并联机床加工中心数控系统的研究
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为了实现自动加工, 设计了工艺卡结构类 CT echn icsC ard: class CT echn icsCard {
CString m _nam e; / /加工程序名称 CString m _too;l / /加工所用刀具 }; CT echnicsCard工艺卡类把一道 工序所使用 的刀 具和加工程序信息保存起来。另外为了把所有的工序 连起来, 设计了工艺卡 组类: CArray < CT echn icsCard, CT echnicsCard> 。 加工过程中为: w hile 工艺卡组指针! = EOF { 得到当前工艺卡; 获得工艺卡中的加工信息; if(需要换刀具 )
Abstract: Design and deve lopm ent o f a PC based NC system for Para lle lK inem aticM achine( PKM ) w as analyzed. In the NC system, the kernel of m otion contro l is Ko llm orgen MC. The system includes m any so ftw are m odu les, and it can locate and m ach ine parts w ith com plicated surfaces. T he NC system is app lied to PKM m ade by H arbin. T oo l m agazine and techno logy m anage funct ion w ere designed in the system, it assures the autom a tion of m ach in ing in PKM.
( 2) 手动 控制模块 用 于以手 轮控制 机床的 运 动。在此模块程序中使用了实时在线编译方法以保证 并联机床手动控制的实时性。结合机床的手动模块和 测量模块, 可以使机床实现测量机的功能。
( 3) 监控和错误处理模块 用于处理机床各硬件 的异常情况。其中 PLC 负责监控不同 电器元件之间 的逻辑关系、电主轴和刀库的工作。运动控制卡负责 监控伺服电动机的运行和与 PLC 之间的相互通讯, 以 保证运动控制卡和 PLC 之间的相互合作。 PLC 和运 动控制卡的错误信息通过主 PC 机的用户界面 显示, 对某些致命错误做出及时响应。远程计算机获得这些
K eyw ord s: P arallel K inem atic M ach ine; NC System; T oo lM agazine
为了满足加工诸如汽轮机叶片、飞机螺旋桨等复 杂曲面的需求, 哈尔滨工业大学和哈尔滨量具刃具厂 合作于 2002年开发了 BXK - 6127型七轴联动并联机 床。此并联机床是在传统六轴并联机床的基础上, 附 加了一个转台, 以实现七轴联动。然而该机床没有安 装刀库, 叶片的加工过程需要工人手动换刀, 因此减少 叶片加工的自动化程度, 增加了工人的劳动负担。为 此, 哈尔滨工业大学和哈尔滨量具刃具厂合作开发新 型并联机床叶片专机, 在原有机床的基础上安装了一 个刀库, 实现了叶片加工的自动化, 如图 1所示。下面 介绍该机床的数控系统和关键技术的实现。
换刀; 加工; 工艺卡类组指针 + + ; }
4 结语
新型七轴联动并联机床在原有七轴联动并联机床 上安装了刀库, 提高了机床的自动化程度, 减少了工人 的劳动强度, 提高了机床的加工效率。目前该机床已 用于哈尔滨汽轮机厂加工叶片, 其单个叶片的加工效 率和瑞士斯特拉格五坐标叶片专用机床相当。我们希 望该机床能在我国叶片加工领域有更多的应用。
刀库是机床刀具管理的中心, 该刀库可安装 24把 刀具, 刀库的控制通过 PLC 和主 PC 机联合实现。 PLC 实现刀库的转刀和换刀过程, 主 PC 机 控制刀库的转 刀和换刀的开启。
2 数控系统的软件组成
并联机床数控系统的软件采用模块化设计, 在原 机床的基础上做了一点改动, 简化了部分功能。机床 功能分为: 运动控制和监控模块、测量模块以及调整模 块。
在某些场合, 如机床的安装和拆卸时或者对机床 标定时, 需要对机床的单杆进行伸缩, 因此需要增加一 个调整和标定模块。该模块的主要功能包括以下几个 方面:
( 1) 单杆调整 对机床的一个驱动杆设定移动量 及移动速度, 并实现单个驱动杆长度的变化。
( 2) 整体调整 对机床的 6个驱动杆设定移动量 及移动速度, 实现 6个驱动杆长度同时发生变化。
}
Βιβλιοθήκη Baidu
刀具所在的刀库号随着机床的换刀而改变, 当前 刀具, 即机床正在使用的刀具的刀库号设为 0, 当要换 下一把刀具时, 当前刀具的刀库号置为下一把刀具的 刀库号, 并放在下一把刀具的刀库中, 并更新刀具参数 数据库。在机床的复位过程中, 对刀具数据库进行检 查, 防止有两个相同的刀库号, 并保证当前的刀具的刀 库号为零。 3. 2 自动加工的实现
远程 PC 机是多机床控制系统的控制核心, 它通 过局域网把多台机床的主 PC 机连接起 来。远程 PC 机可以与每台并联机床的主 PC 机通讯, 传递工件工 艺和制造加工数据, 并能远程控制并联机床运动。用 这种方法, 不同机床之间可以共享数据资源和软件资 源, 并能统一管理工件的加工数据, 防止数据 管理混 乱。 1. 5 刀库
参考文献
1 石勇, 王知行, 刘文涛. 基于 PC 机的 并联机床 数控系统 的研究. 机 械与电子. 2003. 128 ( 2) : 23~ 25
第一作者: 石勇, 男, 1973年生, 哈尔滨工业大学 博士后, 主要从事并联机床控制研究。
( 编辑 汪 艺 ) ( 收稿日期: 2005- 06- 01 )
和 PLC 间的通讯由 I/O 完成。
刀具参数由数据库管理。为了便于管理, 定义了
刀具类 CT oo :l
calss C too l{
CString m _nam e;
/ /刀具名称
double m _length; double m _radu is;
/ /刀具长度 / /刀具半径
U INT m _Sto reN o; / /刀具所在刀库号
# 13 #
数控技术 CNC T echno logy
错误信息后存储起来, 做出相应诊断。 2. 2 测量模块
由于并联机床动平台运动的灵活性, 使得此类机 床更适合工件的测量。为了 充分利用机床的 这个特 点, 本机床添加了一个功能强大的测量模块以便机床 当作测量机使用。测量模块的功能如下:
( 1) 测量刀具的长度和直径 通过使用测头在刀 具的轴线方向和径向方向测量, 可以测出刀具的长度 和半径。
数控技术 CNC T echno logy
并联机床加工中心数控系统的研究*
石 勇 王常虹 刘文涛
(哈尔滨工业大学, 黑龙江 哈尔滨 150001)
摘 要: 分析了并联机床加工中心数控系统的设计。此数控系统以 Kollm orgen 运动控制卡为运动控制核 心, 包括多个软件控制模块, 实现复杂曲面零件的定位和加工。此外, 该系统设计了刀库和工艺管理 功能, 保证了机床加工过程的自动化。
本并联机床的刀具轨迹描述语言基于 APT 轨迹 描述语言而发展, 为了用户使用方便, 机床软件中提供 了轨迹输入的用户图形界面。 2. 1 运动控制和监控模块
此模块连接所有的机床硬件, 并且包括许多子模 块, 如自动运行模块、手动控制模块、监控和错误处理 模块、辅助指令执行模块、电主轴控制模块、刀库控制 模块、I/O控制模块等。除了前面 3个模块外, 后面的 几个模块的功能与普通数控系统相似。下面介绍前 3 个模块的功能。
的用户界面, 编制和编译数控代码, 模拟刀具的切削运
5 丁勇, 耿小强, 陈刚. 一种特殊结构的五轴数控机床的后置处理算法 与软件实现. CA D /CAM 与制造业信息化. 2005( 1 )
作者: 何永红, 男, 1971年生, 硕士研究生, 西安飞 行自动 控制研 究所, 高级 工程 师。主 要研 究方向 为 CAD /CAM 技术、数控加工技术。发表论文 2篇。
1 数控系统硬件组成
图 2所示为数控系统硬件组成。在所有硬件部分 中, 主 PC 机、运动控制卡和 PLC 组成数控系统控制核 心。它们在数控系统中承担不同的作用, 在机床运行
时, 这 3个部分之间进行实时通信保证机床的正常工 作。
1. 1 主 PC 机 主 PC 机是数控系统的核心, 它提供了数控系统
( 1) 自动运行模块 用于机床的连续加工。加工 中使用的数据是在离线状态下。从刀具位置文件编译 的运动控制数据, 其编译流程如图 3所示。加工所用 刀位文件采用瑞士斯特拉格五坐标叶片专用机床所用 文件, 其刀位文件经处理编译后得到各杆杆长。K ol-l m orgen运动控制卡的电子凸轮的功能将保证机床的 7 个伺服电动机同步运动。
(编辑 徐洁兰 )
(收修改稿日期: 2005- 09- 06 )
文章编号: 6103 如果您想发表对本文的看法, 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。
* 国家 863 资助项目 ( 2004A A 424150) # 12 #
CNC T echno logy 数控技术
动轨迹, 协调、监控运动控制卡和 PLC 的运行等功能。 此外, 主机通过局域网还可以和远程计算机相互通讯, 传递加工文件和工艺文件等数据。
关键词: 并联机床 数控系统 刀库
Research on CNC System o f Pa ra lle l K inem atic M ach in ing Cente r
SH I Yong, WANG Changhong, L IU W entao ( H arb in Institute of T echnology, H arb in 150001, CHN )
1. 2 运动控制卡 运动控制卡是运动控制的核心, 它接受从主机来
的运动控制指令并控制 7个伺服电动机同步运动。运 动控制卡采用 VxW orks实时操作系统, 它和伺服驱动 器之间采用 SERCOS光纤通信, 这种方式可以保证通 讯速度更快、通讯容量更大和抗干扰能力强。 1. 3 PLC
PLC 是机床电气控制的核心, 它接受从主 PC 机 传来的辅助控制指令 ( 数控代码的 M 指令 ) , 并控制机 床辅助设备相应动作。它还通过主轴变频器控制电主 轴的工作。此外, 机床的刀库也由 PLC 来控制。并联 机床在工作中还需要 PLC 监控不同电 器元件之间的 逻辑关系以及诊断机床的各种故障。 1. 4 远程 PC机
文章编号: 6104 如果您想发表对本文的看法, 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。
# 14 #
( 3) 机床标定 为了简化机床标定过程, 我们开 发了机床标定模块。在测量完机床标定需要的数据量 后, 通过标定模块对机床的参数误差进行优化计算, 用 计算的误差值对机床参数进行补偿。
3 关键技术的实现
3. 1 刀库的管理
刀库的转刀、换刀动作由 PLC 独立实现, 其动作 时间由主机控制。由于相互交换信息较少, 因此主机
( 2) 基本几何元素的测量 可以测量直线、平面、 圆弧、圆柱、球体等基本几何元素。同时, 它还提供了 基本几何形体的逻辑操作, 如交叉点、平行线、垂直面 等的测量。
( 3) 扫描工件表面轮廓 提供了两种工件表面轮 廓扫描的方法: 网格投影法和封闭路径搜索法。通过 获得的工件表面上的测量点, 用拟合计算可以容易地 得到工件表面轮廓。 2. 3 调整模块
CString m _nam e; / /加工程序名称 CString m _too;l / /加工所用刀具 }; CT echnicsCard工艺卡类把一道 工序所使用 的刀 具和加工程序信息保存起来。另外为了把所有的工序 连起来, 设计了工艺卡 组类: CArray < CT echn icsCard, CT echnicsCard> 。 加工过程中为: w hile 工艺卡组指针! = EOF { 得到当前工艺卡; 获得工艺卡中的加工信息; if(需要换刀具 )
Abstract: Design and deve lopm ent o f a PC based NC system for Para lle lK inem aticM achine( PKM ) w as analyzed. In the NC system, the kernel of m otion contro l is Ko llm orgen MC. The system includes m any so ftw are m odu les, and it can locate and m ach ine parts w ith com plicated surfaces. T he NC system is app lied to PKM m ade by H arbin. T oo l m agazine and techno logy m anage funct ion w ere designed in the system, it assures the autom a tion of m ach in ing in PKM.
( 2) 手动 控制模块 用 于以手 轮控制 机床的 运 动。在此模块程序中使用了实时在线编译方法以保证 并联机床手动控制的实时性。结合机床的手动模块和 测量模块, 可以使机床实现测量机的功能。
( 3) 监控和错误处理模块 用于处理机床各硬件 的异常情况。其中 PLC 负责监控不同 电器元件之间 的逻辑关系、电主轴和刀库的工作。运动控制卡负责 监控伺服电动机的运行和与 PLC 之间的相互通讯, 以 保证运动控制卡和 PLC 之间的相互合作。 PLC 和运 动控制卡的错误信息通过主 PC 机的用户界面 显示, 对某些致命错误做出及时响应。远程计算机获得这些
K eyw ord s: P arallel K inem atic M ach ine; NC System; T oo lM agazine
为了满足加工诸如汽轮机叶片、飞机螺旋桨等复 杂曲面的需求, 哈尔滨工业大学和哈尔滨量具刃具厂 合作于 2002年开发了 BXK - 6127型七轴联动并联机 床。此并联机床是在传统六轴并联机床的基础上, 附 加了一个转台, 以实现七轴联动。然而该机床没有安 装刀库, 叶片的加工过程需要工人手动换刀, 因此减少 叶片加工的自动化程度, 增加了工人的劳动负担。为 此, 哈尔滨工业大学和哈尔滨量具刃具厂合作开发新 型并联机床叶片专机, 在原有机床的基础上安装了一 个刀库, 实现了叶片加工的自动化, 如图 1所示。下面 介绍该机床的数控系统和关键技术的实现。
换刀; 加工; 工艺卡类组指针 + + ; }
4 结语
新型七轴联动并联机床在原有七轴联动并联机床 上安装了刀库, 提高了机床的自动化程度, 减少了工人 的劳动强度, 提高了机床的加工效率。目前该机床已 用于哈尔滨汽轮机厂加工叶片, 其单个叶片的加工效 率和瑞士斯特拉格五坐标叶片专用机床相当。我们希 望该机床能在我国叶片加工领域有更多的应用。
刀库是机床刀具管理的中心, 该刀库可安装 24把 刀具, 刀库的控制通过 PLC 和主 PC 机联合实现。 PLC 实现刀库的转刀和换刀过程, 主 PC 机 控制刀库的转 刀和换刀的开启。
2 数控系统的软件组成
并联机床数控系统的软件采用模块化设计, 在原 机床的基础上做了一点改动, 简化了部分功能。机床 功能分为: 运动控制和监控模块、测量模块以及调整模 块。
在某些场合, 如机床的安装和拆卸时或者对机床 标定时, 需要对机床的单杆进行伸缩, 因此需要增加一 个调整和标定模块。该模块的主要功能包括以下几个 方面:
( 1) 单杆调整 对机床的一个驱动杆设定移动量 及移动速度, 并实现单个驱动杆长度的变化。
( 2) 整体调整 对机床的 6个驱动杆设定移动量 及移动速度, 实现 6个驱动杆长度同时发生变化。
}
Βιβλιοθήκη Baidu
刀具所在的刀库号随着机床的换刀而改变, 当前 刀具, 即机床正在使用的刀具的刀库号设为 0, 当要换 下一把刀具时, 当前刀具的刀库号置为下一把刀具的 刀库号, 并放在下一把刀具的刀库中, 并更新刀具参数 数据库。在机床的复位过程中, 对刀具数据库进行检 查, 防止有两个相同的刀库号, 并保证当前的刀具的刀 库号为零。 3. 2 自动加工的实现
远程 PC 机是多机床控制系统的控制核心, 它通 过局域网把多台机床的主 PC 机连接起 来。远程 PC 机可以与每台并联机床的主 PC 机通讯, 传递工件工 艺和制造加工数据, 并能远程控制并联机床运动。用 这种方法, 不同机床之间可以共享数据资源和软件资 源, 并能统一管理工件的加工数据, 防止数据 管理混 乱。 1. 5 刀库
参考文献
1 石勇, 王知行, 刘文涛. 基于 PC 机的 并联机床 数控系统 的研究. 机 械与电子. 2003. 128 ( 2) : 23~ 25
第一作者: 石勇, 男, 1973年生, 哈尔滨工业大学 博士后, 主要从事并联机床控制研究。
( 编辑 汪 艺 ) ( 收稿日期: 2005- 06- 01 )
和 PLC 间的通讯由 I/O 完成。
刀具参数由数据库管理。为了便于管理, 定义了
刀具类 CT oo :l
calss C too l{
CString m _nam e;
/ /刀具名称
double m _length; double m _radu is;
/ /刀具长度 / /刀具半径
U INT m _Sto reN o; / /刀具所在刀库号
# 13 #
数控技术 CNC T echno logy
错误信息后存储起来, 做出相应诊断。 2. 2 测量模块
由于并联机床动平台运动的灵活性, 使得此类机 床更适合工件的测量。为了 充分利用机床的 这个特 点, 本机床添加了一个功能强大的测量模块以便机床 当作测量机使用。测量模块的功能如下:
( 1) 测量刀具的长度和直径 通过使用测头在刀 具的轴线方向和径向方向测量, 可以测出刀具的长度 和半径。
数控技术 CNC T echno logy
并联机床加工中心数控系统的研究*
石 勇 王常虹 刘文涛
(哈尔滨工业大学, 黑龙江 哈尔滨 150001)
摘 要: 分析了并联机床加工中心数控系统的设计。此数控系统以 Kollm orgen 运动控制卡为运动控制核 心, 包括多个软件控制模块, 实现复杂曲面零件的定位和加工。此外, 该系统设计了刀库和工艺管理 功能, 保证了机床加工过程的自动化。
本并联机床的刀具轨迹描述语言基于 APT 轨迹 描述语言而发展, 为了用户使用方便, 机床软件中提供 了轨迹输入的用户图形界面。 2. 1 运动控制和监控模块
此模块连接所有的机床硬件, 并且包括许多子模 块, 如自动运行模块、手动控制模块、监控和错误处理 模块、辅助指令执行模块、电主轴控制模块、刀库控制 模块、I/O控制模块等。除了前面 3个模块外, 后面的 几个模块的功能与普通数控系统相似。下面介绍前 3 个模块的功能。
的用户界面, 编制和编译数控代码, 模拟刀具的切削运
5 丁勇, 耿小强, 陈刚. 一种特殊结构的五轴数控机床的后置处理算法 与软件实现. CA D /CAM 与制造业信息化. 2005( 1 )
作者: 何永红, 男, 1971年生, 硕士研究生, 西安飞 行自动 控制研 究所, 高级 工程 师。主 要研 究方向 为 CAD /CAM 技术、数控加工技术。发表论文 2篇。
1 数控系统硬件组成
图 2所示为数控系统硬件组成。在所有硬件部分 中, 主 PC 机、运动控制卡和 PLC 组成数控系统控制核 心。它们在数控系统中承担不同的作用, 在机床运行
时, 这 3个部分之间进行实时通信保证机床的正常工 作。
1. 1 主 PC 机 主 PC 机是数控系统的核心, 它提供了数控系统
( 1) 自动运行模块 用于机床的连续加工。加工 中使用的数据是在离线状态下。从刀具位置文件编译 的运动控制数据, 其编译流程如图 3所示。加工所用 刀位文件采用瑞士斯特拉格五坐标叶片专用机床所用 文件, 其刀位文件经处理编译后得到各杆杆长。K ol-l m orgen运动控制卡的电子凸轮的功能将保证机床的 7 个伺服电动机同步运动。
(编辑 徐洁兰 )
(收修改稿日期: 2005- 09- 06 )
文章编号: 6103 如果您想发表对本文的看法, 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。
* 国家 863 资助项目 ( 2004A A 424150) # 12 #
CNC T echno logy 数控技术
动轨迹, 协调、监控运动控制卡和 PLC 的运行等功能。 此外, 主机通过局域网还可以和远程计算机相互通讯, 传递加工文件和工艺文件等数据。
关键词: 并联机床 数控系统 刀库
Research on CNC System o f Pa ra lle l K inem atic M ach in ing Cente r
SH I Yong, WANG Changhong, L IU W entao ( H arb in Institute of T echnology, H arb in 150001, CHN )
1. 2 运动控制卡 运动控制卡是运动控制的核心, 它接受从主机来
的运动控制指令并控制 7个伺服电动机同步运动。运 动控制卡采用 VxW orks实时操作系统, 它和伺服驱动 器之间采用 SERCOS光纤通信, 这种方式可以保证通 讯速度更快、通讯容量更大和抗干扰能力强。 1. 3 PLC
PLC 是机床电气控制的核心, 它接受从主 PC 机 传来的辅助控制指令 ( 数控代码的 M 指令 ) , 并控制机 床辅助设备相应动作。它还通过主轴变频器控制电主 轴的工作。此外, 机床的刀库也由 PLC 来控制。并联 机床在工作中还需要 PLC 监控不同电 器元件之间的 逻辑关系以及诊断机床的各种故障。 1. 4 远程 PC机
文章编号: 6104 如果您想发表对本文的看法, 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。
# 14 #
( 3) 机床标定 为了简化机床标定过程, 我们开 发了机床标定模块。在测量完机床标定需要的数据量 后, 通过标定模块对机床的参数误差进行优化计算, 用 计算的误差值对机床参数进行补偿。
3 关键技术的实现
3. 1 刀库的管理
刀库的转刀、换刀动作由 PLC 独立实现, 其动作 时间由主机控制。由于相互交换信息较少, 因此主机
( 2) 基本几何元素的测量 可以测量直线、平面、 圆弧、圆柱、球体等基本几何元素。同时, 它还提供了 基本几何形体的逻辑操作, 如交叉点、平行线、垂直面 等的测量。
( 3) 扫描工件表面轮廓 提供了两种工件表面轮 廓扫描的方法: 网格投影法和封闭路径搜索法。通过 获得的工件表面上的测量点, 用拟合计算可以容易地 得到工件表面轮廓。 2. 3 调整模块