等离子熔积快速成形设备数控系统的设计-材料加工工程专业论文.docxVIP

华中科技 大学硕士 学 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I I 摘 要 等离子熔积直接快速成形是可以低成本成形高熔点满密度金属零件的快速成形方 法，在航空或航天制造方面有着广阔的应用前景。然而，目前等离子熔积直接快速成形 在成形精度上还存在有待解决的问题。等离子熔积成形影响因素较多，对成形过程的控 制处在开环的状态。现有等离子快速成形系统的数控系统是专用的封闭式系统，难以与 堆焊控制系统形成交互以结合高速铣削光整加工技术构成等离子熔积的闭环控制，开发 一台能与堆焊控制系统交互控制的开放式数控系统是本课题的研究目的。本文主要研究 了等离子熔积快速成形设备数控系统的设计，采用 PMAC 运动控制器和工控机构成开 放式数控硬件系统，利用 DLL 软件技术开发了上位机控制软件实现了高性能开放式运 动控制功能。 数控系统采用功能强大的 PMAC2A-PC104 型多轴运动控制器作为其实时控制核 心，实现了 5 坐标轴联动控制；采用具有智能化的自动调整功能的松下交流伺服系统， 能实现快速平稳定位；通过共享 DPRAM 存储器，实现了主机与运动控制器的高速通信。 深入研究了运动控制器与伺服单元及编码器的接口控制技术；通过相应的设置及硬件连 接实现了手轮脉冲跟随功能和主轴变频器调速及正反转的控制功能。 软件系统包含下位机实时控制模块和上位机系统管理模块两部分。下位机实时控制 模块用于伺服驱动系统的实时控制，实现了变量的初始化、电气控制的 PLC 功能以及 G 代码的解释执行功能。上位机系统管理模块用于系统资源分配和程序调度，通过 DLL 技术实现了 IPC 与 PMAC 运动控制器的通信及 G 代码的控制传送等功能；人机界面还 对整个系统的加工过程参数进行动态显示，使用户对于系统的运行状态和实时参数有了 一个很清晰、直观的把握。 本系统具备完备的软硬件控制功能，不仅能独立实现数控系统的功能，还可集成等 离子的堆焊控制功能，构建一个闭环控制的快速成形系统。除此之外，系统具有高度的 开放性，为软硬件功能的扩展和进行更进一步的开发提供了广阔的平台。 关键词：等离子熔积 快速成形 计算机控制 运动控制 PMAC II II Abstract PPDM（Plasma Power Deposition Manufacturing） is a method of direct rapid metal manufacturing and tooling，it can sharply shorten the lead-time，reduce the cost of product and shape up full-density metal die, therefore it has great future in the RM Aero-Part industry. Because a lot of factors disturb the processing of PPDM, these is a long way to go to improve the precision of production. To ravel out the dimension defect of product, developing an Open-CNC system and doing a closed-loop control with deposition for PPDM is vital problem. Our research team has successfully developed that special CNC system based on “IPC + motion controller” control mode. The CNC system achieves great motion performance, it can satisfy the processing and analyzing. PMAC2A-PC104, the kernel part in the CNC system, realizes five axes gang control of eight coordinate in manufacturing instrument. In this paper, an advanced control strategy is proposed to drive the Panasonic AC-servo system. High-speed communication is achieved through shared DPRAM. The interface technique of P