基于GALIL運動控制卡的數控式砂輪修形機系統設計

王艷波 孫祖東 王昕雯

摘要：針對成形磨削中數控式砂輪修形機的修整費用高、砂輪的形狀精度低的問題，設計數控式修行機的機械結構，研究GALIL多軸運動控制器，采用高級語言C++基于VC++6.0開發軟件平臺進行編寫程序，調用GALIL運動控制卡提供的DMCWIN動態鏈接庫編寫應用程序，設計數控式砂輪修形機系統。

Abstract： In order to solve the problems of high dressing cost and low shape accuracy of CNC grinding wheel dressing machine in form grinding， the mechanical structure of CNC grinding machine was designed， and the GALILl multi-axis Motion Controller was studied， the high-level language C + + based on VC + + 6.0 software platform is used to compile the program， and the DMCWIN dynamic link library provided by GALILl Motion Control Card is used to compile the application program， and the CNC grinding wheel dressing machine system is designed.

關鍵詞：砂輪修形;運動控制卡;人機界面

Key words： grinding wheel shaping;motion control card;man-machine interface

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）21-0087-02

0? 引言

數控式砂輪修形機是特種數控機床的一種，在高精密加工設備場合應用非常廣泛。磨削加工本質是使用高速旋轉的砂輪對工件表面進行切削加工成型的方法。利用CNC技術使得砂輪被修形成與工件輪廓相吻合，按照一定的加工工序一次磨削使工件達到加工尺寸要求。成型磨削的加工精度在很大程度上取決于砂輪修形的精度。數控砂輪修形技術是將砂輪的修形與數控技術相結合，通過數控程序修形出任意母線砂輪，也可以使成型磨削效果更加吻合工件實際輪廓，成型效果柔性好、精度高、效率高。通過研究和設計任意母線砂輪修形機的二維工作臺，控制步進電機或者伺服電機，更好的解決用于復雜零件表面磨削的成形砂輪修形。設計二維工作臺機械結構時，可以借鑒的小型XY二維的工作臺的結構，XY二維工作臺具有良好的剛度，并且承載能力強，能夠精確的控制砂輪修形空間位置。研制此高效、高精度的數控式砂輪修行工作臺具有一定的實際意義。

1? 數控式砂輪修形機的主要機械結構

砂輪修型機主要機械結構是二維工作臺進給傳動系統，要求二維工作臺進給系統具有較高的穩定性，并且具有較高的精度以完成砂輪較精細的加工過程。二維工作臺進給系統的精度與穩定決定了砂輪修型的精度，因此進給系統的設計中要求具有較高的精度和穩定性能。二維工作臺支承于床身，不僅要剛度好，承載能力強，而且要保證傳動平穩，有利于提高加工精度。

2? 控制系統的硬件構成

砂輪研修機坐標系定義：被修形砂輪軸垂直方向為Y軸方向，被修形砂輪水平方向為X軸方向。砂輪修形機二維工作臺的工作原理：X的驅動及定位組件驅動X軸導軌沿X向作直線運動，同時其定位部分獲得X的坐標;Y的驅動及定位組件驅動X向組件沿Y向作直線運動，同時也帶動其上的滑臺沿Y向作直線運動，同時其定位部分獲得Y的坐標;通過X軸和Y軸的兩軸聯動作用，實現對砂輪結構的修形功能。

基于上述的工作原理，砂輪修型機二維工作臺進給傳動系統由X軸驅動和定位組件、Y軸驅動和定位組件、CNC系統組成。其中CNC系統采用自行開發的基于PC機的開放式數控系統，包括運動控制器、PC機、操作面板。驅動和定位組件由交流伺服電機、交流伺服驅動器、聯軸器、滾珠絲杠螺母副、導軌、GALIL運動控制器、行程開關、增量式光電編碼器組成。

3? 基于硬件系統人機界面的設計

砂輪研修機的人機界面設計基于GALIL多軸運動控制器，在Windows平臺上，采用高級語言C++基于VC++6.0開發軟件平臺進行編寫程序，調用GALIL運動控制卡提供的DMCWIN動態鏈接庫編寫應用程序模塊。采用模塊化設計思想設計應用程序的人機界面，設計二維工作臺控制模塊（手動控制，自動和位置顯示功能模塊等）。

3.1 上下位機通信程序的實現

在VC++6.0開發環境下調用動態鏈接庫及庫函數，驅動接口函數庫DMCWIN，實現GALIL與上層Windows進行通信，在VC++6.0編程環境下調用動態鏈接庫就能完成上位機同GALIL之間的數據交換。

調用函數庫DMCWIN的DMCOpen函數，打開運動控制卡，完成運動控制卡的注冊，處理所有后續Galil運動控制卡的函數調用;調用DMCDownloadFile函數，完成電腦主機硬盤上的程序下載到運動控制卡上，控制運動控制卡;調用DMCCommand函數給運動控制卡發送命令，很多命令可以通過這種方式發送到控制卡上，運動控制卡的相應是以線程的方式反饋的;調用DMCClose函數結束與控制器通信。

3.2 調用動態鏈接庫和GALIL建立通訊的程序設計

操作者通過人機界面上的按鈕控制整個機床，本質是通過上述通訊程序將用戶的作為應用程序與GALIL運動控制器連接通訊的應用程序接口，并由GALIL控制卡通過硬件接口控制伺服系統。所以，人機界面設計的第一步是調用DWC32.LIB動態鏈接庫，利用Visual C++調用這些函數就可以完成PC機和GALIL之間的數據交換，實現對機床的控制。其工作原理如圖1所示。

為了啟動通訊，需要聲明一個變量類型為長整型的變量HANDLEDMC，然后將變量的地址傳送給函數 DMCOpen中。如果函數DMCOpen是正確的，則這個變量將包括控制卡處理當中隨后的所需要調用的函數。

3.3 二維工作臺控制系統的人機界面設計

二維工作臺人機界面主要實現的功能包括運動控制卡的初始化和常用命令界面的設計，手動控制界面，自動控制界面，回零界面等設計，如圖2為整體界面的外觀。

3.3.1 運動控制卡的初始化

實現運動控制卡初始化是通過界面左側設定X軸和Y軸的參考點來實現的，在自動控制面面板中，有X軸和Y軸的參考點的輸入。通過主界面上的對X軸和Y軸的位置的監控，通過對刀所得到的位置輸入X軸和Y軸的參考點的值，同時還要給出進給量，實現對運動控制卡的初始化。

3.3.2 手動控制

主界面上就停留在手動控制選項卡上，在手動控制選項卡上，實現對X軸和Y軸的手動控制，同時也要使手輪控制選通。當使用首手輪控制的時候，X軸和Y軸的手動控制按鈕就失效，只能通過手輪的旋轉來實現X軸和Y軸的位置的調整，當手輪控制沒有被選通時，只能通過如手動控制選項卡上的X軸和Y軸的控制按鈕來控制，兩者存在一個互鎖的關系。手輪控制X軸和Y軸，主要是通過控制卡動態鏈接庫當中給出的電子齒輪同步功能來實現的，此控制方法是從電氣上與另一些主動軸實現同步控制功能，主動軸可以兩個方向旋轉，而其它電子齒輪軸則以規定的齒輪比跟隨運動，各個軸的齒輪比可以不同，在運動期間可以改變。手輪控制X和Y軸按鈕都是以C軸為主動軸，X軸和Y軸都設置為從動軸，并且從動軸的傳動比為5，同時設置主動軸的速度為1mm/s，啟動C軸，從而實現X軸和Y軸手輪的選通控制。

3.3.3 自動控制

點擊主界面上的自動控制選項卡上的控制按鈕彈出的自動動控制選項卡，在此界面上除了用于初始化中的XY軸的參考點位置的設置和進給量的設置以外，還可以對循環次數的設定，通過設定以后顯示當前加工的循環次數。在自動控制選項卡的下方有四個按鈕，分別實現的是砂輪修型機起動、停止、復位和程序下載功能。

3.3.4 回零控制

點擊主界面上的回零選項卡上的控制按鈕彈出的回零控制選項卡，在回零控制選項卡上可以實現X軸和Y軸的回零，也可兩個軸同時回零，在回零的過程中可以隨時停止等功能。在X軸和Y軸回零過程中，沒有查詢到零點位置模塊，則電機軸就會向正方向移動20mm，然后繼續回零，直到回到零點為止。

3.3.5 集成PLC控制命令

在主界面上除了有手動、自動和回零控制選項卡以外，還集成了六個PLC控制命令，有對照明、滾輪和磨頭的控制，在這些控制命令的上方的XY控件是對加工中的XY軸位置的檢測。PLC控制命令的實現主要是通過對控制卡擴展口發送指令，從而實現對照明燈、磨頭、滾輪的控制，定義擴展口的第一位為照明燈的控制口，第二位為磨頭的控制口，第三位為滾輪的控制口，控制卡提供的對控制口的置位指令，來實現對各個集成在控制面板上的PLC命令的實現。

4? 結束語

成形磨削中數控式砂輪修形機的修整費用高、砂輪的形狀精度低的問題，提出了基于GALIL的砂輪修形機二維工作臺的概念，采用PC+GALIL的方式，充分利用了PC機的信息處理能力和GALIL的快速運算能力，以此系統為基礎，利用模塊的思想開發數控砂輪修形機的二維工作平臺的人機界面的設計，完成數控式砂輪修形機系統設計。

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