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近年來,隨著工業(yè)PC 機(jī)性能的快速發(fā)展,可靠性大為提高,而價(jià)格卻大幅度降低,以工業(yè)PC 機(jī)為核心的控制系統(tǒng)已廣泛被工業(yè)控制領(lǐng)域所接受。在機(jī)床控制領(lǐng)域,采用工業(yè)PC 機(jī),在流行的操作系統(tǒng)下發(fā)展通用的數(shù)控系統(tǒng),已成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的最新潮流[1]。

　　激光沖擊強(qiáng)化是一種新型的表面強(qiáng)化技術(shù)，它是利用強(qiáng)脈沖激光導(dǎo)致的高強(qiáng)度應(yīng)力波沖擊金屬表面，使材料表層產(chǎn)生塑性應(yīng)變，從而提高金屬材料表面的強(qiáng)度、硬度等機(jī)械性能，并獲得表面殘余壓應(yīng)力狀態(tài)（如圖1所示）。目前，該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已不僅僅局限于強(qiáng)化航空用鋁合金、鈦合金、不銹鋼、高溫合金等材料，還拓展到航天、汽車、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。為了提高激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的自動(dòng)化程度，開發(fā)一套基于運(yùn)動(dòng)控制器的激光沖擊強(qiáng)化數(shù)控系統(tǒng)。

圖1 激光強(qiáng)化處理示意圖

1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

　　1.1 Galil運(yùn)動(dòng)控制器

　　在計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中,起著關(guān)鍵作用的組成部分是其中的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置和伺服系統(tǒng),系統(tǒng)的計(jì)算速度、實(shí)時(shí)性、伺服更新速度、資源管理能力、數(shù)字通信、精密控制、微量進(jìn)給等性能都取決于這兩個(gè)部分。尤其是計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置,也就是運(yùn)動(dòng)控制單元,更是數(shù)控系統(tǒng)的核心單元模塊,數(shù)控系統(tǒng)的性能、精度一定程度上依賴于運(yùn)動(dòng)控制單元的快速控制能力,由它可完成數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)性要求比較高的插補(bǔ)、位置控制、開關(guān)量I/ O 控制任務(wù),實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)中多軸聯(lián)動(dòng)的插補(bǔ)計(jì)算、位置控制等功能,使用這樣的運(yùn)動(dòng)模塊并輔助以其他的設(shè)備部件,可以方便靈活地構(gòu)建應(yīng)用于不同場(chǎng)合的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[2]。

　　PCI總線DMC-1842運(yùn)動(dòng)控制器是美國GALIL公司產(chǎn)品，采用32位微處理器，可控制1～4軸，其本身具有多軸直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、輪廓控制、電子齒輪和電子凸輪（ECAM）等功能，板上有2M Flash 可擦寫存儲(chǔ)器及2M RAM，可存儲(chǔ)用戶程序、數(shù)量、數(shù)組和控制程序，并可脫機(jī)運(yùn)行。

　　DMC1842控制器主要性能：

　　▲ 接收12MHz伺服編碼器反饋信號(hào)，2MHz步進(jìn)電機(jī)命令（脈沖+方向）。

　　▲ 帶速度及加速度前饋、積分限制、Notch及低通濾波器的PID。采樣周期62.5μs/軸

　　▲ 運(yùn)動(dòng)方式：JOG，PTP定位，輪廓，直線、圓弧插補(bǔ)，電子齒輪，ECAM

　　▲ 2M非易失存儲(chǔ)器: 存儲(chǔ)應(yīng)用程序，變量, 陣列;2M RAM

　　▲ 每軸正、反向限位及回零輸入

　　▲ 通用I/O：8/8

　　▲ 高速位置鎖存及比較（0.1μs）

　　▲ 無刷伺服電機(jī)正弦波換向控制

　　▲ 上電自動(dòng)程序運(yùn)行

　　另外，配套的WSDK軟件工具用于伺服性能自動(dòng)調(diào)整和分析，ActiveX控件用于VB編程，擴(kuò)展DLL文件用于C/C++高級(jí)應(yīng)用編程，使得開發(fā)和應(yīng)用變得方便。

　　1.2 機(jī)械本體結(jié)構(gòu)概述

圖2：系統(tǒng)機(jī)械本體結(jié)構(gòu)示意圖

　　數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)械本體采用龍門式結(jié)構(gòu)[3]，共有四個(gè)傳動(dòng)軸，分別為X軸、Y軸、Z軸和R軸。X軸、Y軸和Z軸通過伺服電機(jī)連接絲杠驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)，其行程分別為800mm、600mm和400mm.。轉(zhuǎn)軸由伺服電機(jī)經(jīng)減速器減速來驅(qū)動(dòng)，可連續(xù)運(yùn)動(dòng)，承重10kg。工作臺(tái)面為一水池，水作為沖擊強(qiáng)化的約束介質(zhì)。在實(shí)際工作中，可以利用轉(zhuǎn)臺(tái)裝夾工件（如葉片）通過工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同部位的強(qiáng)化，也可以通過運(yùn)動(dòng)軸上的反射鏡實(shí)現(xiàn)光斑的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)雙工作方式。

　　1.3 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　該激光沖擊強(qiáng)化數(shù)控系統(tǒng)采用工業(yè)PC機(jī)為基礎(chǔ)，在工控機(jī)主板上的PCI擴(kuò)展槽插上DMC1842多軸運(yùn)動(dòng)控制器，形成該系統(tǒng)的控制中心。工控機(jī)上的 CPU與運(yùn)動(dòng)控制器上的CPU構(gòu)成主從式雙微處理器結(jié)構(gòu)，兩個(gè)CPU各自實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，其中DMC1842主要完成機(jī)床四軸的運(yùn)動(dòng)控制和相關(guān)開關(guān)量的輸入輸出控制。工控機(jī)則實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的管理功能。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如圖3所示。其中，PICM2900互聯(lián)模塊將控制器電纜轉(zhuǎn)換成插線端子方式。

圖3：系統(tǒng)硬件框圖

2 軟件開發(fā)

　　系統(tǒng)采用Visual Basic語言與Galil卡自身的語言綜合開發(fā)。其中，VB主要用于界面設(shè)計(jì)、初始化及參數(shù)設(shè)置、指令轉(zhuǎn)換以及和運(yùn)動(dòng)控制卡的通訊[4]。整個(gè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能主要有：ISO標(biāo)準(zhǔn)G指令編程、圓弧與直線插補(bǔ)、運(yùn)動(dòng)路徑的演示、故障監(jiān)控與顯示以及各個(gè)坐標(biāo)值的實(shí)時(shí)顯示等。

　　兩種語言的合理運(yùn)用，使得編程變得簡(jiǎn)單。例如，X軸以JOG方式運(yùn)動(dòng)，用兩個(gè)按鈕分別控制該軸啟動(dòng)與停止。相應(yīng)的初始化完成后，程序如下：

　　Private Sub Command1_Click（） ’X軸啟動(dòng)

　　Command1.SetFocus

　　DMCShell1.Command = "JG10000;"

　　DMCShell1.Command = "BGX"

　　End Sub

　　Private Sub Command2_Click（） ’停止運(yùn)動(dòng)

　　Command2.SetFocus

　　DMCShell1.Command = "STX"

　　End Sub

3 結(jié)論

　　本文提出的系統(tǒng)控制方案中，由于采用了基于工業(yè)PC機(jī)的控制平臺(tái)，并結(jié)合了Galil運(yùn)動(dòng)控制器良好的控制性能，使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的開放性和可擴(kuò)充性，人機(jī)界面友好。系統(tǒng)硬件具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性，可靠性好，運(yùn)行速度快，控制精度高。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 章聲. 基于PMAC的數(shù)控火焰切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)開發(fā).機(jī)電工程,2002, 19（2）:38-40

　　[2] 吳忠. 基于Galil運(yùn)動(dòng)控制器的切割機(jī)控制系統(tǒng).機(jī)電工程,2003, 20（4）:44-46

　　[3] 李顯，殷蘇民. 基于PMAC的玻璃雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的研究和開發(fā).蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2003, 10（4）:25-28

　　[4] 王浩.高級(jí)Windows程序設(shè)計(jì)技術(shù)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1997