CAD2002數控切割系統

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

本文介紹了運動控制卡MPC02的功能結構和主要特性,提出了采用MPC02開發基于AutoCAD2002的數控火焰、等離子兩用切割控制系統。該系統不僅實現了加工中暫停、繼續、沿原軌跡返回、調速等功能,而且充分利用AutoCAD2002強大的繪圖能力和開放性,開發出良好的人機界面,切割指令無需編程,操作方便,真正實現了CAD/CAM一體化。
高恒強來源:《CADCAM與制造業信息化》
關鍵字:AutoCAD2002 工控機 MPC02控制卡

隨著現代工業技術的發展,尤其是應用于數控領域的工控機和伺服系統的技術水平的進步,數控切割技術在制造業受到了廣泛的關注。數控切割通過先進的計算機編程實現零件的自動切割,不但操作簡單,維修方便,保證切割產品的質量,減輕人們的勞動,而且可以大幅度降低切割成本,縮短生產周期,提高系統可靠性。因此,數控切割技術廣泛適用于機械制造行業。與國外相比,我國的技術水平還有很大的差距,許多切割行業的控制設備都需要進口,成本較高。本文介紹了一種在AutoCAD2002下開發的基于IPC機PCI總線的步進電機或數字式伺服電機的控制系統,其切割精度、切割速度以及可靠性較好,而且價格低廉,在切割實踐中也達到了預期的切割效果。
一、數控系統硬件設計

1. MPC02運動控制卡簡介

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

圖1 MPC02結構示意圖

每塊MPC02卡可控制3軸步進電機或數字式伺服電機,并支持多卡共用;每軸均可輸出脈沖和方向信號,以控制電機的運轉;同時,可外接原點、減速、限位等開關信號,以實現回原點、保護等功能,這些開關信號由MPC02卡自動檢測并做出反應。另外,MPC02卡還提供了適用于伺服系統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. 系統的硬件結構

組成該通用式熱切割數控系統的硬件框圖如圖2所示,主要包括工業PC機、運動控制卡和伺服系統。該系統采用工業PC機為基礎,在工控機主板PCI擴展槽上插入MPC02運動控制卡,構成主從式控制結構:工業PC機是該系統的核心,主要實現系統的管理功能;MPC02卡一方面與伺服系統相連,實現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,實現加工過程中各種功能。另外,電源板、伺服驅動和電機、繼電器、電磁閥是系統的執行機構。

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整,同時也為了方便操作,在該系統設計中帶有有線手控盒,它可以實現主控界面的所有控制操作如運行、暫停、后退、繼續、割具移動、點火、氣閥控制等,手控盒用89C2051單片機開發,采用7芯電纜與運動控制卡連接。

圖2 數控系統硬件框圖

二、控制系統的軟件開發及其功能實現

1. 數控火焰切割加工工藝

數控火焰切割不同于其它金屬機加工,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象,這就要求控制系統必須做到切割過程中的暫停、后退、前進、繼續和無級調速的功能。

2. 人機界面及其功能介紹

該系統利用AutoCAD2002作為開發平臺,采用Visual C++6.0作為開發工具,進行AutoCAD的二次開發。由于AutoCAD2002的開放性允許我們開發出自己的主界面,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用相應功能,完成各種操作:包括零件圖形預覽;加工過程中的暫停、后退、前進、繼續及沿原軌跡返回、斷點保存和恢復、調速;刀具的上升、下降等。

3. 重要功能模塊的實現

(1)圖形元素的分類

根據切割工藝的特殊性,將所有的圖形元素給以分類:引入線、起步線、內輪廓、外輪廓、空移線五類,相應的創建5個圖層以區分不同類型的圖形元素。然后創建一個瀏覽器,遍歷當前數據庫的所有實體。

圖3 系統主界面

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;//存放內輪廓ID
AcDbObjectIdArray out_array;//存放外輪廓ID
//遍歷當前數據庫所有的實體
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保存在句柄數組中,必須把所有元素按照加工順序加以排序才能滿足后續的切割、暫停、后退、前進、繼續等功能。為了滿足此要求定義數據結構如下:

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;

該數據結構模仿AutoCAD2002數據庫存儲實體數據的數據結構,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,為此首先判斷當前圖形元素的種類,我們可以調用AcDbEntity類的isKindOf()函數判斷當前圖形元素的種類以做后繼處理。經過排序后將獲得EntityData類雙向鏈表的頭指針,后續的切割、暫停、后退、前進、繼續等功能將迎刃而解。

三、結束語

本文介紹了一種用AutoCAD2002為軟件平臺的數控火焰切割機控制系統,該系統無需編程,操作簡單,真正實現了CAD/CAM一體化,另外,設計了有線手控盒,方便了操作,在切割試驗中達到了預期切割效果,系統最大空載速度為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,達到了切割工藝的要求。目前,該數控火焰切割系統能夠滿足現代工業生產的要求,已在湖南某企業中投入生產應用,客戶反應很好。

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