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2016 年 1 月 第 44 卷 第 2 期 机床与液压 MACHINE TOOL & HYDRAULICS Jan 2016 Vol 44 No 2 DOI10.3969/ j issn 1001-3881 2016 02 056 收稿日期 2014-10-12 基金项目 陕西省特种加工重点实验室开放基金资助项目 (ZSKJ201410) 作者简介 王福元 (1969), 男, 博士, 教授, 主要研究方向为特种加工、 机电控制技术。 E-mail dharvest2009@ 163 com。 基于 VB6 0 的电解加工机床控制系统设计与实现 王福元1, 张文宠1,2, 禹斌1,2 (1 盐城工学院机械工程学院, 江苏盐城 224051; 2 安徽理工大学机械工程学院, 安徽淮南 232001) 摘要 为实现电解加工机床自动控制, 提高加工精度, 针对复杂零件电解加工控制要求, 设计了控制系统。 采用 PC 机、 数据采集卡和运动控制卡等硬件实现集成控制, 并采用 VB6 0 软件平台对主控制系统软件进行设计, 主要包括软件控 制界面的设计、 伺服驱动器参数的设置和单轴独动、 多轴联动的控制程序设计, 并根据实际应用添加手动加工、 自动加工 和故障诊断等功能。 最后, 通过基于该控制系统软件的加工实验, 评估工具阴极的进给定位精度和试件的加工质量情况, 以确保软件运行的可靠性和稳定性。 实验结果表明 工具阴极的进给定位精度能够达到0 005 mm, 试件加工后的缝宽尺 寸为 0 278 mm, 满足尺寸精要求, 反映出控制系统可靠性高、 稳定性好。 关键词 电解加工; 控制系统; 可靠性; 稳定性 中图分类号 TP271 文献标志码 B 文章编号 1001-3881 (2016) 2-181-4 Design and Implementation of Electrolytic Machine Tool Control System Based on VB6 0 WANG Fuyuan1, ZHANG Wenchong1,2, YU Bin1,2 (1 School of Mechanical Engineering, Yancheng Institute of Technology, Yancheng Jiangsu 224051, China; 2 College of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China) Abstract To achieve electrochemical machining machine tool automatic control and improve the machining precision, the control system was designed according to the complex parts control requirements of electrochemical machining. The main control system imple⁃ mented the integrated control by using PC, DAQ card, motion card and other hardware, and the main control system software was de⁃ signed by the software platform VB6 0, mainly including the design of the software control interface, servo drive parameters settings and the control program design on uniaxial and multi⁃axis movement, also manual processing, automatic processing , fault diagnosis and other functions were added according to the practical application. Finally, to ensure the reliability and stability of the software, pro⁃ cessing experiment based on the control system was used to evaluate the feeding and positioning accuracy of the tool cathode and the machining quality of the specimens. The experiment results show that the feeding and positioning accuracy of the tool cathode can be a⁃ chieved 0 005 mm and the dimension of slit width is 0 278 mm, which meet the requirements of the dimensional precision and reflect the control system with high reliability and good stability. Keywords Electrochemical machining; Control system; Reliability; Stability 电解加工是一种通过电化学腐蚀去除工件表面材 料的特种成型加工方法。 电解加工以其加工速度快、 表面质量好、 凡金属都能加工、 阴极无损耗、 无宏观 切削力等优点, 在加工形状复杂零件及型腔时有着巨 大的优势, 目前已广泛应用于叶片型面、 炮管膛线、 模具、 特殊孔类、 倒角去毛刺、 抛光、 钛合金和高温 耐热合金薄壁机匣等加工, 并广泛应用于国防工业 中[1-3]。 20 世纪 70 年代初, 前苏联与西方一些发达 国家开始了脉冲电流机制、 机床加工控制系统的研 究, 使得脉冲电解加工机床逐渐用于实际加工中[4], 当时一般采用继电器或仪表作为电解加工控制系统的 控制元件。 近年来, 计算机技术在电解加工中将得到 更高水平应用, 合肥工业大学开始将 PLC 技术应用 于电解加工机床, 采用步进电机驱动的一套电解加工 机床 PLC 控制系统[5], 实现了电解加工机床多功能 稳定运行, 但它在控制集成化、 多轴联动方面存在不 足, 有待进一步研究。 结合硬件及加工工艺要求, 采 用 VB6 0 对主控制系统软件主要包括软件控制界面、 伺服驱动器参数和单轴独动、 多轴联动控制程序进行 设计, 并根据操作人员的实际应用加入了手动加工、 自动加工和故障诊断等其他功能, 并通过试件加工实 验验证数控电解加工机床软件控制系统的可靠性。 1 电解加工原理 电解加工主要利用电化学阳极溶解原理[6]。 工作 时, 工件连接电源阳极, 工具连接电源阴极, 工具阴 极向工件阳极进给, 保留一定间隙, 让具有合适压力 图 1 电解加工原理图 的电解液经间隙流过, 实现对工件的电化学腐 蚀成形加工, 溶解的切 屑随电解液一起流出, 以达到电解加工目的。 图 1 为电解加工的原理 图[7]。 2 电解加工机床主控制系统硬件结构 目前, 电解加工机床的控制系统主要分为 4 类 继电器控制、 简易数控、 PLC 控制以及微机控制[8]。 文中以 PC 机、 PCI⁃826LU 数据采集卡、 PISO⁃PS300 运动控制卡以及相应参数控制的方式实现集成控制。 该控制系统包括如下子系统 运动控制子系统、 加工 电源子系统、 电解液输送调节子系统。 控制系统组成 框图如图 2 所示。 图 2 控制系统硬件组成框图 当电解加工机床正常工作且控制系统正常运行 时, PC 机直接通过通信端口与智能温度控制器进行 数据通信, 并由智能温度控制器根据温度传感器采集 的数据来控制加热器是否运行。 作为系统的核心板 卡, 多功能数据采集卡 PCI⁃826LU 采集大量来自加工 过程中的实时数据, 经 PC 机中的控制软件检测并记 录实时数据后, 进行相关运算, 并反馈给相应的控制 元器件, 有效保证了控制系统的集成控制。 在整个加 工运动控制过程中, PC 机通过智能控制软件与 PI⁃ SO⁃PS300 运动控制卡在进行通信连接后, 利用已配 置的3 个 MR⁃J3⁃60A 伺服驱动器, 对机床的交流伺服 电机进行驱动, 实现对 X、 Y、 Z 轴的同步控制。 同 时, PCI⁃826LU 数据采集卡通过与之配套使用的 DB⁃ 16R 型、 DB⁃16P 型端子板和 DN⁃37 导轨安装接线板, 完成相应功能的数据采集和控制。 3 软件开发平台及其功能要求 3 1 基于 VB6 0 的软件设计 VB6 0 集成开发环境提供了设计、 运行和调试应 用程序的相关工具, 用户在使用过程中无需打开额外 的程序就可以实现程序设计、 运行和调试。 VB 拥有 图形用户界面 (GUI) 和快速应用程序开发 (RAD) 系统, 可以使用 DAO、 RDO、 ADO 连接数据库和创 建 ActiveX 控件。 通过自有组件快速建立一个支持多 种数据库应用程序[9]。 VB6 0 具有开发周期短、 功能强大、 应用广泛等 优点, 同时也具有可视化的面向对象编程、 事件驱动 的编程机制、 结构化的程序设计语言、 支持 DDE、 DLL 和 OLE、 ActiveX 技术的特点[10], 因此, 选用 VB6 0 作为系统的软件平台。 3 2 软件体系功能要求 软件实时监测机床的电解加工机床系统、 电解液 系统、 加工电源系统, 有利于操作人员了解并掌握整 个电解加工流程。 因此, 在设计软件过程中应尽可能 保证软件的功能集成特性, 以下给出的是控制系统软 件需实现的重点功能 (1) 控制软件可实现选择、 装载和卸载加工程 序代码功能, 并设按钮控制 (包括三轴运动控制按 钮和设备开关按钮等)。 机床编程需严格规范, 包括 准备功能 G 指令代码、 辅助功能 M 指令代码、 进给 功能 F 指令代码和顺序号 N 代码等[11]。 (2) 数据采集和监测。 在机床系统运行时, 对 加工电压、 加工电流、 电解液工作压力 (压力显示 表)、 电解液设定温度和电解液测量温度等进行监 测。 同时包括 X、 Y、 Z 轴运动状态及其运动位置读 数显示, 便于操作人员手动操作三轴的运行和及时键 盘手动编辑对应加工程序。 281机床与液压第 44 卷 (3) 手动加工。 手动加工是电解和普通加工中 常用加工方式, 当操作人员发现加工过程中用户界面 参数不合理变化时, 可立即按下加工急停按钮, 以进 行设备故障排查。 (4) 自动加工。 操作人员设置完参数后, 利用 已设定参数 (给液、 上电位置和工具阴极进给速度 等) 编写加工程序, 软件自动控制电解加工机床的 对刀、 回退、 加工和冲液等操作, 实现自动加工 功能。 (5) 故障诊断。 主控制系统中, 通过采集、 提 取、 融合信息的方式, 实现电解加工过程的全方位检 测, 提高了电解加工设备的可靠性和加工零件的复 杂性。 4 控制系统软件设计 4 1 用户界面设计 根据软件体系要求及其功能, 设计出了电解加工 集成控制系统的用户界面[12], 如图 3 所示。 图 3 控制系统用户界面 4 2 伺服驱动器参数的设置 为保证控制系统安全稳定运行, 需要对部分元器 件进行参数设定, 其中伺服驱动器的参数设定更为重 要。 选用 MR⁃J3⁃60A 型号的伺服驱动器, 大部分参 数保持默认设置, 需修改参数如表 1 所示。 表 1 修改的参数 编号名称设置值参数含义 PA01控制模式0000h控制模式为位置控制模式 PA03绝对位置检测系统0000h绝对位置检测系统选择增量系统 PA10到位范围200指令脉冲小于设置值时, 则定位完成 PA13指令脉冲输入形式0002h正逻辑中 A、 B 相脉冲串 PA14转动方向选择0CCW 正转脉冲输入、 CW 反转脉冲输入 PC18报警记录清除0000h 当报警记录清除有效时, 在下一次接通 电源时, 清除报警记录, 清除后, 自动复位 PC19编码器脉冲输出选择0010h 编码器脉冲输出选择 1 既分周比设定, 编 码器脉冲输出的相位改变设定值为 0 4 3 控制系统软件程序设计 通过单轴运动控制程序设计过渡到多轴联动控制 程序设计, 实现软件对电解加工机床的稳定控制, 图 4 为机床运动控制的程序设计框图, 其中图 (a) 表 示单轴运动控制流程图, 图 (b) 表示多轴联动控制 流程图。 图 4 机床运动控制程序设计框图 381第 2 期王福元 等 基于 VB6 0 的电解加工机床控制系统设计与实现 5 控制系统软件调试及加工实验 为测试控制软件的功能可靠性和控制加工精度, 安排了剃须刀静刀盖加工实验。 在加工过程中, 选用 OPTEX FA 公司生产 CD5⁃W350 型高精度激光位移传 感器和配套的高性能控制器 (具有较高线性度) 对 控制系统工具阴极定位精度进行测量, 实验装置如图 5 所示。 多次记录工具阴极运动 100 mm 时, 对应位 置控制器读数, 如表 2 所示。 实验结果表明 软件控 制的工具阴极定位误差在0 005 mm 以内, 满足控 制要求, 可靠性高。 图 5 实验装置 表 2 实验数据误差分析表 测量次数实际运动距离/ mm误差/ μm 1100 0033 2100 0011 3100 0033 4100 0000 599 997 -3 699 998 -2 在满足工具阴极定位误差后, 设置不同电解液压 力、 温度和电导率, 以及不同加工电压和电流。 采用 控制变量法, 保持其中 4 种参数不变, 改变其中一种 参数, 观察刀盖缝宽变化, 做对比实验, 最终确定该 零件的最佳加工参数[13]。 要求加工出的刀盖缝宽基 本尺寸为0 275 mm, 尺寸精度为0 005 mm。 图6 为 加工出的剃须刀刀盖, 测得试件的缝宽为 0 278 mm, 满足尺寸精度要求, 稳定性好。 图 6 加工剃须刀静刀盖 6 结束语 控制系统软件是数控电解加工机床的重要组成部 分, 其性能的优越将直接影响产品加工的质量。 采用 VB6 0 开发电解加工机床控制系统软件, 实现了人机 交互、 自动控制和实时监测等功能, 并通过剃须刀静 刀盖加工实验验证了控制系统软件的可靠性和稳定 性, 在保证加工精度的同时, 提高了电解加工机床的 自动程度, 能满足一些复杂零件的加工需求, 有利于 机械加工自动化的发展。 参考文献 [1] 徐家文,王建业,田继安.21 世纪初电解加工的发展和应 用[J].电加工与模具,2001(6)1-5. 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