具有在线检测功能数控磨床系统的研究

摘要

机械加工是先进制造技术的基础,也是制造过程中最活跃的环节,其基本目标是在低成本、高生产率的条件下保证产品的质量。目前我国因产品质量问题,如废品、次品、返修品等,所造成的经济损失约为产值的10％～15％,而实际切削时间仪为30％,大量的时间与精力浪费在工件装央、找正、对刀及测量工程中,而在数控系统中采用在线检测技术可以避免以上情况的发生。工业生产中磨削加工是机械加工的主要方法之一,在很多情况下,是最后一道加工工序,对工件的最终精度有直接的影响;此外,磨削属于精加工过程,每次的进给量很小,能够在加工前确定工件的初始磨削位置,对提高系统的加工效率,保证加工质量都有重要的意义。虽然在线检测技术首先出现在轴承套圈内圆磨削的加工过程中,但是由于磨床不同与车床、铣床的加工结构,以及比较恶劣磨削条件的影响,其在线检测技术的发展比较缓慢。本文主要针对具有在线检测功能的数控磨床系统进行研究,做了以下相关工作：
　　 ⑴分析和比较常用的在线检测方法,介于工件主要为导体金属材料,确定涡流传感器为主要的检测装置,它具有非接触、抗干扰、灵敏度高等优点。本文介绍了数控机床在线检测系统的一般结构,并确定了“PC嵌入NC”结构的数控系统硬件平台,这种开放式体系结构使数控系统具有更好的通用性、可扩展性,并可以较容易的实现智能化、网络化。最终确定利用上位机,基于运动控制板卡实现对磨床系统的自动检测和控制的方案,其加工过程实际是一个由上位机控制的尺寸自动检测与数控系统组成的控制过程。
　　 ⑵通常电涡流位移传感器是通过测量反映线圈阻抗的电压值来对位移变化进行描述的,但是一些情况下,如对非铁磁性材料测量时,线圈电压值(阻抗Z)的不单调变化又会影响着传感器的测量范围甚至结果的正确性,因此我们设计了新式的双线圈涡流传感器结构,利用相敏检波技术提取线圈的阻抗信息,经C8051F020单片机A/D转化,在上位机上对信号分析和处理。实验结果表明测量装置具有较高的精度和稳定性,适合对不同材料工件的位移检测。
　　 ⑶分别对运动控制板卡、伺服、机床等进行选型,并建立起硬件连接,采用上位机(PC机)插入运动控制板卡的方式实现系统的运动和控制,能够方便、迅速的实现点位运动、连续运动、I/O控制、运动轨迹模拟等操作。
　　 ⑷利用VB编写数控系统软件,建立后台数据库,用以存储系统参数和加工信息;对G代码进行编译,完成NC源代码到数控驱动代码的转化;分析系统运动过程,如工件扫描与采样,自动对刀和在线测量等过程。最后搭建具有在线检测功能数控磨床系统实验平台,对系统进行调试和运行,利用涡电流传感器实现了工件尺寸在线的非接触式测量。实验表明系统具有较高的精度和稳定性,基本完成设计初期的规划。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 数控系统在线检测技术发展现状

1.3 数控系统在线检测技术方法

1.3.1 数控系统接触式检测方式

1.3.2 数控系统非接触式检测方式

1.3.3 数控系统在线检测技术和方法对比

1.4 课题研究的主要内容

第二章 磨床系统在线检测技术方案设计

2.1 数控系统在线检测技术结构分析

2.2 数控系统在线检测技术硬件平台

2.3 系统总体方案设计

2.3.1 数控磨床系统在线检测结构设计

2.3.2 数控磨床系统工作原理及过程分析

2.3.3 在线检测误差及可行性分析

2.4 本章小结

第三章 电涡流测量系统的设计与实验

3.1 涡流检测原理

3.2 涡流检测阻抗分析法

3.2.1 涡流检测阻抗分析法的提出

3.2.2 涡流检测阻抗分析原理

3.3 电涡流测量系统设计

3.3.1 相敏检波技术

3.3.2 电涡流测量系统方案设计

3.3.3 电涡流测量系统硬件设计

3.4 涡流测量系统实验分析及数据处理

3.4.1 实验及分析

3.4.2 数据处理

3.5 本章小结

第四章 基于运动控制板卡的数控系统运动控制

4.1 运动控制系统方案设计

4.2 运动控制系统硬件连接

4.2.1 输入和输出信号接线方式

4.2.2 脉冲信号输出方式

4.2.3 端子板与驱动器接线方式

4.3 运动控制系统调试及运行

4.3.1 位置、速度、加速度设置

4.3.2 运动控制器初始化设置

4.3.3 点位运动

4.3.4 连续运动

4.3.5 回零过程

4.3.6 通用I/O控制

4.4 本章小结

第五章 在线检测系统软件设计

5.1 数据库建立

5.2 G代码及编泽过程

5.3 运动及检测过程分析

5.3.1 运动轨迹模拟

5.3.2 工件扫描与采样

5.3.3 自动对刀

5.3.4 自动运行和检测

5.4 本章小结

第六章 在线检测系统调试和运行

6.1 系统总体结构

6.2 系统调试过程

6.3 系统运动过程

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 展望

参考文献

致谢

附录

一、在校期间发表的学术论文

二、在校期间参加的项目

三、在校期间获奖情况