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1、 分类号： TG174 单位代码： 10720 密 级： 公开 学 号： 0908020352 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 机床刀具刃磨中心控制系统研发 The Research of Control System for the Machine Tool Grinding Center 论论 文文 作作 者：者： 王占领 指导教师、职称：指导教师、职称： 白海清 教授 学科、专业名称：学科、专业名称： 机械设计及理论 研研 究究 方方 向：向： 机械设备检测与诊断技术 二 一 三 年 三 月 陕西理工学院陕西理工学院学位论文独创性声明学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我在
2、导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得陕西理工学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：作者签名： 年年 月月 日日 陕西理工学院陕西理工学院学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人同意研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属陕西理工学院。 本人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果时署名单位仍为陕西理工学院。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它指定机构送交论文的电子版和纸质
3、版； 本人授权陕西理工学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密 ，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密 。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名：作者签名： 年年 月月 日日 i 摘 要 刀具刃磨机床是机械加工过程中对切削刀具进行修磨时必不可少的机床之一。 采用先进的刀具刃磨机床刃磨出高效率、高精度、高可靠性的刀具，是切削加工技术水平提高的一个重要保证。国外在刀具刃磨设备方面已开发出专用刃磨机床，国内在这方面的研究还处于初期阶段。对于刀具刃磨装置而言，控制系统设计是保证设备加工性能的关键
4、。 本论文是陕西省工业攻关项目“机床刀具刃磨中心研制”(2009K07-09)的子项目，主要目的是开发适合车刀、铣刀、钻头等多种刀具修磨的刀具刃磨设备的开放型控制系统。 根据课题要求，对机床刀具刃磨中心进行了总体设计。技术性能达到位置精度0.001mm，刃磨刀具角度精度达到50；机械部分采用滚珠丝杠、蜗轮蜗杆传动。并对交流伺服电机、 电机驱动器、 编码器、 光栅以及其它电气元件进行详细的设计、 计算，使得检测部分的精度能满足要求；控制系统采用 Tubro PMAC2 PCI 多轴运动控制卡，配以研华 IPC-610 工业控制机，构建了 PC+专用 NC 形式的双 CPU 数控系统的硬件结构体系
5、。绘制了电气控制柜原理图以及各元器件与 PMAC 卡连接的详细接线图；对所设计的控制系统进行 PID 调整并对平台进行位置精度检测与分析， 利用软件补偿的办法对系统进行误差补偿，分析并提出提高位置精度的办法。 通过对控制系统的检测与调整，控制性能达到预期目标。 关键词：刀具刃磨机床； 控制系统； PMAC； PID 调节 本课题得到陕西省工业攻关项目基金（2009K07-09）资助。 ii Abstract Tool grinding machine is an absolutely necessary one for tool grinding in machinery. The tool
6、was made out with high efficiency, high accuracy and high reliability by using the advanced tool grinding machine is a very important sign in improving processing technology of machine. Special grinding machine has been developed in aboard in the field of tool grinding equipment. However the researc
7、h interiorly is still in prime stage. The design of control system is the Precognition condition to ensure machining accuracy for tool grinding machine. This thesis is a sub-item of The Research of Machine tool grinding center which is one of Shaanxi Province Industrial Research Projects (2009K07-09
8、).The Mission is to develop an opening control system for the tool grinding machine device that can be used in grinding turning tool, milling cutter, drilling bit etc. According the mission of the project, the overall design of the machine grinding machine is finished.The ball screw drive and the wo
9、rm drive were used in the mechanical part.The technical parameter such as the position accuracy is reached 0.001mm and the grinding angle accuracy is reached 50.The precision of detecting part can meet the design requirement by detailed designing and calculation for the AC servo meter, motor driver,
10、 encoder, grating and the other electrical components.The double CPU control system composed of PC and special NC was built by using PCI Multi-axis motion control card (Tubro PMAC2) and industrial personal computer (Advantech IPC-610) in control part.The electrical control cabinet schematic and the
11、detailed wiring between PMAC and the other components were drawn.After the PID adjustment and the plat position accuracy detection and analysis, system error compensation was finished by software. The technique in location accuracy improving was found. The performance of control system can meet the
12、requirement by detecting and adjusting. Key Words: Tool grinding machine; Control system; PMAC; PID regulation iii 目 录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题的提出及研究意义 . 1 1.2 刀具刃磨机国内外发展现状 . 2 1.2.1 国外刀具刃磨机现状 . 2 1.2.2 国内刀具刃磨机现状 . 2 1.3 运动控制系统的发展 . 3 1.3.1 运动控制系统的发展 . 3 1.3.2 运动控制算法简介 . 4 1.4 课题研究的主要内容 . 5 第 2 章 刀具刃磨中心总体方案设计 . 7 2.1 机械部分总体设计 . 7 2.1.1 丝杠设计 . 8 2.1.2 蜗轮蜗杆副设计 . 9 2.2 控制系统总体设计 . 10 2.2.1 开放式数控系统特点 . 10 2.2.2 开放式数控系统实现方法 . 10 2.2.3 控制系统总体结构 . 11 2.3 刃磨中心总体方案 . 11 2.4 本章小结 . 12 第 3 章 刃磨中心控制部分硬件构建 . 13 3.1 数控系统硬件结构 . 13 3.2 PMAC 运动控制卡 .
