基于DSP的活塞软靠模数控加工系统设计

摘要

在内燃机活塞切削加工中，软靠模技术以其加工效率高、椭圆度精度高、加工柔性好等诸多优点，正广泛应用于中凸变椭圆活塞加工的数控机床系统中。软靠模技术的使用对机床的车刀进给系统提出了更高的性能需求，要求车刀微位移进给系统满足高频响、高精度、高刚度以及较好的可控性。
　　电流应变刀架微位移进给系统工作电流范围5A～50A，工作电压为直流550V，其以调控负载电流的方式间接调整车刀进给位置，具有机械结构简单、成本低、可控性好、便于维护、控制精度高等诸多优点。本设计的软靠模数控加工系统采用PWM控制IGBT开关的方式调控刀架进给系统电流大小变化，进而控制车刀在X轴向以μm为单位做进刀、退刀的直线往复运动。
　　本设计采用TMS320F2812作为中央运算、控制单元，EPM1270T144C5作为辅助处理和状态监控单元。充分利用DSP的运算速度快、处理能力强、外围接口电路丰富，CPLD的并行处理以及精确定时控制等特点，提高系统的响应速度和控制精度，简化硬件电路设计。DSP通过实时跟踪车刀位置并根据位置反馈计算调整输出的闭环控制方式实现活塞的软靠模数据加工。在加工过程中，处理器通过监测Y轴、Z轴编码器位置信号实时计算确定车刀所在的被加工活塞曲面的轴向（Z轴）及截面（X轴）相对位置，同时读取相应的软靠模数据曲线数据，并通过插值计算确定该位置的目标位移数据，DSP将该目标位移数据与通过电涡流位置传感器采集到的车刀实际位置数据进行PI闭环调节运算，生成新的PWM输出数据，控制车刀位置调整，实现输出曲线跟随软靠模数据曲线的活塞加工。
　　本课题的研究目的是开发一种基于DSP控制，采用超磁致伸缩材料的新型电流应变微位移控制方式刀架进给系统的活塞软靠模数控加工系统，为软靠模数控加工机床探索一条全新的控制方式。在保证数控加工精度的同时，大大降低控制系统的价格成本，提高产品性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的提出背景

1．2 磁致伸缩技术研究现状

1．2．1 国内外研究的现状

1．2．2 国内外技术应用现状

1．3 课题的主要工作

第2章 软靠模数控机床结构及工作过程

2．1 活塞软靠模数控机床结构

2．2 活塞软靠模数控机床主要模块功能参数

2．3 磁致伸缩微位移进给刀架系统

2．4 软靠模数控机床工作过程概述

2．5 控制系统设计增加功能

2．5．1 原控制系统设计功能及不足

2．5．2 新设计控制系统改进技术点

2．6 本章小结

第3章 数控机床控制系统结构设计

3．1 控制系统总体配线结构

3．2 控制系统电路设计

3．2．1 主控制板设计

3．2．2 刀架驱动电路设计

3．3 系统控制算法

3．4 本章小结

第4章 数控机床控制系统硬件电路设计

4．1 主控制板电路设计

4．1．1 设计分析

4．1．2 控制电路设计

4．1．3 主控制板电路模块设计

4．2 IGBT驱动电路板设计

4．3 抗干扰电路设计

4．3．1 CPLD过流保护闭环设计

4．3．2 硬件过流保护闭环设计

4．3．3 IGBT浪涌吸收电路设计

4．4 本章小结

第5章 数控机床控制系统程序设计

5．1 DSP主控制程序设计

5．1．1 数据加工程序设计

5．1．2 PID算法程序设计

5．1．3 插值程序设计流程

5．2 电涡流传感器标定程序设计

5．3 CPLD数据采集程序设计

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 设计工作总结

6．2 未来工作展望

参考文献

致谢