基于
PMAC
的无模铸造工艺的控制系统设计
高上
1
张人佶
1
杨伟东
2
颜永年
1
1
1 清华大学 激光快速成型中心 , 北京 100084 ; 21 河北工业大学 测试技术及仪器系 , 天津 300130
摘要
:
介绍了应用
PMAC
数控卡进行无模铸造工艺控制系统设计
,
阐述了
PMAC
功能在无模铸造工艺中的合理应用 。
关键词
:
无模铸型制造
( PCM) ; PMAC ;
运动控制
中图分类号
: TP273
+
. 5 : TG231. 65
文献标识码
:A
文章编号
:1001 - 2265 (2004) 10 - 0051 - 02
The design of patternless casting manufacturing controlling system based on PMAC
GAO Shang ZHANG Renji YANG Weidong YAN Yongnian
Abstract : In this paper , the design of the PCM control system using PMAC is introduced , and the reasonable applications of the PMAC
functions are expatiated.
Key words :patternless casting manufacturing( PCM) , PMAC , motion control
无模铸型制造工艺
( Patternless Casting Manufacturing ,
简 称
PCM)
是将快速成形原理用于传统的铸造工艺中
,
无需铸模
,
直
接由砂型得到铸件
[ 1 ]
。在快速成形领域中
, STL
文件是最通用
的
CAD
与
RP
软件的接口文件标准 。一个完整的
CAD
模型表面
由许多三角面片逼近组成
,STL
文件是通过对
CAD
实体模型或
曲面模型进行表面三角形化离散得到的 。数据处理软件对
STL
文件处理
,
最终切割分层填充形成的
CLI
文件作为数据处理软
件与控制软件的接口形式 。分层的过程是许多垂直于成形方向
的平面去切
STL
模型
,
这样每层的二维信息是由轮廓线和填充
线组成
,
轮廓线由封闭的线段环组成
,
填充线则由一段一段的填
充线段组成
,
可能分离也可能相连 。成形时每层的
NC
扫描便
是根据这些轮廓线和填充线的路径信息进行运动 。
1 控制软件的结构
图
1
控制系统示意图
PCM
工
艺的控制系
统 采 用
PC
式
CNC
系
统
[ 2 ]
,
数 控
卡插在工控
机的扩展槽
中 。这 种 方
式 的 优 点
是
:
直 接 用
PC
插 槽
,
相
当于并行方式
,
主机的资源得以充分利用
,
运行速度提高
;
各个
分系统尽量利用现成的先进设备
,
运行更可靠
,
可以更好地实现
系统集成
,
并使系统达到总体性能最优 。能充分保证系统性能
,
软件的通用性强
,
成本低
,
而且编程处理灵活 。图
1
为控制系统
示意图 。控制核心为运动控制器
(
数控卡
)
。由图
1
知
,
主要包
括四个电机的运动控制和两个开关量的控制 。四个电机分别驱
动
X
、
Y
、
Z
和
C
轴
,
开关量分别是催化剂超声波雾化喷头和树
脂喷头开关 。自动成形过程的协调控制由控制软件控制执行 。
2 数控系统的特点
PCM
工艺中的数控系统采用美国
Delta Tau Data System
的
PMAC
运动控制器代替原有
PCM
工艺成形机上所采用的美国
Parker
公司的
AT6400
位控卡 。主要是基于以下一些对比而考
虑的
:
(1) PMAC
运动控制器具有极强的处理能力和很大的灵活
性 。借助于当今世界上比较先进的
Motorola
的
DSP 56001
数字
信号处理器
,PMAC
运动控制器可以同时操纵
1
～
8
个轴
,
并能实
现三轴差补 。当
PMAC
运动控制器为它所驱动的轴标定好后
,
它就可以对这些电机进行全面的轨迹控制
,
而不管这些电机的
型号如何 。这一特性很好地适应了
PCM
成形系统中既有伺服
电机又有步进电机驱动的具体情况 。而
AT6400
是基于微处理
器的控制卡
,
虽然也能达到对多个轴的运动控制
,
但在处理能力
和灵活性等方面与基于
DSP
的
PMAC
相比就差了许多 。
(2) PMAC
运动控制器有着强大的伺服控制器功能 。图
2
和
图
3
说明了
PMAC
和
AT6400
运动控制器分别对
XY
扫描系统中
的交流伺服电机的控制原理
,
由图
2
中可看出使用
PMAC
运动
控制器实现了一个完整的闭环控制
,
它可直接接收检测编码器
的信号
,
同时根据这些反馈信号对电机位置进行更精确地控制 。
而
AT6400
运动控制器只能构成一个局部的半闭环控制
,
数控卡
本身只负责发出控制信号
,
其余反馈信号只能由伺服驱动器自
身完成 。
PCM
工艺的一大技术难点就在于准确 、
高速地控制喷
头
,
生成精密的轨迹路线
,
为此
, XY
扫描系统采用了伺服电机
驱动
,
而
PMAC
运动控制器强大的伺服控制器功能
,
满足了
PCM
系统高级伺服应用中准确性和平滑性的要求
,
它的使用将大大
提高生产的精度和速度 。
(3) PMAC
运动控制器的内存可以存储多达
256
个运动程
序 。在已经有一个坐标系正在执行的情况下
,
另一个程序也可
以在任何一个坐标系下运行 。而
AT6400
仅有
64 K
的内存量
,
并
且不能实现两个坐标系中的程序同时运行等功能
,
不仅增加了
运动控制编程的难度
,
还需要有层间的编译等待时间 。
(4)
当运动程序在前台有序地同步运行时
, PMAC
运动控制
器可以在后台下运行多达
32
个异步
PLC
程序 。这些程序会完
1
5
2004
年第
10
期