基于PMAC的V沟机数控系统软件的设计和开发

摘要

微型槽结构广泛应用于国防科技、民用工业领域。特别随着光纤入户工程的启动和实现全光通讯的迫切要求，作为光纤连接接头重要部件的微V型槽结构蕴藏着巨大的市场。微V型槽结构表面的加工方法各异，其中超精密加工是制造微光学结构表面的一种非常有效的方式。美国、德国、日本等国家在超精密加工工艺，超精密加工机械及其控制系统方面的成果显著，而国内技术相对落后，对超精密加工技术的研究尚处于起步阶段。推进国家光纤通讯行业的发展，开发微V型槽超精密加工的专用数控机床有着重要的意义。
　　本课题是为了满足光纤连接器的V型槽结构加工要求而开发基于PC的开放式数控系统软件。软件开发初始，搭建了基于研华工控机、PMAC运动控制卡、科尔摩根AKD系列驱动器、雷尼绍直线光栅以及科尔摩根直线电机的数控实验平台。经过硬件连接、软件设置、参数整定后系统正常运行。
　　该软件是在Windows7环境下，运用QT开发工具进行开发的。软件不仅实现了简单友好、易操作的数控系统人机界面，并嵌入了参数管理，文件操作，自动控制、手动操作、监控显示、三维仿真六大功能模块。参数管理模块采用了微软Access数据库，以数据表的方式实现系统参数、加工信息、坐标系、机床参数的有效管理;文件操作模块实现加工代码文件的生成、读取、编译、修改、查找、复制、粘贴等功能;自动控制模块实现加工运行、暂停、停止、单步功能;手动操作模块完成MDI、回零、JOG功能;监控/显示模块则显示加工状态信息，以及故障报警;运动、监控功能的实现均调用了PMAC控制卡的运动控制函数。三维仿真模块调用OpenGL图形库来实现NC代码的可视化仿真，从而检测加工过程的可行性。
　　软件开发完成后，在硬件平台上演示了该软件的使用方法和步骤，并利用激光干涉仪测试单轴实验平台的定位精度，分析了定位误差的产生可能原因，并对系统进行了定位误差补偿，补偿后取得了显著的效果。
　　软件的运行测试结果表明，系统软件初步实现了数控系统软件预期的功能。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源及课题的背景意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题的背景及研究意义

1．2 超精密加工技术概述

1．2．1 微光学结构表面超精密加工的研究现状

1．3 超精密加工数控系统研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本文的主要研究内容

1．5 本章小结

第二章 硬件数控实验台搭建和软件的开发工具

2．1 超精密实验台的机械结构

2．2 数控系统硬件总体构成

2．2．1 Turbo PMAC Clipper控制卡／DTC-8B端子板

2．2．2 AKD及DDL直线电机

2．2．3 光栅测量系统

2．2．4 机械平台

2．2．5 单轴试验台的电气连线图

2．3 系统的调试

2．3．1 Renishaw光栅尺的调试

2．3．2 clipper／Kollmorgen WorkBench设置

2．3．3 系统PID的调试

2．3．4 手轮的测试

2．3．5 平台的运行测试

2．4 应用软件的开发工具

2．5 软件的初期测试环境

2．6 本章小结

第三章 V沟机数控软件总体设计

3．1 系统的功能目标分析及总体结构

3．1．1 系统的功能目标分析

3．1．2 系统的总体结构

3．2 系统总流程及各功能模块分析

3．2．1 系统总流程

3．2．2 功能模块分析

3．3 本章小结

第四章 V沟机数控软件各功能模块的设计

4．1 功能模块开发之准备工作

4．1．1 建立QT与PMAC的通讯

4．1．2 了解PMAC的指令和变量

4．2 系统的基本操作界面设计

4．3 系统的初始化

4．3．1 PMAC变量配置

4．3．2 PMAC的NC代码解释程序

4．4 系统的参数／加工信息管理

4．5 基于数据库的参数管理

4．5．1 数据库设计

4．5．2 数据库的操作方法

4．6 文件操作

4．6．1 NC文件的自动生成

4．6．2 NC文件的编译

4．7 程序运行控制

4．7．1 自动模式

4．7．2 手动操作

4．8 反馈／显示／监控

4．9 基于OpenGL的三维模拟仿真

4．9．1 仿真界面设计

4．9．2 提取G代码的加工信息模块

4．9．3 三维仿真模块

4．9．4 模型绘制

4．9．5 机床模型的导入与仿真

4．10 本章小结

第五章 软件运行实例及实验台单轴精度测试

5．1 系统软件的运行示例

5．2 单轴实验台定位精度测试

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢