金属板材数控无模成形机及其应用程序开发

38 锻压机械 2／2002 金属板材数控无模成形机及其应用程序开发 430074 武汉 华中科技大学 毛 锋 莫健华 黄树槐 摘要 在简单讨论开放式数控系统特点、功能的基础上，介绍了金属板材数控无模成形机的开放式系 统结构及其基于 Windows操作系统的应用程序的开发。 关键词 金属板材 无模成形 开放式数控系统 PMAC多轴运动控制器 中图分类号 TP316．7 TG386．41 1 引言 开放式数控系统是指能够在多种平台上运行 ， 可以和其他系统互操作，并能给用户提供一种统一 风格的交互方式数控系统 。它因便于用户快速开 发 自己的专用设备和扩展功能而得到了越来越广泛 的应用。 目前 ，开放式数控系统基本上是基于 PC机和 Windows操作系统的，在硬件组织上，根据数控系统 模块划分情况，或者采用单机控制模式，或者采用双 CPU的上下位机控制模式 ，或者采用分布式网络来 实现系统的各个模块 ；而在软件结构上 ，由于 Win— dows操作系统对直接访问硬件进行屏蔽的需要 ，将 数控系统的功能模块分别在操作系统的核心态和用 户态下实现。尽管它们实现起来各种各样，但所有这 些开放式数控系统都在试图实现这样两个特点 ：(1) 合理的层次与模块划分，即结构上的层次性与功能 上的模块化；(2)每个层次与模块均具有明确的服务 与接口 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，以保证各个组成单元的透明性。 2 金属板材数控无模成形系统 金属板材无模成形技术是用 CAD模型直接驱 动，来实现设计与制造一体化的柔性快速制造的方 法 。该技术引入快速原型制造技术(Rapid Proto— typing)“分层制造”(Layered Manufacturing)的思想， 将复杂的三维形状沿 z轴方向离散化 ，即分解成一 系列二维断面层，并在这些二维断面层上进行局部 塑性加工。其加工原理如(图 1)，被加工板材置于一 个顶支撑模型上(图 1a)，在板材四周用压板在托板 上夹紧材料，托板可沿导柱 自由上下滑动 。该装置 被固定在三轴联动的数控无模成形机上，加工时，成 形工作头先走到指定位置，并对板材压下设定的压 收稿日期：200l—ll一05 作者简介：毛 锋，男，硕士研究生 4 篓 (a) (}1) 图 l 板材无模成形原 示意图 (a)成形前 (b)成形中 下量，然后根据控制系统的指令 ，按照第一层截面轮 廓的要求，以走等高线的方式，对板材施行渐进塑性 加工(图 1b)。在形成第一层截面轮廓后 ，成形工具 头压下设定高度，再按第二层截面轮廓要求运动，并 形成第二层轮廓。如此反复直到整个工件成形完毕： 根据这一成形原理，研发了金属板材数控无模 成形机。其结构原理如图 2所示。该成形机的运动单 琐支撑模 型 图2 无模成形机结构 元有 轴 (双电机驱动的龙门架结构 )、】，轴和 z 轴，它们分别使用伺服电机进行驱动。由于是使用 金属工作头对金属板材进行渐进碾压，成形过程极 其复杂，摩擦和成形力都会随时改变，而且 ，成形速 度也要因成形工艺的需要进行规划，所以，对数控系 统的抗干扰能力、谐振能力和处理摩擦等非线性效 应的能力提出了很高的要求。另外，还要求以后能够 根据轨迹的位置来跟踪、采集成形力的大小，这样就 要求控制系统应具有进一步扩展的能力。基于上述 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 锻压机械 2／2002 dows操作系统进行开发。Windows应用程序因为能 够提供更友好的用户界面而成为这类应用程序开发 的主流。同时，开放式数控系统开发商已经在使用组 件技术为客户提供 32位驱动程序的接 口控件 (如 ActiveX控件)，从而不仅把客户从繁琐的通讯工作 中解脱出来，为应用程序提供更加稳定 、高效的通 讯，而且为数控网络化提供了基础。 本系统是在 Windows NT环境下，使用 Vc++ 6．0完成的。PMAC控制软件是用 NT DDK和 VC— TOOL写成设备驱动程序的形式(．sys和．vxd文件)。 软件结构见图4 4 系统软件结构 由于金属板材数控无模成形机是用工作头对板 材逐层碾压成形的，其运动程序来自于零件的几何 信息，所以，①要利用 CAD软件进行三维造型，获得 所需要的包含几何实体、表面信息的文件 (如 STL 文件)。②对此文件进行纠错和必要的实时处理(如 利用切层、拟合与离散获得几何零件的型值点，并进 行动态显示)，也可以使用 CAM软件根据加工方式 的不同生成相应的刀位文件，并用其后处理工具得 到 NC一代码或者通用 G一代码文件。③对这些代码文 件进行必要的分析(如分层等)。④使用参数设置模 块进行运动参数的设置，以把处理好的型值点文件 或者NC一代码、G一代码文件传递给加工控制模块使 用。而加工控制模块则使用在设备驱动程序基础上 构建的、已经隐式或者显式加载了的动态链接库来 和硬件进行通信。在具体实现的时候，Windows应用 程序的运行依靠外部发生的事件来驱动 ]，应用程 序不断地等待由操作系统捕捉到的硬件信息 (如鼠 标移动、键盘按下和其他 I／O端 口的中断事件等)和 操作系统本身或其他应用程序传送来的消息，然后 进行判断，并做出适当的处理。所以，加工控制模块 可以利用一个循环不断地等待来自用户和运动控制 单元的消息(为节省总线时间，现在已经较少使用查 询的方式)，如果有消息出现 ，则首先对消息的种类 进行判断，倘若是数据反馈消息，则将采集到的数据 提供给动态显示模块，以便进行加工的可视化；如果 是其他的运动单元中断消息(例如跟踪误差报警 、缓 冲区准备就绪和运动完成等)或者用户输入消息(例 如在线更改运动参数、暂停或取消运动等)，则调用 对应的消息处理函数完成需要的处理动作，并返回 到主程序的消息循环之中；如果没有消息出现，则对 运动状态进行判断，如果运动完成，则关闭数据采集 功能，并返回到主程序消息循环之中，如果运动没有 完成，则返回到加工模块的消息循环之中。整个程序 的流程图如图 5所示。 图 5 应用程序流程 图 该系统采用 了 PMAC双端 RAM的通讯方式， 运动程序是利用中断机制向双端 RAM的环形缓冲 区下载进行的，PMAC反馈的电机信息也是先放入 双端 RAM后由主机获取的。而双端 RAM是在主机 和 PMAC之间共享的一块高速存储器 ，所以，程序 的通讯速度很快，完全满足了实时高效的控制要求。 同时，Windows NT平台可靠的安全机制 ，为程序的 稳定性提供了保证，而使用面向对象的软件开发方 法又提高了程序的可重用性。 4 结论 虽然开放式数控系统并没有统一的结构 、接口 等 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，但是并没有阻碍这种先进数控系统的研发 ， 相反，因其组织 、实现的模块化、多样性反而成为客 户首选的理由。开放式数控系统应用程序的开发是 关系到能否更加充分、有效地利用该系统的各种功 能 ，以便满足用户特殊需要的关键。 本系统采用了PC机与 PMAC两级分布开放式 数控系统 ，在 Windows NT平台上 ，使用 Vc++6．0 面向对象的开发方法 ，并充分利用 中断消息和 维普资讯 http://www.cqvip.com CAD／CAM／CAE——金属板材数控无模成形机及其应用程序开发 4l PMAC独特的双端 RAM功能，成功开发了金属板材 无模成形机数控系统应用程序，极大地缩短了设备 研制周期，同时有效地保证了系统控制谐振 、处理板 材成形中的非线性摩擦的能力。 参考文献 l 乇字晗，等．开放式数控系统的动态建模研究．机械科学与技术 ， 20OO(6) 2 莫键华，刘 杰，黄树槐．汽车大型覆盖件的数字化成形技术．塑性 工程学报，2001(2) 3 李 庆，莫键华，黄树槐 ，等．薄板无模分层成形技术．锻压机械 ， 2001(3) 4 Delta Tau Data Systems lnc．PMAC2 MANUAL，Northridge CA， U．S l996． 5 Jeffrey Richter． Programming Applications for Microsoft grin· dows．Microsoft Press．Washington．U．S．1999． ： 、 。 f ， 2 ＼／矢水锻压机床厂 ( l 七种新产品通过鉴定 2001年底，甘肃省机械工业总公司受 甘肃省经贸委和省科技厅委托，在甘肃省 兰州市召开天水锻压机床厂新产品暨科 学技术成果鉴定会。来 自甘肃工业大学、 兰州石油机械研究所、兰化／厶＼司、甘肃省 机械科学研究院和省机电产品监督站等 十一家科研机构和院校的专家，对天水锻 压机床厂开发研制的大直缝项 目配套设 备、钢板铣边机等七种新产 品进行 了鉴 定。 通过本次鉴定会答辩论证和评审，专 家们一致认为：该厂近期开发研制的钢板 铣边机 、钢板平头倒角机 、钢管超声波探 伤机、钢管 内焊机、钢管外焊机、x射线探 伤机和平板超声波探伤机等七种产品，技 术资料完整、设计独特 、工艺先进，具有高 精、大型、稀有产品的特点，均达到国内领 先水平 ；具有良好的市场开发前景，填补 了国内空白，可替代进口。 天水锻压机床厂七种新产品的研制， 解决 了我国大型钢管制造过程中的工艺 H脏 BUR④ 形 状 的极 限 ． 这就是我们 的世界 我们最优秀 的专家期待着 您的垂询 请访 问 我们的网站 、^，、^，w ．hatebu r．com 例如 ：该轮毂 可 以用 我们的 HATEBUR— HOTMA11C@ P 7OXL—HFE 每 砖 产 65件 哈特贝尔金属成形设备有限公司 电 话：+41 617162111 传 真：+41 617162131 瑞士技术中心 北京 电 话：+010 6841￡l447 传 真：+010 68412869 H脏 BUR④ 与您共创未来 维普资讯 http://www.cqvip.com