微V槽超精密加工运动控制系统的研究与开发

【摘要】微V槽光纤连接器加工机床数控系统是采用超精密加工技术并结合开放式数控系统特点研发的。随着开放式体系结构控制器的不断普及和超精密加工技术的逐渐成熟,对开放式专用机床数控系统的研究已经逐渐受到制造业研发人员的青睐。另外,光纤信号在长距离传输中存在的损耗问题也为超精密微V槽光纤连接器专用机床的诞生带来了必然。本课题在Windows平台上,研究了用Qt工具设计开发的以IPC+PMAC运动控制器为核心的控制系统。首先,研究了国内外超精密加工技术的水平以及目前对于微V槽的加工方法以及国内外超精密开放式数控系统发展状况,并阐述了超精密加工微V槽光纤连接器的重要性。其次,通过对微V槽的工艺参数和加工过程的分析并依据所要求的加工精度,设计了全闭环的控制系统硬件平台方案。结合运动控制卡、驱动器、直线电机和光栅尺的特点和功能,正确配置参数,搭建了实验平台,并在硬件设备配套的上位机软件中实现了全闭环的运动控制。然后,选用Qt开发工具,基于Clipper运动控制器,开发了专用型的人机界面,实现了软件的各个功能模块。在上位机软件上,完成了对于G代码的参数化编程、G代码的检测、运行、停止、暂停等功能。还利用PLC程序实现了对电机的手动增量进给、绝对进给、点动等操作。在上位机界面上,最后利用OPENGL函数库实现了整个机床的基本运动和刀具的切削运动仿真。接着,分析了PMAC的PID+速度/加速度前馈+NOTCH滤波的控制环算法。通过理解PID参数的意义和对系统性能的影响,利用PMAC的PID手动整定功能,减小了系统的跟随误差,提高了系统的稳定性,并获得了很好的阶跃响应和动态响应特征曲线。最后,在获得较好的PID参数条件下,利用激光干涉仪,通过设计的测试程序,对电机往返运行全程的定位精度做了测试。为了进一步提高定位精度,通过实验测得定位误差值,在找到了补偿点在电机运行过程中的匹配位置后,对电机的运动做了多次补偿,并对补偿前后的结果做了对比和分析,最终得到了较好的定位精度和重复定位精度。
【作者】李一雄；
【导师】陈新度；刘建群；
【作者基本信息】广东工业大学，机械电子工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】微V槽；开放式数控系统；PMAC；直线电机；

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