非接触旋转电火花加工数控系统研究
发布时间：2022-10-11 12:22
随着微小结构的高硬度材料广泛应用于工业领域,传统加工方式在其加工制造中存在很多问题,微细电火花加工技术由于具有无切削力、能量可控、加工尺寸小、加工精度高等特点,是解决此类加工问题的重要特种加工技术之一。微细电火花加工存在效率偏低等缺点,采用电极旋转的方式可增强间隙内介质的流动性,故提出非接触供电方式实现电极的高转速加工,有效避免火花集中和异常电弧的产生,进而改善加工质量和效率。为实现非接触旋转电火花加工,需研制非接触旋转电火花数控机床,并进行数控系统的软件研发。选择IPC作为上位机处理非实时性任务,Clipper作为下位机处理实时性任务,采用IPC+Clipper开放式数控结构来实现双CPU的全闭环控制。根据微细电火花加工对装备的技术要求,设计出机床的总体方案和结构功能示意图,按照总体方案进行机床的机械硬件和电气系统设计。硬件搭建完成后,解决直线轴的限位和回零问题,使用下位机软件,通过在线指令设置相关参数,而后对PID/前馈算法进行参数调试,获得优良的动态响应特性和稳态特性,完成机床全闭环控制伺服系统的建立。在VC2010软件下使用MFC对话框功能,通过PcommServer函数库与C...
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 国内外微细电火花加工技术的研究现状
1.3 电火花数控加工技术研究
1.3.1 开放式数控系统的研究现状
1.3.2 基于PMAC的开放式数控系统研究现状
1.4 课题来源及其研究意义
1.4.1 课题来源
1.4.2 课题研究目的和意义
1.5 课题主要研究内容
2 非接触旋转电火花机床的硬件系统设计
2.1 机床技术要求
2.2 机床总体方案设计
2.2.1 机床功能分析
2.2.2 机床总体设计方案及结构图
2.3 机床CNC装置
2.3.1 Clipper运动控制器及附件
2.3.2 IPC+Clipper双CPU控制结构
2.4 机床本体结构
2.4.1 直线传动机构
2.4.2 主轴部件
2.4.3 夹具装置
2.4.4 辅助装置
2.4.5 电火花非接触供电装置
2.5 伺服驱动系统
2.5.1 进给驱动系统
2.5.2 主轴驱动系统
2.6 电气系统设计
2.6.1 低压电器选择
2.6.2 绘制电气原理图
2.7 本章小结
3 非接触旋转电火花机床的伺服系统建立
3.1 Clipper建立通信
3.2 全闭环控制
3.2.1 全闭环控制系统结构图
3.2.2 驱动器速度控制
3.2.3 伺服IC相位和时钟频率
3.2.4 伺服电机设置
3.3 PID/前馈控制
3.3.1 PID/前馈控制
3.3.2 DAC校正和开环测试
3.3.3 PID/前馈设置
3.4 机床限位与回零研究
3.4.1 限位研究
3.4.2 回零研究
3.4.3 回零测试及编程
3.5 机床解释程序
3.6 本章小结
4 非接触旋转电火花数控系统的软件开发
4.1 数控系统的体系结构
4.1.1 数控系统的硬件结构
4.1.2 数控系统的软件结构
4.2 数控系统的HMI设计方案
4.2.1 数控系统的HMI功能结构
4.2.2 HMI设计流程
4.2.3 HMI与Clipper建立通讯
4.2.4 HMI界面设计
4.3 HMI功能实现
4.3.1 初始化模块
4.3.2 运动轴模块
4.3.3 程序功能模块
4.3.4 铣削模块
4.3.5 电火花模块
4.4 本章小结
5 实验研究
5.1 机床实物图
5.2 铣削实验
5.3 电火花放电实验以及伺服控制检验
6 结论
6.1 全文总结
6.2 论文的创新点
6.3 论文的不足之处
7 展望
8 参考文献
9 攻读硕士学位期间的科研成果
10 致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速电主轴冷却水参数对其温度场的影响研究[J]. 张丽秀,李超群,李金鹏,吴玉厚. 机械科学与技术. 2017(09)
[2]基于多线程的航空发动机数据采集系统软件设计[J]. 王晶,黄玲娟. 测控技术. 2017(05)
[3]基于UMAC的开放式五轴磨床数控软件研发[J]. 杨欣雨,赵锐,马术文,丁国富. 组合机床与自动化加工技术. 2017(04)
[4]电加工机床展品介绍[J]. 电加工与模具. 2017(S1)
[5]电极摇动对微细电火花加工微孔深径比的影响[J]. 朱应宝,余祖元,李剑中,郭学杰,殷国强. 航空制造技术. 2017(03)
[6]基于非接触给电的高主轴转速微细电火花加工特性研究[J]. 冯光磊,杨晓冬. 电加工与模具. 2016(04)
[7]开放式数控系统的研究与应用[J]. 李文军,黄连宝. 现代制造技术与装备. 2016(05)
[8]基于RT-Linux的聚晶金刚石刀具五轴电火花刃磨数控系统[J]. 史少华,樊文刚,叶佩青,张辉,方晨曦. 应用基础与工程科学学报. 2014(01)
[9]高速电主轴热态性能及其影响[J]. 陈小安,刘俊峰,合烨,张朋,单文桃. 机械工程学报. 2013(11)
[10]微细特种加工组合系统及应用[J]. 贾宝贤,郭景哲,王冬生. 哈尔滨工业大学学报. 2010(07)
博士论文
[1]微细电火花加工中集肤效应的影响机理及相关技术研究[D]. 刘宇.大连理工大学 2011
[2]五轴联动电火花加工机床及其复杂电极预装系统的研制[D]. 李茂盛.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]微细群孔电火花加工间隙流场分析及电极损耗研究[D]. 王志斌.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于运动控制卡的开放式数控弯线机系统设计与实现[D]. 刘劲松.浙江大学 2016
[3]基于PMAC Clipper控制卡的交流伺服运动控制系统的实验研究[D]. 顾海琴.太原理工大学 2015
[4]基于PMAC的加工中心开放式数控系统研究[D]. 曹川川.天津职业技术师范大学 2015
[5]基于多轴运动控制卡的微细电火花加工装置控制系统开发[D]. 张伟.广东工业大学 2014
[6]主轴高速旋转下微细电火花铣削加工数控运动控制研究[D]. 唐佳静.哈尔滨工业大学 2013
[7]基于PCI数据采集卡的电动机监测系统的研究[D]. 白晋川.华南理工大学 2013
[8]卧式电解加工机床的结构分析与优化[D]. 任欣欣.合肥工业大学 2013
[9]主轴高速旋转下静电感应高效微细电火花加工特性研究[D]. 田坤.哈尔滨工业大学 2012
[10]基于DSP的运动控制算法研究与实现[D]. 陈伟娜.华南理工大学 2012
本文编号：3690566
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 国内外微细电火花加工技术的研究现状
1.3 电火花数控加工技术研究
1.3.1 开放式数控系统的研究现状
1.3.2 基于PMAC的开放式数控系统研究现状
1.4 课题来源及其研究意义
1.4.1 课题来源
1.4.2 课题研究目的和意义
1.5 课题主要研究内容
2 非接触旋转电火花机床的硬件系统设计
2.1 机床技术要求
2.2 机床总体方案设计
2.2.1 机床功能分析
2.2.2 机床总体设计方案及结构图
2.3 机床CNC装置
2.3.1 Clipper运动控制器及附件
2.3.2 IPC+Clipper双CPU控制结构
2.4 机床本体结构
2.4.1 直线传动机构
2.4.2 主轴部件
2.4.3 夹具装置
2.4.4 辅助装置
2.4.5 电火花非接触供电装置
2.5 伺服驱动系统
2.5.1 进给驱动系统
2.5.2 主轴驱动系统
2.6 电气系统设计
2.6.1 低压电器选择
2.6.2 绘制电气原理图
2.7 本章小结
3 非接触旋转电火花机床的伺服系统建立
3.1 Clipper建立通信
3.2 全闭环控制
3.2.1 全闭环控制系统结构图
3.2.2 驱动器速度控制
3.2.3 伺服IC相位和时钟频率
3.2.4 伺服电机设置
3.3 PID/前馈控制
3.3.1 PID/前馈控制
3.3.2 DAC校正和开环测试
3.3.3 PID/前馈设置
3.4 机床限位与回零研究
3.4.1 限位研究
3.4.2 回零研究
3.4.3 回零测试及编程
3.5 机床解释程序
3.6 本章小结
4 非接触旋转电火花数控系统的软件开发
4.1 数控系统的体系结构
4.1.1 数控系统的硬件结构
4.1.2 数控系统的软件结构
4.2 数控系统的HMI设计方案
4.2.1 数控系统的HMI功能结构
4.2.2 HMI设计流程
4.2.3 HMI与Clipper建立通讯
4.2.4 HMI界面设计
4.3 HMI功能实现
4.3.1 初始化模块
4.3.2 运动轴模块
4.3.3 程序功能模块
4.3.4 铣削模块
4.3.5 电火花模块
4.4 本章小结
5 实验研究
5.1 机床实物图
5.2 铣削实验
5.3 电火花放电实验以及伺服控制检验
6 结论
6.1 全文总结
6.2 论文的创新点
6.3 论文的不足之处
7 展望
8 参考文献
9 攻读硕士学位期间的科研成果
10 致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速电主轴冷却水参数对其温度场的影响研究[J]. 张丽秀,李超群,李金鹏,吴玉厚. 机械科学与技术. 2017(09)
[2]基于多线程的航空发动机数据采集系统软件设计[J]. 王晶,黄玲娟. 测控技术. 2017(05)
[3]基于UMAC的开放式五轴磨床数控软件研发[J]. 杨欣雨,赵锐,马术文,丁国富. 组合机床与自动化加工技术. 2017(04)
[4]电加工机床展品介绍[J]. 电加工与模具. 2017(S1)
[5]电极摇动对微细电火花加工微孔深径比的影响[J]. 朱应宝,余祖元,李剑中,郭学杰,殷国强. 航空制造技术. 2017(03)
[6]基于非接触给电的高主轴转速微细电火花加工特性研究[J]. 冯光磊,杨晓冬. 电加工与模具. 2016(04)
[7]开放式数控系统的研究与应用[J]. 李文军,黄连宝. 现代制造技术与装备. 2016(05)
[8]基于RT-Linux的聚晶金刚石刀具五轴电火花刃磨数控系统[J]. 史少华,樊文刚,叶佩青,张辉,方晨曦. 应用基础与工程科学学报. 2014(01)
[9]高速电主轴热态性能及其影响[J]. 陈小安,刘俊峰,合烨,张朋,单文桃. 机械工程学报. 2013(11)
[10]微细特种加工组合系统及应用[J]. 贾宝贤,郭景哲,王冬生. 哈尔滨工业大学学报. 2010(07)
博士论文
[1]微细电火花加工中集肤效应的影响机理及相关技术研究[D]. 刘宇.大连理工大学 2011
[2]五轴联动电火花加工机床及其复杂电极预装系统的研制[D]. 李茂盛.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]微细群孔电火花加工间隙流场分析及电极损耗研究[D]. 王志斌.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于运动控制卡的开放式数控弯线机系统设计与实现[D]. 刘劲松.浙江大学 2016
[3]基于PMAC Clipper控制卡的交流伺服运动控制系统的实验研究[D]. 顾海琴.太原理工大学 2015
[4]基于PMAC的加工中心开放式数控系统研究[D]. 曹川川.天津职业技术师范大学 2015
[5]基于多轴运动控制卡的微细电火花加工装置控制系统开发[D]. 张伟.广东工业大学 2014
[6]主轴高速旋转下微细电火花铣削加工数控运动控制研究[D]. 唐佳静.哈尔滨工业大学 2013
[7]基于PCI数据采集卡的电动机监测系统的研究[D]. 白晋川.华南理工大学 2013
[8]卧式电解加工机床的结构分析与优化[D]. 任欣欣.合肥工业大学 2013
[9]主轴高速旋转下静电感应高效微细电火花加工特性研究[D]. 田坤.哈尔滨工业大学 2012
[10]基于DSP的运动控制算法研究与实现[D]. 陈伟娜.华南理工大学 2012
本文编号：3690566
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