畢業(yè)論文----plc數(shù)控機床高速高精度檢測系統(tǒng)

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）</p><p>　　題 目：論PLC數(shù)控機床高數(shù)高精度檢測系統(tǒng) </p><p>　　系 別： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級： </p><p>

2、;　　姓 名： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　d</b></p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　數(shù)控機床是現(xiàn)代高科技發(fā)展的產(chǎn)物，每當一批零件開始加工時，有大量的檢測需要完成，包括夾具和零

3、件的裝卡、找正、零件編程原點的測定、首件零件的檢測、工序間檢測及加工完畢檢測等。目前完成這些高精度檢測工作的主要手段有手工檢測、離線檢測和在線檢測。在線檢測也稱實時檢測，是在加工的過程中實時對刀具進行檢測，并依據(jù)檢測的結(jié)果做出相應的處理。在線檢測是一種基于計算機自動控制的檢測技術(shù)，其檢測過程由數(shù)控程序來控制。閉環(huán)在線檢測的優(yōu)點是：能夠保證數(shù)控機床精度，擴大數(shù)控機床功能，改善數(shù)控機床性能，提高數(shù)控機床效率。</p><

4、p>　　關(guān)鍵詞:數(shù)控,PLC,檢測,組成,編程.</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1、數(shù)控機床在線檢測系統(tǒng)的組成…………………………………………………….4</p><p>　　數(shù)控機床在線檢測的工作原理……………………………………………12</p><p>　　3、數(shù)控機床在線檢測編

5、程………………………………………………………….12</p><p>　　4、數(shù)控機床在線檢測系統(tǒng)仿真………………………………………………….14</p><p>　　5、結(jié)束語……………………………………………………………………………………….15</p><p>　　6、參考資料…………………………………………………………………………………16</p>

6、;<p>　　7、致謝…………………………………………………………………………………………18</p><p>　　1、數(shù)控機床在線檢測系統(tǒng)的組成</p><p>　　數(shù)控機床在線檢測系統(tǒng)分為兩種，一種為直接調(diào)用基本宏程序，而不用計算機輔助；另一種則要自己開發(fā)宏程序庫，借助于計算機輔助編程系統(tǒng)，隨時生成檢測程序，然后傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。</p>

7、<p>　　圖1計算機輔助在線檢測系統(tǒng)組成</p><p>　　d數(shù)控機床的在線檢測系統(tǒng)由軟件和硬件組成。硬件部分通常由以下幾部分組成：</p><p><b>　　(1)機床本體</b></p><p>　　機床本體是實現(xiàn)加工、檢測的基礎(chǔ)，其工作部件是實現(xiàn)所需基本運動的部件，它的傳動部件的精度直接影響著加工、檢測的精度。<

8、/p><p><b>　　(2)數(shù)控系統(tǒng)</b></p><p>　　目前數(shù)控機床一般都采用CNC數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點是輸入存儲、數(shù)控加工、插補運算以及機床各種控制功能都通過程序來實現(xiàn)。計算機與其他裝置之間可通過接口設(shè)備聯(lián)接，當控制對象或功能改變時，只需改變軟件和接口。CNC系統(tǒng)一般由中央處理存儲器和輸入輸出接口組成，中央處理器又由存儲器、運算器、控制器和總線組成。<

9、;/p><p><b>　　(3)伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，用以實現(xiàn)數(shù)控機床的進給位置伺服控制和主軸轉(zhuǎn)速(或位置)伺服控制。伺服系統(tǒng)的性能是決定機床加工精度、測量精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素。</p><p><b>　　(4)測量系統(tǒng)</b></p><

10、p>　　測量系統(tǒng)有接觸觸發(fā)式測頭、信號傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，是數(shù)控機床在線檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，直接影響著在線檢測的精度。其中關(guān)鍵部件為測頭，使用測頭可在加工過程中進行尺寸測量，根據(jù)測量結(jié)果自動修改加工程序，改善加工精度，使得數(shù)控機床既是加工設(shè)備，又兼具測量機的某種功能。</p><p>　　目前常用的雷尼紹測頭，是英國雷尼紹公司的產(chǎn)品，如圖2所示。它們用于數(shù)控車床、加工中心，數(shù)控磨床、專機等大多數(shù)數(shù)控

11、機床上。測頭按功能可分為工件檢測測頭和刀具測頭；按信號傳輸方式可分為硬線連接式、感應式、光學式和無線電式；按接觸形式可分為接觸測量和非接觸測量。用戶可根據(jù)機床的具體型號選擇合適的配置。</p><p>　　圖2雷尼紹RMP60無線電式測頭</p><p><b>　　(5)計算機系統(tǒng)</b></p><p>　　在線檢測系統(tǒng)利用計算機進行測量數(shù)

12、據(jù)的采集和處理、檢測數(shù)控程序的生成、檢測過程的仿真及與數(shù)控機床通信等功能。在線檢測系統(tǒng)考慮到運行目前流行的Windows和CAD/CAM/CAPP/CAM以及VC++等軟件，以及減少測量結(jié)果的分析和計算時間，一般采用Pentium級別以上的計算機。</p><p>　　另外數(shù)控系統(tǒng)是各類數(shù)控裝備的核心，因此通過科技創(chuàng)新首先發(fā)展具有中國特色的新型數(shù)控系統(tǒng)，將是推動數(shù)控產(chǎn)業(yè)化進程的有效技術(shù)途徑。實踐證明，10年來我們

13、所走的PC數(shù)控道路是完全正確的。PC機（包括工業(yè)PC）產(chǎn)量大、價格便宜，技術(shù)進步和性能提高很快，且可靠性高（工業(yè)PC主機的MTBF已達30年〔3〕）。因此，以其作為數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件平臺不但可以大幅度提高數(shù)控系統(tǒng)的性能價格比，而且還可充分利用通用微機已有軟硬件資源和分享計算機領(lǐng)域的最新成果，如大容量存儲器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、聯(lián)網(wǎng)通訊等。此外，以通用微機作為數(shù)控平臺還可獲得快速的技術(shù)進步，當PC機升級換代時，數(shù)控系統(tǒng)也可相

14、應升級換代，從而長期保持技術(shù)上的優(yōu)勢，在競爭中立于不敗之地。目前，PC數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)有2種主要形式：（1）專用數(shù)控加PC前端的復合式結(jié)構(gòu)；（2）通用PC加位控卡的遞階式結(jié)構(gòu)。另外還有一種正在發(fā)展的數(shù)字化分布式結(jié)構(gòu)。其方案是將由DSP等組成的數(shù)字式伺服通過以光纜等為介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)與數(shù)控裝置連接起來，組成一完整的數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)雖然性能很好，但由于開發(fā)和生產(chǎn)成本太高，近期難以被國內(nèi)廣大用戶所接受。我們認為，上述結(jié)</p>&

15、lt;p>　　在我國現(xiàn)有的機床中有一部分仍采用傳統(tǒng)的繼電器- 接觸器控制方式,這些機床觸點多、線路復雜,使用多年后,故障多、維修量大、維護不便、可靠性差,嚴重影響了正常的生產(chǎn)。還有一些舊機床雖然還能正常工作,但其精度、效率、自動化程度已不能滿足當前生產(chǎn)工藝要求。對這些機床進行改造勢在必行,改造既是企業(yè)資源的再利用,走持續(xù)化發(fā)展的需要,也是滿足企業(yè)新生產(chǎn)工藝,提高經(jīng)濟效益的需要。 1 解決方案利用PLC 對舊機床控制系統(tǒng)進行改造是一

16、種行之有效的手段。采用PLC 進行控制后,機床控制電路的接線量大大減少,故障率大大降低,提高了設(shè)備運行的穩(wěn)定性和使用率,增強了可靠性,減小了維修,維護工作強度。當機床加工程序發(fā)生變化時,只需要修改PLC的程序就可以進行新的加工,更改較方便,有助于提升機床的應用。由于具有通信功能,采用可編程控制器進行機床改造后,可以與其他智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通信,在今后的進一步技術(shù)改造升級中,可根據(jù)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)中。 2 改造過程、步驟及應用實例(1)

17、深入了解原有機床的工作過程,分析整理其控制的基本方式、完成的動作時序和條件關(guān)系,以及相關(guān)的保護和聯(lián)鎖控制,盡可能地與實際操作人員充分交流,了</p><p>　　2、數(shù)控機床在線檢測的工作原理</p><p>　　實現(xiàn)數(shù)控機床的在線檢測時，首先要在計算機輔助編程系統(tǒng)上自動生成檢測主程序，將檢測主程序由通信接口傳輸給數(shù)控機床，通過G31跳步指令，使測頭按程序規(guī)定路徑運動，當測球接觸工件時發(fā)出

18、觸發(fā)信號，通過測頭與數(shù)控系統(tǒng)的專用接口將觸發(fā)信號傳到轉(zhuǎn)換器，并將觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換后傳給機床的控制系統(tǒng)，該點的坐標被記錄下來。信號被接收后，機床停止運動，測量點的坐標通過通信接口傳回計算機，然后進行下一個測量動作。上位機通過監(jiān)測CNC系統(tǒng)返回的測量值，可對系統(tǒng)測量結(jié)果進行計算補償及可視化等各項數(shù)據(jù)處理工作。測量典型幾何形狀時檢測路徑的步驟為：</p><p>　　確定零件的待測形狀特征幾何要素；</p>

19、<p>　　確定零件的待測精度特征；</p><p>　　根據(jù)測量的形狀特征幾何要素和精度特征，確定檢測點數(shù)及分布；</p><p>　　根據(jù)測點數(shù)及分布形式建立數(shù)學計算公式；</p><p>　　確定檢測零件的工件坐標系；</p><p>　　根據(jù)檢測條件確定檢測路徑。</p><p>　　3、數(shù)控機床在線

20、檢測編程</p><p>　　在線檢測技術(shù)的關(guān)鍵主要體現(xiàn)在檢測程序的編制上，檢側(cè)程序編制質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到檢測效果。目前檢測軟件有商業(yè)化軟件和自主開發(fā)的軟件。商業(yè)化軟件如英國DELCAM公司新版本的PowerInspect，是一款開放的檢測軟件，不受測量設(shè)備的限制，既可以在線檢測，也可以脫機檢測。不僅提供在線檢測的功能，還能夠在檢測前針對讀取的CAD模型進行檢測路徑的編程工作，并進行檢測的仿真。隨后可以把編制好

21、的程序傳輸給CNC檢測設(shè)備，進行自動檢測。又如雷尼紹公司基于PC機的在機檢測軟件OMV（on machine verification），該軟件專為數(shù)控機床配用系統(tǒng)而編寫，主要應用于：根據(jù)原始CAD數(shù)據(jù)，檢測樣件、復雜零件及大型零件、多工序零件以及模具。</p><p>　　自主開發(fā)軟件的編程方式有：基于C、C++、VC++、VB、Delphi開發(fā)平臺的在線檢測編程和基于CAD開發(fā)平臺的在線檢測編程?；赩C++

22、語言的在線檢測編程結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。</p><p>　　圖3基于VC++語言的在線檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　檢測部分主要模塊的功能如下：</p><p>　　(1)測量主程序自動生成模塊：主要完成零件待測信息的輸入，生成檢測主程序。</p><p>　　(2)誤差補償模塊：對測量過程中所產(chǎn)生的誤差進行補償，提高測量精度。<

23、;/p><p>　　(3)通信模塊：完成主程序與被調(diào)用宏程序的發(fā)送及測量點坐標信息的接收。</p><p>　　(4)測量宏程序模塊：實現(xiàn)宏程序的管理和內(nèi)部調(diào)用。主模塊要實現(xiàn)對宏程序的查找、增添、修改及刪除等操作。</p><p>　　(5)數(shù)據(jù)處理模塊：對測量點坐標進行補償，完成各種尺寸及精度計算。通過打開測量結(jié)果數(shù)據(jù)文件，獲得測量點坐標信息，經(jīng)過相應的運算過程最終得

24、到所測值。</p><p>　　基于CAD開發(fā)平臺的在線檢測自動編程是采用AutoCAD作為系統(tǒng)集成開發(fā)平臺，并采用ObjectARY作為二次開發(fā)工具，開發(fā)該系統(tǒng)可彌補CAD/CAM系統(tǒng)所欠缺的功能，實現(xiàn)檢測程序的圖形化編制，即CAD在線檢測。</p><p>　　4、數(shù)控機床在線檢測系統(tǒng)仿真</p><p>　　目前數(shù)控機床在線檢測借鑒于CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展思

25、路可開發(fā)相應的在線檢測仿真系統(tǒng)。仿真系統(tǒng)以圖形化的方式再現(xiàn)數(shù)控機床在線檢測過程，可形象直觀地對檢測路徑規(guī)劃進行檢查，提前發(fā)現(xiàn)宏程序編制中的錯誤，以避免在真實檢測過程中對在線檢測系統(tǒng)所造成的破壞。</p><p>　　以VC++作為系統(tǒng)開發(fā)工具，OpenGL作為三維場景開發(fā)工具，按照面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計思想開發(fā)數(shù)控機床在線檢測仿真系統(tǒng)的過程是：</p><p>　　(1)虛擬檢測環(huán)境的建立&l

26、t;/p><p>　　采用OpenGL標準進行圖形處理工作。OpenGL是一個圖形硬件的軟件接口，利用它可進行幾何建模、圖形變換、渲染、光照、材質(zhì)等多種操作，大部分對于圖形的底層處理工作都由一些專門的函數(shù)來處理。</p><p>　　(2)檢測信息的提取</p><p>　　在線檢測仿真系統(tǒng)，必須在仿真過程中，如實地反映測量宏程序的每一條語句，即利用測量宏程序驅(qū)動檢測仿

27、真過程的進程。因而該仿真系統(tǒng)應具備完整的檢測信息提取能力，能實現(xiàn)對測量程序的語法檢查，能實現(xiàn)相關(guān)的計算與判斷，最為重要的是能夠提取出測頭的運動軌跡，以驅(qū)動測頭的檢測仿真。</p><p>　　(3)虛擬測頭的驅(qū)動</p><p>　　在線檢測系統(tǒng)是利用測頭與待測物體的碰撞來確定接觸點的位置信息的，因而檢測仿真必須逼真的再現(xiàn)這一過程，這也是整個仿真系統(tǒng)的核心問題。為保證測頭可靠地撞擊上待測物

28、體，應使測頭檢測運動的最遠行程大于測頭到實際接觸點位置的距離，即實際接觸點位于測量起始點與測頭最遠行程點之間的直線段上。</p><p><b>　　5、結(jié)束語</b></p><p>　　將檢測技術(shù)融于數(shù)控加工的內(nèi)容之中，采用在線測量的方式，能使操作者及時發(fā)現(xiàn)工件存在的問題，并反饋給數(shù)控系統(tǒng)。據(jù)抽樣調(diào)查，目前我國因產(chǎn)品質(zhì)量問題，如廢品、次品、返修品等，所造成的經(jīng)濟損

29、失約為產(chǎn)值的10%～15%，而在線測量技術(shù)應用于數(shù)控系統(tǒng)，其最直接的經(jīng)濟效益就在在于既節(jié)省了工時又提高了測量精度。而且由于利用了機床數(shù)控系統(tǒng)的功能，又使得數(shù)控系統(tǒng)能及時得到檢測系統(tǒng)所反饋的信息，從而能及時修正系統(tǒng)誤差和隨機誤差，以改變機床的運動參數(shù)，更好地保證加工質(zhì)量，促進加工測量一體化的發(fā)展?？梢灶A見，在線測量技術(shù)在數(shù)控機床中的應用未來具有廣闊的前景。</p><p><b>　　參考資料：<

30、/b></p><p>　　章昌南，我國工業(yè)自動化市場現(xiàn)狀分析報告，上海電氣自動化設(shè)計研究院，資料來源：工控網(wǎng)，2002。1 PC機用于工業(yè)控制，《Control Engineering China》專題，2003.6。</p><p>　　劉鑫，工業(yè)PC及其應用，《石油化工控制系統(tǒng)及儀表自動化》，中國石化出版社，2003.8。</p><p>　　2002年

31、工業(yè)控制系統(tǒng)專家座談會紀要，中國儀器儀表協(xié)會，資料來源：工控網(wǎng)，2002.11。</p><p>　　王立奉，DCS系統(tǒng)的發(fā)展及應用，《石油化工控制系統(tǒng)及儀表自動化》，中國石化出版社，2003.8。</p><p>　　陽憲惠，現(xiàn)場總線的發(fā)展動態(tài)，清華大學自動化系，資料來源：凌華科技，2003。</p><p>　　彭可等，現(xiàn)場總線技術(shù)及控制系統(tǒng)，中南大學，資料來源

32、：中國智能建筑服務(wù)網(wǎng)，2003.8。</p><p>　　劉向杰等，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展，電力研究院，資料來源：電力系統(tǒng)自動化時代，2003。</p><p>　　王立奉，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，《石油化工控制系統(tǒng)及儀表自動化》，中國石化出版社，2003.8。</p><p>　　陸廷杰，致高管沙龍開幕詞，資料來源：東方電子集成網(wǎng)，2002.9。</p>

33、;<p>　　趙偉，網(wǎng)絡(luò)化—測量技術(shù)與儀器發(fā)展的新趨勢，清華大學，資料來源：中國分析儀器網(wǎng)，2003.6。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展趨勢，863CIMS專題組，資料來源：武漢制造業(yè)生產(chǎn)力中心，2002.7。</p><p>　　中國數(shù)控機床現(xiàn)狀分析，機械工業(yè)景氣監(jiān)測中心，資料來源：中國工業(yè)電器網(wǎng)，2003.9。</p><p>　

34、　馮冬芹等，無線局域網(wǎng)應用于工業(yè)控制系統(tǒng)研究，浙江大學工業(yè)控制技術(shù)國家重點實驗室，2003。</p><p>　　顏瑛，無線局域網(wǎng)在工業(yè)控制中的應用，資料來源：新浪網(wǎng)，2003.6。</p><p>　　涂博文，過程建模、在線優(yōu)化及先進控制，《石油化工控制系統(tǒng)及儀表自動化》，中國石化出版社，2003.8。</p><p><b>　　致謝：</b&g

35、t;</p><p>　　五月維夏，山有嘉卉。初春的綠城早已艷陽朝天，花滿枝頭，欣欣向榮。在這個美好的季節(jié)里，我在電腦上敲出了最后一個字，心中涌現(xiàn)的不是想象已久的歡欣，卻是難以言喻的失落。是的，隨著論文的終結(jié)，意味著我生命中最純美的學生時代即將結(jié)束，盡管百般不舍，這一天終究會在熙熙攘攘的喧囂中決絕的來臨。  三年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識，更重要的是在閱讀、實踐中所培養(yǎng)的思維方式、表

36、達能力和廣闊視野。很慶幸這些年來我遇到了許多恩師益友，無論在學習上、生活上還是工作上都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長。感恩之情難以用語言量度，謹以最樸實的話語致以最崇高的敬意。 感謝我的恩師。三年來，老師對我的學習和研究都非常嚴格，并給予了悉心的指導，使我受益菲淺。從恩師身上我體味到了豐富的學養(yǎng)、嚴謹?shù)淖黠L、求實的態(tài)度，勤奮的精神，這都成為了我不斷前行的動力和標桿。  同時還感謝三