩等方面来校核： 1）速度校核：工作台一般启动时或停止时不能马上达到稳定想要的速度，一般情况下需要一个加速的阶段。设加速时间为0.2s(步进电机一般加速时间为0.11秒)。则加减速共0.4s。可以把加减速阶段看成是匀加速，则加减速的平均速度约等于最大速度的一半： 故有L=1.6*Vmax+0.4*Vmax/2=0.4m;得Vmax=0.22m/s 步进电机做高转速为300r/min（5r/s） ，丝杆导程为5mm，所以最高速度为：0.25m/s0.22m/s,符合条件。而且在实际情况下，加速时速度曲线是一条s曲线，加速的时间会相应的更长一点，计算的实际Vmax会更小一点。2） 静力矩校核：在加减速的时候，电机受力较大，设此时转化在电机的力为F，则：F=ma+f;( ma为惯性力，f为匀速时需要的推力)aVmax/0.2=0.11m/s2, M=5kg, f=mgcot75（75为丝杆的螺旋角）代入公式得：F23.4N，则转化在电机的力矩M=F*D/2(D为24mm,丝杆的公称直径)，代入公式得：M=281mN*m,考虑到导轨和滑块的装配误差造成的摩擦以及转动惯量等因素，所以取安全系数为3，则M=843 mN-m880 mN-m,即电机保持力矩符合要求。3）转动惯量校核：折算在电机上的转动惯量为JtJm；（Js为丝杆惯量，Jm为工作台及负载的惯量），Js=Jm=(m/980)*(p/2)2 *1000=0.03g-cm3 可以忽略。所以电机符合要求。2）Z轴的电机主要是控制激光的轨迹，在竖直的方向上移动，配合其他轴工作台的轨迹运动，主要是面对加工时对不同位置的焊接所需要的轨迹变换。其基本不用受力，并且频繁改变运动的轨迹使用少，所以可以任选步进电机，这里选用的型号42BYG250B，其技术特点如下： 1）、绝缘电阻500VDC 100M Min 2）、轴向间隙0.08mm 3）、径向跳动0.02mm Max 4）、温 升65K Max 5）、绝缘强度500V AC 1Minute 6）、环境温度 -20 +50 7）、绝缘等级B 级 8）、步距角精度: 1.80.09； 9）、最大空载起动频率: 2000pps20；3.2.2 步进驱动系统的选择目前国内市场的步进驱动系统可大致分为欧系、日系及国产三类。总体上来说，欧系日系的驱动器性能比较好，价格较贵。国产驱动器在近年来也发展迅猛，在性能上，使用寿命都有了很高的提高。一般情况下选择驱动器要符合响应快（能够支持频繁的启停），调速宽，负载特性好等特点。本工作台根据步进电机的需要，性价比的考虑上，选择国产的精敏系列的H2MD型号的步进驱动器。JMDM-H2MD是深圳市精敏数字机器有限公司自主研发的一款高精度多细分步，专门为铭粤激光机进用的电机驱动器21。如图3-1所示：图3-1 静敏H2MD驱动器 从图中可以很清晰看到该驱动器的接口大概分为三个模块：1) 电源模块2) 步进电机模块（两相四线）3) 脉冲模块使用功能上基本上符合了了步进电机的需要。H2MD M403驱动器的具体的性能校核：1） 驱动器可以提供直流电压20v40v，步进电机的额定电压24v，满足。2） 驱动器最大驱动电流3A/相，步进电机的额定电流为2.8A,满足。3） 驱动器最大细分数为25细分，精度达1/（25*丝杆导程）=0.008GetSafeHwnd() pa-Create(IDD_DIALOG_PANEL);pa-ShowWindow(SW_SHOW);pa-SetWindowPos(NULL,200,400,0,0,SWP_NOSIZE);/建立编辑、输入面板对话框if(!mdi-GetSafeHwnd() mdi-Create(IDD_DIALOG_SCRMDI); mdi-ShowWindow(SW_SHOW);mdi-SetWindowPos(NULL,390,85,0,0,SWP_NOSIZE);/建立手轮对话框if(!handle-GetSafeHwnd() handle-Create(IDD_DIALOG_HANDLE);handle-ShowWindow(SW_SHOW); handle-SetWindowPos(NULL,33,83,0,0,SWP_NOSIZE);return CWnd:Create(lpszClassName, lpszWindowName, dwStyle, rect, pParentWnd, nID, pContext);3）OnPaint（） 一般是对对话框的背景设置，用户根据自己的图片设置对话框void CTEView:OnPaint() CPaintDC dc(this); / device context for painting/ TODO: Add your message handler code here/ Do not call CView:OnPaint() for painting messages/初步演示用CRect rect; GetClientRect(&rect);/得到窗体的大小 CDC dcMem; dcMem.CreateCompatibleDC(&dc); CBitmap bmpBackground; bmpBackground.LoadBitmap(IDB_BACKGROUND);/加载背景图片 BITMAP bitMap; bmpBackground.GetBitmap(&bitMap); CBitmap *pbmpOld=dcMem.SelectObject(&bmpBackground); dc.StretchBlt(0,0,rect.Width(),rect.Height(),&dcMem,0,0,bitMap.bmWidth,bitMap.bmHeight,SRCCOPY);/画窗体dcMem.DeleteDC();4）模式选择，界面的各种对话框中一般有很多逻辑关系，实现数控编程的时候指令的优先选择，以及一些状态显示的功能。下面是典型的逻辑关系的处理函数：/*/ 函数: 模式按钮图标转换/*void CKPanel:ContrlModeChange(MillMode curmode)oldmillmode=curmillmode;curmillmode=curmode;if (curmillmode=oldmillmode)/当按下的模式与之前的模式相同的时候return;switch(curmillmode)/设置当前模式的按钮为亮 case modeAUTO: m_SIBut_auto.SetIcon(IDI_IC_AUTODWN); break; case modeEDIT: m_SIBut_edit.SetIcon(IDI_IC_EDITDWN); break; case modeHOME: m_SIBut_home.SetIcon(IDI_IC_HOMEDWN); break; case modeMDI: m_SIBut_mdi.SetIcon(IDI_IC_MDIDWN); break; case modeMPG: m_SIBut_mpg.SetIcon(IDI_IC_MPGDWN); break; case modeJOG: m_SIBut_jog.SetIcon(IDI_IC_JOGDWN); break; case modeJOGINC: m_SIBut_joging.SetIcon(IDI_IC_JOGINGDWN); break; case modeTEACH: m_SIBut_teach.SetIcon(IDI_IC_TEACHDWN); break; default: break;switch(oldmillmode)/设置之前模式的按钮为暗 case modeAUTO: m_SIBut_auto.SetIcon(IDI_IC_AUTO); break; case modeEDIT: m_SIBut_edit.SetIcon(IDI_IC_EDIT); break; case modeHOME: m_SIBut_home.SetIcon(IDI_IC_HOME); break; case modeMDI: m_SIBut_mdi.SetIcon(IDI_IC_MDI); break; case modeMPG: m_SIBut_mpg.SetIcon(IDI_IC_MPG); break; case modeJOG: m_SIBut_jog.SetIcon(IDI_IC_JOG); break; case modeJOGINC: m_SIBut_joging.SetIcon(IDI_IC_JOGING); break; case modeTEACH: m_SIBut_teach.SetIcon(IDI_IC_TEACH); break; default: break;5）InitBtBitmap() 一般可以实现有图片的按钮，并且在鼠标移到按钮的时候会显示他的功能名称。下面列举的只是小部分/*/ 函数备注:设置显示编程面板按钮图片函数/*void CSM_Panel:InitBtBitmap()/设置显示编程面板按钮图片m_SIBut_reset.SubclassDlgItem(IDC_BT_RESET,this); m_SIBut_reset.InitFirBitmap(IDB_BT_RESETDWN,IDB_BT_RESET,_T(复位);m_SIBut_curshang.SubclassDlgItem(IDC_BT_CURSHANG,this);m_SIBut_curshang.InitFirBitmap(IDB_BT_CURSHANGDWN,IDB_BT_CURSHANG,_T(向上移动光标); m_SIBut_curxia.SubclassDlgItem(IDC_BT_CURXIA,this);m_SIBut_curxia.InitFirBitmap(IDB_BT_CURXIADWN,IDB_BT_CURXIA,_T(向下移动光标);m_SIBut_pageshang.SubclassDlgItem(IDC_BT_PAGESHANG,this);m_SIBut_pageshang.InitFirBitmap(IDB_BT_PAGESHANGDWN,IDB_BT_PAGESHANG,_T(向上翻页); m_SIBut_pagexia.SubclassDlgItem(IDC_BT_PAGEXIA,this);m_SIBut_pagexia.InitFirBitmap(IDB_BT_PAGEXIADWN,IDB_BT_PAGEXIA,_T(向下翻页);m_SIBut_0.SubclassDlgItem(IDC_BT_0,this);m_SIBut_0.InitFirBitmap(IDB_BT_0DWN,IDB_BT_0,_T();m_SIBut_1.SubclassDlgItem(IDC_BT_1,this);m_SIBut_1.InitFirBitmap(IDB_BT_1DWN,IDB_BT_1,_T();m_SIBut_2.SubclassDlgItem(IDC_BT_2,this);m_SIBut_2.InitFirBitmap(IDB_BT_2DWN,IDB_BT_2,_T();m_SIBut_3.SubclassDlgItem(IDC_BT_3,this);m_SIBut_3.InitFirBitmap(IDB_BT_3DWN,IDB_BT_3,_T();m_SIBut_4.SubclassDlgItem(IDC_BT_4,this);m_SIBut_4.InitFirBitmap(IDB_BT_4DWN,IDB_BT_4,_T();m_SIBut_5.SubclassDlgItem(IDC_BT_5,this);m_SIBut_5.InitFirBitmap(IDB_BT_5DWN,IDB_BT_5,_T();m_SIBut_6.SubclassDlgItem(IDC_BT_6,this);m_SIBut_6.InitFirBitmap(IDB_BT_6DWN,IDB_BT_6,_T();m_SIBut_7.SubclassDlgItem(IDC_BT_7,this);m_SIBut_7.InitFirBitmap(IDB_BT_7DWN,IDB_BT_7,_T();m_SIBut_8.SubclassDlgItem(IDC_BT_8,this);m_SIBut_8.InitFirBitmap(IDB_BT_8DWN,IDB_BT_8,_T();m_SIBut_9.SubclassDlgItem(IDC_BT_9,this); m_SIBut_9.InitFirBitmap(IDB_BT_9DWN,IDB_BT_9,_T();/m_SIBut_m.SubclassDlgItem(IDC_BT_M,this);m_SIBut_m.InitFirBitmap(IDB_BT_MDWN,IDB_BT_M,_T();m_SIBut_t.SubclassDlgItem(IDC_BT_T,this);m_SIBut_t.InitFirBitmap(IDB_BT_TDWN,IDB_BT_T,_T();m_SIBut_d.SubclassDlgItem(IDC_BT_D,this);m_SIBut_d.InitFirBitmap(IDB_BT_DDWN,IDB_BT_D,_T();m_SIBut_k.SubclassDlgItem(IDC_BT_K,this);m_SIBut_k.InitFirBitmap(IDB_BT_KDWN,IDB_BT_K,_T();m_SIBut_l.SubclassDlgItem(IDC_BT_L,this);m_SIBut_l.InitFirBi