【摘要】：針對航空發(fā)動機微孔冷加工所需的超快激光數(shù)控機床設(shè)計了一種基于工控機的控制系統(tǒng)。文章采用工控機作為整個激光數(shù)控機床的主控制設(shè)備,將控制軟件運行于工控機上�？刂栖浖c工控機、數(shù)控系統(tǒng)、協(xié)同控制單元等組成控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)的主要控制任務(wù)包括:初始化激光器和復(fù)合光束掃描模塊、向數(shù)控系統(tǒng)傳送光束指向調(diào)整電機的位置信息、配置協(xié)同控制單元完成恒重疊螺旋掃描和非圓形面掃描控制等�？刂葡到y(tǒng)還包含簡單的工藝數(shù)據(jù)庫同時實現(xiàn)對工藝數(shù)據(jù)庫的增、刪、改、查以及維護,并為整個激光數(shù)控機床提供簡單易操作的人機交互交界面。整個系統(tǒng)最終能達到機床的控制要求,滿足加工需求。
【圖文】：

恒重疊率掃描螺旋加工優(yōu)化。對于非圓形面掃描加工則需要根據(jù)復(fù)合光束掃描模塊輸出的位置傳感器數(shù)據(jù)進行實時計算，并判斷當前掃描位置是否在非圓形面內(nèi)部。當處于內(nèi)部時打開激光器的GATE信號(開關(guān)控制信號)，反之則關(guān)閉，即可實現(xiàn)非圓形面乃至組合形面的加工［5-6］。3系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計激光數(shù)控機床控制系統(tǒng)的硬件主要以工控機作為控制核心，以數(shù)控系統(tǒng)和協(xié)同控制單元作為控制中間層，激光器、功率監(jiān)測、終端監(jiān)測、指向監(jiān)測、三維檢測輔助定位系統(tǒng)、光束掃描系統(tǒng)等則作為被控對象［7－9］，具體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。工控機在數(shù)據(jù)處理和保存方面相對于數(shù)控機有著巨大的優(yōu)勢，工控機作為主控制系統(tǒng)可保存各個監(jiān)測設(shè)備返回的監(jiān)測信息并且通過分析各監(jiān)測設(shè)備返回的信息來實時向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送控制命令。數(shù)控系統(tǒng)接收到命令后，根據(jù)工控機發(fā)送的參數(shù)要求來調(diào)整伺服電機的轉(zhuǎn)動方向和角度，從而實現(xiàn)執(zhí)向調(diào)整和光路切換以及聚焦微動等功能［10-11］。數(shù)控機采用多通道式分體結(jié)構(gòu)，共配置兩個通道，運動控制分別采用MⅢ總線和脈沖控制方式，IO和控制面板采用SSBⅢ總線通訊方式。數(shù)控機通過接受工控機發(fā)送來的加工位置信息和工藝數(shù)據(jù)信息來實現(xiàn)對各軸的位置控制和對IO的操作控制。圖1機床控制系統(tǒng)電氣拓撲結(jié)構(gòu)框圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)基于硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)相應(yīng)的系統(tǒng)軟件，因此整個機床控制軟件主要由工控機控制軟件和數(shù)控系統(tǒng)2017年2月何忠鍇，等:基于工控機的激光數(shù)控機床控制系統(tǒng)的研究·105·

控制軟件兩部分組成［12］，，其中工控機的系統(tǒng)軟件平臺選用Windows7操作系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)則采用實時Linux操作系統(tǒng)來確保控制的實時性，應(yīng)用軟件的人機交互界面都基于QT進行開發(fā)，整個控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。圖2控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖軟件設(shè)計方案中工控機控制程序直接運行監(jiān)測模塊和數(shù)據(jù)采集模塊應(yīng)用程序，同時對監(jiān)測和采集的信息進行分析，然后根據(jù)需要存入數(shù)據(jù)庫或者發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng)。而數(shù)控系統(tǒng)軟件程序則接收工控機命令或者根據(jù)操作人員手動設(shè)置來對伺服電機運動進行控制。相比于直接使用數(shù)控系統(tǒng)軟件來完成所有功能，這樣的軟件設(shè)計方案一方面可拓展性強，如果需要再添加新的模塊，可以直接開發(fā)基于Windows的應(yīng)用程序并將其運行于工控機上，另一方面工控機的處理速度和存儲能力要比數(shù)控機強，加快了加工過程中數(shù)據(jù)的處理速度。4．1控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)4．1．1工控機軟件程序運行于工控機上的軟件程序主要包含人機交互界面、工藝數(shù)據(jù)庫、三維測量軟件程序、指向監(jiān)測可執(zhí)行程序、終端監(jiān)測可執(zhí)行程序以及光束掃描系統(tǒng)程序等。這些應(yīng)用程序在Windows7操作系統(tǒng)上運用C++語言進行開發(fā)，人機交互界面通過QT編程實現(xiàn)。4．1．2數(shù)控系統(tǒng)軟件平臺與結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)軟件采用層次化結(jié)構(gòu)，其中HMU(人機交互單元)采用Linux、MCU(微控制單元)采用實時Linux，通信中間件實現(xiàn)HMU、MCU及相關(guān)單元間的數(shù)據(jù)通信，并支持相關(guān)功能的實現(xiàn)。人機界面實現(xiàn)多通道加工過程的顯示與操作，任務(wù)控制通過開發(fā)有限狀態(tài)機技術(shù)，實現(xiàn)對多通道間的協(xié)調(diào)進行管理，運動控制器與PLC控制器實現(xiàn)對運動軌跡及PLC的控制，應(yīng)用層及用戶行規(guī)實現(xiàn)對多總線的支持。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3數(shù)控系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)圖4．2控制系統(tǒng)軟件主要功能模塊實現(xiàn)根據(jù)機床加工?
【作者單位】： 中國科學院大學;中國科學院沈陽計算技術(shù)研究所高檔數(shù)控國家工程研究中心;沈陽高精數(shù)控智能技術(shù)股份有限公司;
【基金】：“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項航空發(fā)動機微孔冷加工超快激光數(shù)控機床(2014ZX04001041)
【分類號】：TG659

【參考文獻】

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本文編號：2532996