二维数控工作台设计
第２期
２００９年２月
机械设计与制造
Ｍａｔ?ｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ１７９
文章编号：１００１—３９９７（２００９）０２－０１７９—０２
二维数控工作台没汁
田振亚１高东强１郭文举１王海波“２
（１陕西科技大学机电工程学院，西安７１００２１）（２西北有色金属研究院，西安７１００２１）
Ｄｅｓｉｇｎｏｆ２ＤｎｕｍｅｒｉｃａＩｃｏｎｔｒｏｌｗｏｒｋｔａｂｌｅ
ＴＩＡＮＺｈｅｎ－ｙａ＇，ＧＡＯＤｏｎｇ－ｑｉａｎ９１，ＧＵＯＷｅｎ－ｊｕｌ７ＷＡＮＧＨａｉ—１）０１’２
（１ＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）
（２ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅＦｏｒＮｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ。Ｘｉ’ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）
Ｐ“……＿…～…～…＾一……………一…………～………～’＋’ｊ【摘要】简述了基于ＧＴ－－４００运动控制器的二坐标联动的开放式数控工作台的基本控制原理，主ｊｌ要介绍了机电传动部分以及故障诊断部分的设计，实践证明该二维工作台实际运行良好，可以满足一定ｌｌ的生产及教学实验需要。ｌ；关键词：ＧＴ－４００；开放式数控工作台；运动控制器；ｌ【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＴｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆⅡｓｏｒｔｏｆ２Ｄｏｐｅｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｗｏｒｋｔａｂｌｅｗｈｉｃｈ加田ＣＯｎ－－；
；ｔｒｏｌｌｅｄｂｙＧＴ．４００ｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅａｅｓｉｇ．ｏｆｅｌｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｈ，甜ｔｒａｎＪｆｅｒ
ｍｏｔｉｏｎａｎｄ｛ｉｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｔｈｅｗｏｒｋｔａｂｌｅ删５ｄｅｓｃｒｉｂｅｄｍｎｉ．Ｚｙ．Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｅｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌ；
６ｗｏｒｋｔａｂｌｅｉｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｗｅｌｌａｎｄｉｔｃ蛳ｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔａｎｄｔｅａｃｈｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．｝；Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧＴ－４∞；Ｏｐｅｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｗｏｒｋｔａｂｌｅ；Ｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｅ一，…，一Ｉ，…，…………一一‘｜…，…～………??一ｔ…‘…………－．“】＂ｔ，。?Ｓ中图分类号：ＴＨｌ２，ＴＰ２７文献标识码：Ａ
１工作台控制系统原理
二坐标数控工作台采用ＰＣ＋运动控制卡的开环控制系统，Ｐｃ机作为上位机，主要起到管理系统的作用，主要负责人机交互，用户信息管理、数据处理，通讯控制、图形显示、动态仿真、系统状态检测等工作，下位机采用ＧＴ４００运动控制卡，通过连接板使步进电机驱动器与ＧＴ４００运动控制卡连接，从而控制电机，达到对工作台较为精确的控制，控制系统原理图，如图Ｉ所示。工作台主要参数如Ｆ：
（１）工作台行程为：ｘ坐标±１００ｒａｍ，Ｙ坐标±８０ｒａｍ；（２）最大工作迸给速度：２．５ｍ／ｒａｉｎ；（３）快迸速度：５ｍ／ｒａｉｎ；（４江作台上工作台Ｇ向工作台）的长宽分别为（５０（ｋ３００）ｍｒｎ厚Ｊ蔓为５０ｒａｍ；（５）下工作台（ｙ向工作台）的长宽为（６００ｘ３００）ｍｍ厚度为５０ｍｍ。
图ｌ控制系统原理
２机电传动系统
２．１系统设计
传动部分主要利用步进电机２（型号为ＶＲＤＭ３９７，ＩＪＨＡ）作为动力源输出转矩，电机输出轴通过联轴器３与滚珠丝杠５相联接，最后通过滚珠螺母带动工作台ｘ向或ｙ向运动，ｘ向工作台★来稿日期：２００８－０４—２２机构，（ｙ向图中未示。结构与此类似）。如图２所示。１：作台在滚动导轨上滚动，采用开环控制。步进电机驱动器采用雷塞５３５型驱动器。该驱动器内部采用类似伺服控制原理的电路，此电路可以使电机低速运行平稳，几乎没有震动和噪音，电机在高速时力矩大大高于二桐和五相混合式步进电机，定位精度最高叮达３００００勃转。换向机构采用型号为ＦＹＣ２Ｄ２５０４—３的滚珠筵杠，固定方式为一端同定，一段有隙，其优点在于压杆稳定和临界转校高，而且丝杠柯热膨胀的余地。支承形式采用７６０３０２０１＇ｖＰ６０接触角角接触球轴承一对，背靠背组合的形式。滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放人适当的钢珠，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦大大降低二者之ｆ’ＨＪ的摩擦阻力，有助于提高数控系统的相应度与灵敏度。阂此在ｘ，ｙ向用滚动导轨剐，型号为ＨＪＧ－－Ｄ２５。根据工作台精度要求及尺寸选型号为ＪＧ３５１．一Ｆ１５ＴＢ，尺寸大小为（３５×３３ｘＴ０）ｍｍ的电感定位开天作为该数控工作台的检测原件。
罔２＿二维数柠丁作台结社Ｊ罔
１．电机底座２．Ｘ向步进电机３．联轴器４．１：作台
５．滚珠绉杠６．行程火关７滚动导轨８．Ｘ向支座
２．２电机的选择
２．２．１选择步距角，确定脉冲当量
步距角Ｏ＝－３６００／（ＺＫｍ）＝３６０。／（５０＊２＊４）卸．９０
万方数据
１８０田振亚等：二维数控工作台设计第２期
根据上式选择步进电机步距角０．９０
取滚珠丝杠的螺距４ｍｍ
脉冲当量：ｏ．９＊４／３６０＊Ｉ＝０．Ｏｌｍｍ满足精度要求（扭１）２．２．２快速进给建度确定步进电动机的最高工作频率电动机工作频率，‘－ｊ磬
式中：—一工作台移动速度；
脚珠丝杠导程；
执一电动机步距角；
ｆ—减速比。
由快速进给速度ｙ，。筇ｍ／ｒａｉｎ，因此可得：ｆ，，．＝５０００ＨＺ２．２．３根据负载转拒或阻力选择步进电机转距
（１）负载转距的计算：
ｚ：｝×（—婴＋雌芝）：
‘上可Ｗ二’ｎ
丁１ｘ（絮船５十０?２ｘ３５２０１Ｔｘ０．００５）＝０．５２Ｎｍ
其中，肚Ｅ州＂＝３７５十Ｏ．１ｘ１５００＝５２５Ｎ
式中：社杠预紧力。
（２）转动惯量的计算：
①丝杠的转动惯量：
五＝吾印Ｌ西＝蚤ｘ７．９ｘ１０－３ｘ７４ｘ２．５４－－２－２４ｌ＜ｇｃｍ２
②工作台惯量：ｚ＝ＩＶ（熹）２＝－１５３×（石０．５＿Ｐ＝０．９６Ｋｇｃｎｌ２
Ｚ１ｒⅪＺ１ｒ一
③负载惯量：上气．ｂ“＝３．２Ｋｇｅｍ２
２．２．４电机转距
启动转距：如果在ｌＯＯｍｓ内电机从工＝ｏ加速到ｆ：ＩＯＯＯＯＨＺ，则电机所需转距为：
ｚ＝２型６她０ｔ出上＝丛蟹６咧０ｘＯ＾．１旦丝ｍ１３３“１３．‰
‘Ｊ
…‘‘‘。～ｍ必须转距为：
％＝（Ｚ＋以）ｘＳ＝（Ｚ＋ＴＡｘ２：（０．５２＋０．１３３＋４１３．６Ａ）ｘ２
＝１．３０６＋８２７．２厶
式中：Ｓ—安全系数，一般取２；＾一电机转子喷量。
２．２．５电机的选择
由以上结果选用ＶＲＤＭ３９７／ＬＨＡ三项混合式步进电机，其技术参数如下：
如＝０．７ｘ１０＂＊Ｋｇｅｍ２得：Ｔｖ＝１．８２７（Ｎｍ）
综上所述：可选该ＶＲＤＭ３９７／ＬＨＡ型电机。
３故障诊断设计
通过对机械状态测试、数据分析与故障诊断，可以确定机械的实时工作状态及所需的各种参数，以及确定机械的故障形式和故障部位，直至检测出发牛故障的零部件或元器件。从『ｆＩｆ可以对有故障的机械进行快速监测和维修。通过对ＧＴ４００运动控制器的二次开发，利用其提供的底层控制函数能够进行故障的识别和排除。
故障诊断就其诊断内容来说极为广泛，包含有命令，运行参数。轴的运行失调等。故障诊断模块的主要功能是当主机向运动控制器发送命令出错时，显示出错的原因．根据出错的原因，排除故障使系统恢复正常工作，故障诊断人机交互界面和故障诊断界面，如图３、４所示。
图３人机交ｔ界面
图４故障诊断界面
为适应ｔ作台的Ｔ作要求，将诊断部分的设计分为通讯出错；命令错误；圆弧插补半径不正确；直线插补长度为零或超出控制器处理范围等几个模块。
用户通过主机发出命令，运动控制器在检杏校验后会给出一个反馈，这个反馈就是命令（库晒数）的返叫值。根据返叫的值在界面卜显示相应的故障原因。比如，返【叫值为一ｌ时，显永通讯出错；返【刚值为。时，显示命令执行成功；返同值为１时，显示命令错误；此时调用ＧＴ－Ｇｅｔ（ｍｄｓｔｓｃ）命令，进一步确定出错原因，显示在命令出错函数的下一行，当出现命令错误时，通过判断命令错误寄存器中的位，把可能引起命令错误的原凶显示在界面Ｅ。４总结
基于ＧＴ４００运动控制器的■维数控ｔ作台为用户提供ｒ一个高度柔性的控制平台，既允许用户利用运动控制器提供的底层运动函数库进行电机运动规则和控制方面的实践，也允许用户利用Ｇ代码进行开放式数控系统的研究。实践证明，本工作台运行良好，精度较高，值得推广。
参考文献
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