王艷波 孫祖東 王昕雯

摘要：針對(duì)成形磨削中數(shù)控式砂輪修形機(jī)的修整費(fèi)用高、砂輪的形狀精度低的問題，設(shè)計(jì)數(shù)控式修行機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，研究GALIL多軸運(yùn)動(dòng)控制器，采用高級(jí)語言C++基于VC++6.0開發(fā)軟件平臺(tái)進(jìn)行編寫程序，調(diào)用GALIL運(yùn)動(dòng)控制卡提供的DMCWIN動(dòng)態(tài)鏈接庫編寫應(yīng)用程序，設(shè)計(jì)數(shù)控式砂輪修形機(jī)系統(tǒng)。

Abstract： In order to solve the problems of high dressing cost and low shape accuracy of CNC grinding wheel dressing machine in form grinding， the mechanical structure of CNC grinding machine was designed， and the GALILl multi-axis Motion Controller was studied， the high-level language C + + based on VC + + 6.0 software platform is used to compile the program， and the DMCWIN dynamic link library provided by GALILl Motion Control Card is used to compile the application program， and the CNC grinding wheel dressing machine system is designed.

關(guān)鍵詞：砂輪修形;運(yùn)動(dòng)控制卡;人機(jī)界面

Key words： grinding wheel shaping;motion control card;man-machine interface

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）21-0087-02

0? 引言

數(shù)控式砂輪修形機(jī)是特種數(shù)控機(jī)床的一種，在高精密加工設(shè)備場(chǎng)合應(yīng)用非常廣泛。磨削加工本質(zhì)是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪對(duì)工件表面進(jìn)行切削加工成型的方法。利用CNC技術(shù)使得砂輪被修形成與工件輪廓相吻合，按照一定的加工工序一次磨削使工件達(dá)到加工尺寸要求。成型磨削的加工精度在很大程度上取決于砂輪修形的精度。數(shù)控砂輪修形技術(shù)是將砂輪的修形與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，通過數(shù)控程序修形出任意母線砂輪，也可以使成型磨削效果更加吻合工件實(shí)際輪廓，成型效果柔性好、精度高、效率高。通過研究和設(shè)計(jì)任意母線砂輪修形機(jī)的二維工作臺(tái)，控制步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)，更好的解決用于復(fù)雜零件表面磨削的成形砂輪修形。設(shè)計(jì)二維工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，可以借鑒的小型XY二維的工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)，XY二維工作臺(tái)具有良好的剛度，并且承載能力強(qiáng)，能夠精確的控制砂輪修形空間位置。研制此高效、高精度的數(shù)控式砂輪修行工作臺(tái)具有一定的實(shí)際意義。

1? 數(shù)控式砂輪修形機(jī)的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)

砂輪修型機(jī)主要機(jī)械結(jié)構(gòu)是二維工作臺(tái)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，要求二維工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性，并且具有較高的精度以完成砂輪較精細(xì)的加工過程。二維工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的精度與穩(wěn)定決定了砂輪修型的精度，因此進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要求具有較高的精度和穩(wěn)定性能。二維工作臺(tái)支承于床身，不僅要?jiǎng)偠群?，承載能力強(qiáng)，而且要保證傳動(dòng)平穩(wěn)，有利于提高加工精度。

2? 控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

砂輪研修機(jī)坐標(biāo)系定義：被修形砂輪軸垂直方向?yàn)閅軸方向，被修形砂輪水平方向?yàn)閄軸方向。砂輪修形機(jī)二維工作臺(tái)的工作原理：X的驅(qū)動(dòng)及定位組件驅(qū)動(dòng)X軸導(dǎo)軌沿X向作直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)其定位部分獲得X的坐標(biāo);Y的驅(qū)動(dòng)及定位組件驅(qū)動(dòng)X向組件沿Y向作直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也帶動(dòng)其上的滑臺(tái)沿Y向作直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)其定位部分獲得Y的坐標(biāo);通過X軸和Y軸的兩軸聯(lián)動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)砂輪結(jié)構(gòu)的修形功能。

基于上述的工作原理，砂輪修型機(jī)二維工作臺(tái)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)由X軸驅(qū)動(dòng)和定位組件、Y軸驅(qū)動(dòng)和定位組件、CNC系統(tǒng)組成。其中CNC系統(tǒng)采用自行開發(fā)的基于PC機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)控制器、PC機(jī)、操作面板。驅(qū)動(dòng)和定位組件由交流伺服電機(jī)、交流伺服驅(qū)動(dòng)器、聯(lián)軸器、滾珠絲杠螺母副、導(dǎo)軌、GALIL運(yùn)動(dòng)控制器、行程開關(guān)、增量式光電編碼器組成。

3? 基于硬件系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)

砂輪研修機(jī)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)基于GALIL多軸運(yùn)動(dòng)控制器，在Windows平臺(tái)上，采用高級(jí)語言C++基于VC++6.0開發(fā)軟件平臺(tái)進(jìn)行編寫程序，調(diào)用GALIL運(yùn)動(dòng)控制卡提供的DMCWIN動(dòng)態(tài)鏈接庫編寫應(yīng)用程序模塊。采用模塊化設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的人機(jī)界面，設(shè)計(jì)二維工作臺(tái)控制模塊（手動(dòng)控制，自動(dòng)和位置顯示功能模塊等）。

3.1 上下位機(jī)通信程序的實(shí)現(xiàn)

在VC++6.0開發(fā)環(huán)境下調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫及庫函數(shù)，驅(qū)動(dòng)接口函數(shù)庫DMCWIN，實(shí)現(xiàn)GALIL與上層Windows進(jìn)行通信，在VC++6.0編程環(huán)境下調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫就能完成上位機(jī)同GALIL之間的數(shù)據(jù)交換。

調(diào)用函數(shù)庫DMCWIN的DMCOpen函數(shù)，打開運(yùn)動(dòng)控制卡，完成運(yùn)動(dòng)控制卡的注冊(cè)，處理所有后續(xù)Galil運(yùn)動(dòng)控制卡的函數(shù)調(diào)用;調(diào)用DMCDownloadFile函數(shù)，完成電腦主機(jī)硬盤上的程序下載到運(yùn)動(dòng)控制卡上，控制運(yùn)動(dòng)控制卡;調(diào)用DMCCommand函數(shù)給運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送命令，很多命令可以通過這種方式發(fā)送到控制卡上，運(yùn)動(dòng)控制卡的相應(yīng)是以線程的方式反饋的;調(diào)用DMCClose函數(shù)結(jié)束與控制器通信。

3.2 調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫和GALIL建立通訊的程序設(shè)計(jì)

操作者通過人機(jī)界面上的按鈕控制整個(gè)機(jī)床，本質(zhì)是通過上述通訊程序?qū)⒂脩舻淖鳛閼?yīng)用程序與GALIL運(yùn)動(dòng)控制器連接通訊的應(yīng)用程序接口，并由GALIL控制卡通過硬件接口控制伺服系統(tǒng)。所以，人機(jī)界面設(shè)計(jì)的第一步是調(diào)用DWC32.LIB動(dòng)態(tài)鏈接庫，利用Visual C++調(diào)用這些函數(shù)就可以完成PC機(jī)和GALIL之間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的控制。其工作原理如圖1所示。

為了啟動(dòng)通訊，需要聲明一個(gè)變量類型為長整型的變量HANDLEDMC，然后將變量的地址傳送給函數(shù) DMCOpen中。如果函數(shù)DMCOpen是正確的，則這個(gè)變量將包括控制卡處理當(dāng)中隨后的所需要調(diào)用的函數(shù)。

3.3 二維工作臺(tái)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)

二維工作臺(tái)人機(jī)界面主要實(shí)現(xiàn)的功能包括運(yùn)動(dòng)控制卡的初始化和常用命令界面的設(shè)計(jì)，手動(dòng)控制界面，自動(dòng)控制界面，回零界面等設(shè)計(jì)，如圖2為整體界面的外觀。

3.3.1 運(yùn)動(dòng)控制卡的初始化

實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制卡初始化是通過界面左側(cè)設(shè)定X軸和Y軸的參考點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的，在自動(dòng)控制面面板中，有X軸和Y軸的參考點(diǎn)的輸入。通過主界面上的對(duì)X軸和Y軸的位置的監(jiān)控，通過對(duì)刀所得到的位置輸入X軸和Y軸的參考點(diǎn)的值，同時(shí)還要給出進(jìn)給量，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制卡的初始化。

3.3.2 手動(dòng)控制

主界面上就停留在手動(dòng)控制選項(xiàng)卡上，在手動(dòng)控制選項(xiàng)卡上，實(shí)現(xiàn)對(duì)X軸和Y軸的手動(dòng)控制，同時(shí)也要使手輪控制選通。當(dāng)使用首手輪控制的時(shí)候，X軸和Y軸的手動(dòng)控制按鈕就失效，只能通過手輪的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)X軸和Y軸的位置的調(diào)整，當(dāng)手輪控制沒有被選通時(shí)，只能通過如手動(dòng)控制選項(xiàng)卡上的X軸和Y軸的控制按鈕來控制，兩者存在一個(gè)互鎖的關(guān)系。手輪控制X軸和Y軸，主要是通過控制卡動(dòng)態(tài)鏈接庫當(dāng)中給出的電子齒輪同步功能來實(shí)現(xiàn)的，此控制方法是從電氣上與另一些主動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)同步控制功能，主動(dòng)軸可以兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，而其它電子齒輪軸則以規(guī)定的齒輪比跟隨運(yùn)動(dòng)，各個(gè)軸的齒輪比可以不同，在運(yùn)動(dòng)期間可以改變。手輪控制X和Y軸按鈕都是以C軸為主動(dòng)軸，X軸和Y軸都設(shè)置為從動(dòng)軸，并且從動(dòng)軸的傳動(dòng)比為5，同時(shí)設(shè)置主動(dòng)軸的速度為1mm/s，啟動(dòng)C軸，從而實(shí)現(xiàn)X軸和Y軸手輪的選通控制。

3.3.3 自動(dòng)控制

點(diǎn)擊主界面上的自動(dòng)控制選項(xiàng)卡上的控制按鈕彈出的自動(dòng)動(dòng)控制選項(xiàng)卡，在此界面上除了用于初始化中的XY軸的參考點(diǎn)位置的設(shè)置和進(jìn)給量的設(shè)置以外，還可以對(duì)循環(huán)次數(shù)的設(shè)定，通過設(shè)定以后顯示當(dāng)前加工的循環(huán)次數(shù)。在自動(dòng)控制選項(xiàng)卡的下方有四個(gè)按鈕，分別實(shí)現(xiàn)的是砂輪修型機(jī)起動(dòng)、停止、復(fù)位和程序下載功能。

3.3.4 回零控制

點(diǎn)擊主界面上的回零選項(xiàng)卡上的控制按鈕彈出的回零控制選項(xiàng)卡，在回零控制選項(xiàng)卡上可以實(shí)現(xiàn)X軸和Y軸的回零，也可兩個(gè)軸同時(shí)回零，在回零的過程中可以隨時(shí)停止等功能。在X軸和Y軸回零過程中，沒有查詢到零點(diǎn)位置模塊，則電機(jī)軸就會(huì)向正方向移動(dòng)20mm，然后繼續(xù)回零，直到回到零點(diǎn)為止。

3.3.5 集成PLC控制命令

在主界面上除了有手動(dòng)、自動(dòng)和回零控制選項(xiàng)卡以外，還集成了六個(gè)PLC控制命令，有對(duì)照明、滾輪和磨頭的控制，在這些控制命令的上方的XY控件是對(duì)加工中的XY軸位置的檢測(cè)。PLC控制命令的實(shí)現(xiàn)主要是通過對(duì)控制卡擴(kuò)展口發(fā)送指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈、磨頭、滾輪的控制，定義擴(kuò)展口的第一位為照明燈的控制口，第二位為磨頭的控制口，第三位為滾輪的控制口，控制卡提供的對(duì)控制口的置位指令，來實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)集成在控制面板上的PLC命令的實(shí)現(xiàn)。

4? 結(jié)束語

成形磨削中數(shù)控式砂輪修形機(jī)的修整費(fèi)用高、砂輪的形狀精度低的問題，提出了基于GALIL的砂輪修形機(jī)二維工作臺(tái)的概念，采用PC+GALIL的方式，充分利用了PC機(jī)的信息處理能力和GALIL的快速運(yùn)算能力，以此系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用模塊的思想開發(fā)數(shù)控砂輪修形機(jī)的二維工作平臺(tái)的人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，完成數(shù)控式砂輪修形機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]喬麗，閆旭冬.基于C#和運(yùn)動(dòng)控制卡的全自動(dòng)平行縫焊機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2019，4：70-73.

[2]趙春云.基于PCI運(yùn)動(dòng)控制卡的上位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].甘肅：蘭州理工大學(xué)，2019.

[3]羅輝.開放式數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制方法研究[D].上海：上海工程技術(shù)大學(xué)，2016.

[4]黃培軍，陳甦欣，汪濤，楊郡，張國慶.基于運(yùn)動(dòng)控制卡的燃料電池雙極板涂膠系統(tǒng)[J].機(jī)械工程師，2020，8：78-80.

[5]蔡基鋒.基于運(yùn)動(dòng)控制卡的桁架機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng)，2019，11：11.