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基于PMAC的微细电火花成形加工数控系统的运动控制研究

作 者: 刘华珍
导 师: 顾琳
学 校: 上海交通大学
专 业: 航空宇航制造
关键词: 电火花加工 运动控制 控制策略 数控系统 可编程序多轴控制器(PMAC)
分类号: V261.61
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


电火花加工(Electrical Discharge Machining,EDM)是一种通过电极和工件之间脉冲性火花放电,产生局部、瞬时的高温将金属材料逐步蚀除的非传统加工方法。目前已被广泛用于航空、航天、模具、刀具、精密仪器及微细加工等领域,已成为先进制造技术的一个重要分支。随着信息技术、网络技术、航空和航天技术、材料技术等高新技术的发展,电火花加工数控技术日益成熟。电火花加工数控系统源于传统切削加工数控系统,但由于加工过程的特殊性又不完全同于传统切削加工数控系统。本文基于PMAC(Programmable Multi-Axis Controller)构建了微细电火花成形加工运动控制系统,总结了运动控制系统的动态性能调试方法及微细电火花加工过程运动控制特点,针对PMAC构建的运动控制系统对微细电火花成形加工的影响进行研究。首先,介绍了电火花加工的原理、机理和电火花加工机床的分类和组成,以及运动控制技术的系统组成、特点、应用及其分类。分析了微细电火花成形加工的特点及其对运动控制系统的要求。其次,根据PMAC运动控制器的特点,搭建了基于PMAC的微细电火花成形加工运动控制系统的硬件和软件体系,归纳总结了该系统的动态性能调试方法。再次,分析总结了电火花加工过程运动控制特点。为了提高加工中运动控制的稳定性,减少冲击和加工误差,提出了基于速度静态规划的微细电火花成形加工运动控制策略,通过加工实验验证了控制策略的可行性和可靠性。最后,分析讨论了微细电火花加工中运动参数和运动控制系统的动态性能对放电加工的影响,并得出了给定加工条件下的优化运动参数。实验表明基于PMAC的电火花成形加工运动控制系统不仅满足微细电火花加工对运动控制系统的要求,而且在加工的稳定性和加工效率方面有着显著的优势。

全文目录


摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
第一章 绪论  13-23
  1.1 引言  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-21
    1.2.1 电火花加工数控技术研究现状  14-16
    1.2.2 微细电火花加工技术的研究现状  16-20
    1.2.3 运动控制技术的研究现状  20-21
  1.3 课题目的意义及来源  21-22
    1.3.1 课题目的意义  21-22
    1.3.2 课题来源  22
  1.4 课题主要研究内容  22-23
第二章 电火花加工过程中的运动控制技术  23-30
  2.1 电火花加工技术简介  23-24
    2.1.1 电火花加工的基本原理  23-24
    2.1.2 电火花加工的机理  24
  2.2 电火花加工机床结构组成  24-26
  2.3 运动控制技术简介  26-28
    2.3.1 运动控制的系统组成  26-27
    2.3.2 运动控制系统的特点及应用  27
    2.3.3 运动控制技术的分类  27-28
  2.4 微细电火花加工的特点及其对运动控制系统要求  28-29
    2.4.1 微细电火花加工的特点  28-29
    2.4.2 微细电火花成形加工对运动控制系统的要求  29
  2.5 本章小结  29-30
第三章 微细电火花成形加工运动控制系统的构建  30-45
  3.1 PMAC 运动控制器  30-32
    3.1.1 PMAC 简介  30
    3.1.2 PMAC 运动控制卡硬件结构特点  30-31
    3.1.3 PMAC 运动控制卡软件结构特点  31-32
    3.1.4 PMAC 运动控制卡其它方面特点  32
  3.2 基于PMAC 的微细电火花加工数控系统的运动控制模块硬件体系构成  32-36
    3.2.1 典型运动控制系统硬件体系构成  32-34
    3.2.2 基于PMAC 电火花成形加工运动控制模块的硬件体系构成  34-36
  3.3 基于PMAC 的微细电火花加工数控系统的运动控制模块软件体系构成  36-39
    3.3.1 典型运动控制系统软件体系构成  36
    3.3.2 基于PMAC 电火花成形加工运动控制模块的软件体系构成  36-39
  3.4 基于PMAC 电火花成形加工运动控制系统的调试  39-44
    3.4.1 PID 控制器的工作原理  39-40
    3.4.2 PMAC 伺服控制算法  40-41
    3.4.3 基于PAMC 微细电火花成形加工运动控制系统PID 参数校正  41-44
  3.5 基于PMAC 的三轴微细电火花成形加工机床实物图  44
  3.6 本章小结  44-45
第四章 微细电火花成形加工运动控制策略  45-56
  4.1 电火花加工运动控制分析  45-48
    4.1.1 轮廓运动控制  45-46
    4.1.2 电极回退伺服运动轨迹  46
    4.1.3 电极抬刀运动控制  46-48
  4.2 微细电火花成形加工运动控制策略  48-51
    4.2.1 数控加工参数曲线速度插补模型  48-50
    4.2.2 微细电火花成形加工运动控制模型  50
    4.2.3 微细电火花成形加工运动控制策略  50-51
  4.3 微细电火花成形加工运动控制策略验证  51-54
    4.3.1 实验设备及方法  51-53
    4.3.2 实验结果及分析  53-54
  4.4 本章小结  54-56
第五章 基于PMAC 的运动控制系统对微细电火花加工的影响  56-64
  5.1 实验平台、方法及加工条件  56
  5.2 基于PMAC 的运动控制系统对微细电火花成形加工的影响  56-61
    5.2.1 电极进给速度对微细放电加工的影响  57-58
    5.2.2 回退速度对微细放电加工的影响  58-59
    5.2.3 抬刀对放电加工的影响  59-60
    5.2.4 系统动态特性对微细放电加工的影响  60-61
  5.3 优化的加工运动参数及系统伺服参数和加工实例  61-62
  5.4 本章小结  62-64
第六章 结束语  64-65
  6.1 主要工作  64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  71

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空制造工艺 > 制造工艺过程及设备 > 电加工 > 电火花加工
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