CAD2002數(shù)控切割系統(tǒng)

2013-06-03 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

本文介紹了運動控制卡MPC02的功能結(jié)構(gòu)和主要特性,提出了采用MPC02開發(fā)基于AutoCAD2002的數(shù)控火焰、等離子兩用切割控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了加工中暫停、繼續(xù)、沿原軌跡返回、調(diào)速等功能,而且充分利用AutoCAD2002強(qiáng)大的繪圖能力和開放性,開發(fā)出良好的人機(jī)界面,切割指令無需編程,操作方便,真正實現(xiàn)了CAD/CAM一體化。
高恒強(qiáng) 來源:《CADCAM與制造業(yè)信息化》
關(guān)鍵字:AutoCAD2002 工控機(jī) MPC02控制卡

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,尤其是應(yīng)用于數(shù)控領(lǐng)域的工控機(jī)和伺服系統(tǒng)的技術(shù)水平的進(jìn)步,數(shù)控切割技術(shù)在制造業(yè)受到了廣泛的關(guān)注。數(shù)控切割通過先進(jìn)的計算機(jī)編程實現(xiàn)零件的自動切割,不但操作簡單,維修方便,保證切割產(chǎn)品的質(zhì)量,減輕人們的勞動,而且可以大幅度降低切割成本,縮短生產(chǎn)周期,提高系統(tǒng)可靠性。因此,數(shù)控切割技術(shù)廣泛適用于機(jī)械制造行業(yè)。與國外相比,我國的技術(shù)水平還有很大的差距,許多切割行業(yè)的控制設(shè)備都需要進(jìn)口,成本較高。本文介紹了一種在AutoCAD2002下開發(fā)的基于IPC機(jī)PCI總線的步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)的控制系統(tǒng),其切割精度、切割速度以及可靠性較好,而且價格低廉,在切割實踐中也達(dá)到了預(yù)期的切割效果。
一、數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計

1. MPC02運動控制卡簡介

MPC02運動控制卡是基于PC機(jī)PCI總線的步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)的上位控制單元,適用范圍廣,卡上無需進(jìn)行任何跳線設(shè)置,所有資源自動配置,在Windows98及Windows2000操作系統(tǒng)中支持即插即用,同時在軟件方面提供了豐富的運動控制函數(shù)庫。MPC02控制卡具有開放式結(jié)構(gòu)、使用簡便、功能豐富、可靠性高等特性,主要適用于數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)或閉環(huán)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 MPC02結(jié)構(gòu)示意圖

每塊MPC02卡可控制3軸步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī),并支持多卡共用;每軸均可輸出脈沖和方向信號,以控制電機(jī)的運轉(zhuǎn);同時,可外接原點、減速、限位等開關(guān)信號,以實現(xiàn)回原點、保護(hù)等功能,這些開關(guān)信號由MPC02卡自動檢測并做出反應(yīng)。另外,MPC02卡還提供了適用于伺服系統(tǒng)的伺服使能和偏差清零信號接口,以及供用戶使用的通用I/O接口。

2. 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

組成該通用式熱切割數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示,主要包括工業(yè)PC機(jī)、運動控制卡和伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用工業(yè)PC機(jī)為基礎(chǔ),在工控機(jī)主板PCI擴(kuò)展槽上插入MPC02運動控制卡,構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu):工業(yè)PC機(jī)是該系統(tǒng)的核心,主要實現(xiàn)系統(tǒng)的管理功能;MPC02卡一方面與伺服系統(tǒng)相連,實現(xiàn)對切割運動軌跡的控制,另一方面與控制面板及控制氣源的繼電器相連,實現(xiàn)加工過程中各種功能。另外,電源板、伺服驅(qū)動和電機(jī)、繼電器、電磁閥是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

在實際切割過程中,割具的起始位置用主控界面很難精確調(diào)整,同時也為了方便操作,在該系統(tǒng)設(shè)計中帶有有線手控盒,它可以實現(xiàn)主控界面的所有控制操作如運行、暫停、后退、繼續(xù)、割具移動、點火、氣閥控制等,手控盒用89C2051單片機(jī)開發(fā),采用7芯電纜與運動控制卡連接。

圖2 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖

二、控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)及其功能實現(xiàn)

1. 數(shù)控火焰切割加工工藝

數(shù)控火焰切割不同于其它金屬機(jī)加工,受切割工藝特點所限,在切割的過程中會存在鋼板未割穿的現(xiàn)象,這就要求控制系統(tǒng)必須做到切割過程中的暫停、后退、前進(jìn)、繼續(xù)和無級調(diào)速的功能。

2. 人機(jī)界面及其功能介紹

該系統(tǒng)利用AutoCAD2002作為開發(fā)平臺,采用Visual C++6.0作為開發(fā)工具,進(jìn)行AutoCAD的二次開發(fā)。由于AutoCAD2002的開放性允許我們開發(fā)出自己的主界面,只需修改AutoCAD2002安裝目錄的Support子目錄下的Acad.mnu菜單文件即可修改出友好的主界面,修改后的主界面如圖3所示。

用戶通過全中文的人性化操作界面調(diào)用相應(yīng)功能,完成各種操作:包括零件圖形預(yù)覽;加工過程中的暫停、后退、前進(jìn)、繼續(xù)及沿原軌跡返回、斷點保存和恢復(fù)、調(diào)速;刀具的上升、下降等。

3. 重要功能模塊的實現(xiàn)

(1)圖形元素的分類

根據(jù)切割工藝的特殊性,將所有的圖形元素給以分類:引入線、起步線、內(nèi)輪廓、外輪廓、空移線五類,相應(yīng)的創(chuàng)建5個圖層以區(qū)分不同類型的圖形元素。然后創(chuàng)建一個瀏覽器,遍歷當(dāng)前數(shù)據(jù)庫的所有實體。

圖3 系統(tǒng)主界面

AcDbBlockTableRecordIterator *pIterator;
pBlockTableRecord->newIterator(pIterator);
AcDbObjectIdArray yinru_array;//存放引入線的ID
AcDbObjectIdArray qibu_array;//存放起步層ID
AcDbObjectIdArray kongyi_array;//存放空移層ID
AcDbObjectIdArray in_array;//存放內(nèi)輪廓ID
AcDbObjectIdArray out_array;//存放外輪廓ID
//遍歷當(dāng)前數(shù)據(jù)庫所有的實體
for(pIterator->start();!pIterator->done();pIterator->step())
{
AcDbEntity *pEntity;
pIterator->getEntity(pEntity,AcDb::kForRead);
if(strcmp(pEntity->layer(),"引入線")==0)
{yinru_array.append(pEntity->objectId());}
else if(strcmp(pEntity->layer(),"起步")==0)
{qibu_array.append(pEntity->objectId());}
else if(strcmp(pEntity->layer(),"內(nèi)輪廓")==0)
{in_array.append(pEntity->objectId());}
else if(strcmp(pEntity->layer(),"外輪廓")==0)
{out_array.append(pEntity->objectId());}
else if(strcmp(pEntity->layer(),"空移")==0)
{kongyi_array.append(pEntity->objectId());}
pEntity->close();
}

至此,所有圖形元素的句柄被分類存放在5個不同的句柄數(shù)組中。

圖4 排序程序流程圖

(2)圖形元素的排序

所有要加工的圖形元素已經(jīng)保存在句柄數(shù)組中,必須把所有元素按照加工順序加以排序才能滿足后續(xù)的切割、暫停、后退、前進(jìn)、繼續(xù)等功能。為了滿足此要求定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下:

typedef union entity_special_data
{
struct line_data *line;
struct circle_data *circle;
struct arc_data *arc;
}Specialpt;
typedef struct common_structure_data
{
char id[STRLEN];
char layer[STRLEN]; /*存儲層名字符串*/
int close;
char edge[STRLEN];
union entity_special_data data;
struct common_structure_data *next,*previous;
}EntityData;
typedef struct line_data
{
double x1,y1,z1;
double x2,y2,z2;
}LINE;
typedef struct circle_data
{
double xc,yc,zc;
double radius;
//long double pmode;
}CIRCLE;
/*ARC (圓弧)*/
typedef struct arc_data
{
double xc,yc,zc;
double radius;
double ang1,ang2;
}ARC;

該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模仿AutoCAD2002數(shù)據(jù)庫存儲實體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),方便操作。排序的程序流程圖如圖4所示。

在排序過程中,每次排序都記錄下圖形元素的終點,最關(guān)鍵的一點是尋找各圖形元素的起點或終點,因為圖形的繪制并非按照切割軌跡繪制,因此判斷各圖形元素是否順序相連需要判斷當(dāng)前元素的起點或終點是否與上一圖形元素的終點相連,為此首先判斷當(dāng)前圖形元素的種類,我們可以調(diào)用AcDbEntity類的isKindOf()函數(shù)判斷當(dāng)前圖形元素的種類以做后繼處理。經(jīng)過排序后將獲得EntityData類雙向鏈表的頭指針,后續(xù)的切割、暫停、后退、前進(jìn)、繼續(xù)等功能將迎刃而解。

三、結(jié)束語

本文介紹了一種用AutoCAD2002為軟件平臺的數(shù)控火焰切割機(jī)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)無需編程,操作簡單,真正實現(xiàn)了CAD/CAM一體化,另外,設(shè)計了有線手控盒,方便了操作,在切割試驗中達(dá)到了預(yù)期切割效果,系統(tǒng)最大空載速度為20m/min,控制精度為0.005mm/p,采用厚為80mm 的45 # 鋼板切割材料,切割表面粗糙度為Ra25,達(dá)到了切割工藝的要求。目前,該數(shù)控火焰切割系統(tǒng)能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求,已在湖南某企業(yè)中投入生產(chǎn)應(yīng)用,客戶反應(yīng)很好。

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