基于PC-NC控制系统的四轴联动数控机床的研究

摘要

精密数控机床是实现先进制造技术的基础制造装备，其在先进制造技术研究和发展的过程中起了决定性作用，而目前大多数数控机床的数控系统使用的是传统的闭式结构的控制系统。这种闭式控制系统的最大缺点是用户无法对控制系统进行功能的扩展和控制方式的改变。随着先进制造技术的不断发展和PC机在先进制造技术中不断深入应用，这种传统数控系统的缺陷就越来越明显。所以为了适应现代先进制造技术不断发展的需要，必须实现控制系统的开放化。由于PC机的数据总线是一种开放性的数据总线，Windows等操作系统更是一种面向对象的开放的操作系统，因此可以设计一种基于PC机的PC-NC控制系统。这种控制系统由于具有PC机的开放化和模块化的特点，所以用户可以对控制系统开发一些新的软件，甚至修改控制系统内部的核心参数。
　　本文的主要工作:(1)研究和设计了A，Y，X/Z运动方案的四轴联动数控机床，在原有的三坐标数控机床上，设计增加了A轴，构成了四轴联动数控机床;(2)在对国内外相关数控技术和开放式PC-NC控制系统文献研究的基础上，设计并安装了一种采用PC机和PMAC运动控制器来对伺服电机进行控制的PC-NC控制系统，并把该PC-NC控制系统应用到四轴联动数控机床上，在对该控制系统进行有效的参数设置和调试后，实现了四轴联动数控机床的精确移动、定位和应有的功能;(3)使用激光干涉仪对该数控机床进行几何精度检测，包括定位精度和导向精度（两个面内的直线度、俯仰角、偏摆角、滚摆角），其中滚摆角的检测采用了先测量直线度和俯仰角误差再间接计算滚摆角误差的新方法;(4)实际进行了空气涡轮试切实验，以对该数控系统的精度和功能进行验证。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 精密数控机床的国内外发展现状

1．2 开放式数控系统的发展优势

1．3 本课题的研究意义及章节安排

第2章 四轴联动数控机床控制系统的设计

2．1 四轴联动数控机床的方案设计

2．2 控制系统总体设计方案

2．3 Z轴子控制系统的设计方案

2．3．1 Z轴控制系统I／F控制线路设计

2．3．2 Z轴控制系统伺服电机和电机电缆线

2．3．3 编码器反馈信号方式详解和编码器信号反馈方式设计

2．4 Z轴制动控制系统设计

2．5 Z轴限位控制方式设计

2．6 Z轴控制系统参数设置及PID调试

2．6．1 伺服驱动器控制原理

2．6．2 伺服驱动器控制方式的比较

2．6．3 Z轴控制系统的参数设置

2．6．4 Z轴控制系统的调试(PID调试)

2．7 X、Y轴控制系统设计

2．8 X、Y轴限位控制方式设计

2．9 X、Y轴的导轨润滑油路设计

2．10 建立机床坐标系

2．11 A轴子控制系统设计

2．11．1 A轴I／F控制线路设计

2．11．2 PARK电机及A轴的安装

2．12 电主轴系统

2．12．1 主轴的组合和接线

2．12．2 主轴的冷却液和冷却液线路设计

第3章 几何精度检测和补偿

3．1 激光干涉仪简介

3．2 Y轴定位精度和重复定位精度的检测和补偿

3．3 Y轴直线度的检测和数据处理

3．4 Y轴角度测量的检测和数据处理

3．4．1 Y轴的偏摆和俯仰测量及数据处理

3．4．2 Y轴的滚摆测量和数据处理

3．5 X轴定位精度及重复定位精度的检测和补偿

3．6 Z轴定位精度和重复定位精度的检测和补偿

3．7 A轴定位精度和重复定位精度的检测和补偿

第4章 四轴联动数控系统的试切实验

4．1 进行试切实验前的准备工作

4．2 PMAC运动程序部分介绍

4．3 程序中的模态命令

4．3．1 设置快速运动模式

4．3．2 设置线性运动模式

4．3．3 设置圆弧运动模式

4．4 四轴联动数控机床的试切结果

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献