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天津大学研究生毕业论文数控系统测试平台设计与双驱同步控制技术研究DesignofTestingPlatformforCNCSystemandResearchonSynchronousControlTechnology学科专业：机械工程研究生：庄嘉兴导师：黄田教授王辉副教授天津大学机械工程学院二○一二年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日I摘要本文密切结合大型复杂整体结构件高速加工需求，在国家自然科学基金的资助下，研究了混联机床开放式数控系统测试平台的设计与双电机同步控制技术，并将研究成果用于基于A3头的五轴混联机床数控系统开发。论文取得以下成果：在数控系统方面，以“PC+TurboPMAC运动控制器”的开放式结构为核心，完成了数控系统硬件平台的搭建。在LabVIEW环境下实现了数控系统软件的模块化设计。在测试平台设计方面，以NI数据采集卡和图形化编程软件LabVIEW为工具，设计了能够对电机的速度/输出力矩信息和转角信息多通道同步采集的系统，并将其应用于双驱同步检测。在双驱同步控制方面，在混联机床开放式数控系统中添加了双驱同步控制功能。在回零过程中采用双电机主从交叉方式消除两轴间的不同步误差，回零结束后可切换到并联同步控制。该项技术已在测试平台和工程样机上得到验证，结果表明同步控制精度满足要求。本文研究成果对推进基于A3头的五轴混联机床的工程应用具有重要的实用价值。关键词：5轴混联机床，开放式数控系统，测试平台，同步控制IIABSTRACTInordertomeetthedemandsforhighspeedmachiningoflargestructuralcomponentwithcomplexgeometry,thisthesisdealswithtestingplatformconstructionandservomotorsynchronouscontrolinthedevelopmentofCNCsystemofthe5-axisseries-parallelhybridmachinetoolbasedonA3-head.Thefollowingcontributionshavebeenmade.InthedevelopmentofhardwareplatformofCNCsystem,a“PC+TurboPMAC”architectureisemployed.ThemodulardesignofthesoftwareisachievedunderthecircumstanceofLabVIEW.ByutilizingcommercialDAQcardandLabVIEWsoftware,atestplatformisconstructedforthemulti-channelsynchronousacquisitionofmotoranglardisplacement,velocityandtorque,whichcanbeusedinmotorsynchronizationdetection.Double-motorsynchronouscontroltechniqueisdevelopedforY-axiscontrol.Master-slavemodeisadoptedintheprocessofsearchinghomepositionfortheeliminationofthesynchronouserrorbetweentwoaxes.Thesynchronizationaccuracyisverifiedwithexperimentsontherealprototypemachine.Theoutcomeofthisthesishaspracticalvalueinpromotingengineeringapplicationforthe5-axishybridmachinetoolbasedonA3-head.Keywords:5-axishybridmachinetool,OpenarchitectureCNCsystem,testplatform，SynchronouscontrolIII目录摘要............................................................................................................................IABSTRACT.................................................................................................................II目录..........................................................................................................................III第一章绪论............................................................................................................11.1课题研究背景和意义...........................................................................................11.2国内外研究现状...................................................................................................41.2.1开放式数控系统........................................................................................41.2.2虚拟仪器技术............................................................................................61.2.3多轴驱动同步控制技术............................................................................71.3研究内容...............................................................................................................8第二章基于A3头的5轴混联机床数控系统.........................................................92.1引言.......................................................................................................................92.2基于A3头的5轴混联机床简介........................................................................92.3基于A3头的5轴混联机床的位置分析..........................................................102.3.1A3头的运动学模型................................................................................102.3.2A3头的位置逆解....................................................................................112.3.3A3头的位置正解....................................................................................132.3.4串-并联部分的坐标变换........................................................................152.4数控系统开发.....................................................................................................162.4.1控制系统硬件组成..................................................................................162.4.2控制系统软件开发..................................................................................182.5小结.....................................................................................................................22第三章数控系统测试平台设计..............................................................................233.1引言.....................................................................................................................233.2系统总体设计方案.............................................................................................233.3系统硬件平台.....................................................................................................243.3.1模拟电压信号的测量..............................................................................243.3.2数字信号的测量.......................................................................