基于GALIL运动控制卡的数控式砂轮修形机系统设计

王艳波 孙祖东 王昕雯

摘要：针对成形磨削中数控式砂轮修形机的修整费用高、砂轮的形状精度低的问题，设计数控式修行机的机械结构，研究GALIL多轴运动控制器，采用高级语言C++基于VC++6.0开发软件平台进行编写程序，调用GALIL运动控制卡提供的DMCWIN动态链接库编写应用程序，设计数控式砂轮修形机系统。

Abstract： In order to solve the problems of high dressing cost and low shape accuracy of CNC grinding wheel dressing machine in form grinding， the mechanical structure of CNC grinding machine was designed， and the GALILl multi-axis Motion Controller was studied， the high-level language C + + based on VC + + 6.0 software platform is used to compile the program， and the DMCWIN dynamic link library provided by GALILl Motion Control Card is used to compile the application program， and the CNC grinding wheel dressing machine system is designed.

关键词：砂轮修形;运动控制卡;人机界面

Key words： grinding wheel shaping;motion control card;man-machine interface

中图分类号：TG659                                     文獻标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）21-0087-02

0  引言

数控式砂轮修形机是特种数控机床的一种，在高精密加工设备场合应用非常广泛。磨削加工本质是使用高速旋转的砂轮对工件表面进行切削加工成型的方法。利用CNC技术使得砂轮被修形成与工件轮廓相吻合，按照一定的加工工序一次磨削使工件达到加工尺寸要求。成型磨削的加工精度在很大程度上取决于砂轮修形的精度。数控砂轮修形技术是将砂轮的修形与数控技术相结合，通过数控程序修形出任意母线砂轮，也可以使成型磨削效果更加吻合工件实际轮廓，成型效果柔性好、精度高、效率高。通过研究和设计任意母线砂轮修形机的二维工作台，控制步进电机或者伺服电机，更好的解决用于复杂零件表面磨削的成形砂轮修形。设计二维工作台机械结构时，可以借鉴的小型XY二维的工作台的结构，XY二维工作台具有良好的刚度，并且承载能力强，能够精确的控制砂轮修形空间位置。研制此高效、高精度的数控式砂轮修行工作台具有一定的实际意义。

1  数控式砂轮修形机的主要机械结构

砂轮修型机主要机械结构是二维工作台进给传动系统，要求二维工作台进给系统具有较高的稳定性，并且具有较高的精度以完成砂轮较精细的加工过程。二维工作台进给系统的精度与稳定决定了砂轮修型的精度，因此进给系统的设计中要求具有较高的精度和稳定性能。二维工作台支承于床身，不仅要刚度好，承载能力强，而且要保证传动平稳，有利于提高加工精度。

2  控制系统的硬件构成

砂轮研修机坐标系定义：被修形砂轮轴垂直方向为Y轴方向，被修形砂轮水平方向为X轴方向。砂轮修形机二维工作台的工作原理：X的驱动及定位组件驱动X轴导轨沿X向作直线运动，同时其定位部分获得X的坐标;Y的驱动及定位组件驱动X向组件沿Y向作直线运动，同时也带动其上的滑台沿Y向作直线运动，同时其定位部分获得Y的坐标;通过X轴和Y轴的两轴联动作用，实现对砂轮结构的修形功能。

基于上述的工作原理，砂轮修型机二维工作台进给传动系统由X轴驱动和定位组件、Y轴驱动和定位组件、CNC系统组成。其中CNC系统采用自行开发的基于PC机的开放式数控系统，包括运动控制器、PC机、操作面板。驱动和定位组件由交流伺服电机、交流伺服驱动器、联轴器、滚珠丝杠螺母副、导轨、GALIL运动控制器、行程开关、增量式光电编码器组成。

3  基于硬件系统人机界面的设计

砂轮研修机的人机界面设计基于GALIL多轴运动控制器，在Windows平台上，采用高级语言C++基于VC++6.0开发软件平台进行编写程序，调用GALIL运动控制卡提供的DMCWIN动态链接库编写应用程序模块。采用模块化设计思想设计应用程序的人机界面，设计二维工作台控制模块（手动控制，自动和位置显示功能模块等）。

3.1 上下位机通信程序的实现

在VC++6.0开发环境下调用动态链接库及库函数，驱动接口函数库DMCWIN，实现GALIL与上层Windows进行通信，在VC++6.0编程环境下调用动态链接库就能完成上位机同GALIL之间的数据交换。

调用函数库DMCWIN的DMCOpen函数，打开运动控制卡，完成运动控制卡的注册，处理所有后续Galil运动控制卡的函数调用;调用DMCDownloadFile函数，完成电脑主机硬盘上的程序下载到运动控制卡上，控制运动控制卡;调用DMCCommand函数给运动控制卡发送命令，很多命令可以通过这种方式发送到控制卡上，运动控制卡的相应是以线程的方式反馈的;调用DMCClose函数结束与控制器通信。

3.2 调用动态链接库和GALIL建立通讯的程序设计

操作者通过人机界面上的按钮控制整个机床，本质是通过上述通讯程序将用户的作为应用程序与GALIL运动控制器连接通讯的应用程序接口，并由GALIL控制卡通过硬件接口控制伺服系统。所以，人机界面设计的第一步是调用DWC32.LIB动态链接库，利用Visual C++调用这些函数就可以完成PC机和GALIL之间的数据交换，实现对机床的控制。其工作原理如图1所示。

为了启动通讯，需要声明一个变量类型为长整型的变量HANDLEDMC，然后将变量的地址传送给函数 DMCOpen中。如果函数DMCOpen是正确的，则这个变量将包括控制卡处理当中随后的所需要调用的函数。

3.3 二维工作台控制系统的人机界面设计

二维工作台人机界面主要实现的功能包括运动控制卡的初始化和常用命令界面的设计，手动控制界面，自动控制界面，回零界面等设计，如图2为整体界面的外观。

3.3.1 运动控制卡的初始化

实现运动控制卡初始化是通过界面左侧设定X轴和Y轴的参考点来实现的，在自动控制面面板中，有X轴和Y轴的参考点的输入。通过主界面上的对X轴和Y轴的位置的监控，通过对刀所得到的位置输入X轴和Y轴的参考点的值，同时还要给出进给量，实现对运动控制卡的初始化。

3.3.2 手动控制

主界面上就停留在手动控制选项卡上，在手动控制选项卡上，实现对X轴和Y轴的手动控制，同时也要使手轮控制选通。当使用首手轮控制的时候，X轴和Y轴的手动控制按钮就失效，只能通过手轮的旋转来实现X轴和Y轴的位置的调整，当手轮控制没有被选通时，只能通过如手动控制选项卡上的X轴和Y轴的控制按钮来控制，两者存在一个互锁的关系。手轮控制X轴和Y轴，主要是通过控制卡动态链接库当中给出的电子齿轮同步功能来实现的，此控制方法是从电气上与另一些主动轴实现同步控制功能，主动轴可以两个方向旋转，而其它电子齿轮轴则以规定的齿轮比跟随运动，各个轴的齿轮比可以不同，在运动期间可以改变。手轮控制X和Y轴按钮都是以C轴为主动轴，X轴和Y轴都设置为从动轴，并且从动轴的传动比为5，同时设置主动轴的速度为1mm/s，启动C轴，从而实现X轴和Y轴手轮的选通控制。

3.3.3 自动控制

点击主界面上的自动控制选项卡上的控制按钮弹出的自动动控制选项卡，在此界面上除了用于初始化中的XY轴的参考点位置的设置和进给量的设置以外，还可以对循环次数的设定，通过设定以后显示当前加工的循环次数。在自动控制选项卡的下方有四个按钮，分别实现的是砂轮修型机起动、停止、复位和程序下载功能。

3.3.4 回零控制

點击主界面上的回零选项卡上的控制按钮弹出的回零控制选项卡，在回零控制选项卡上可以实现X轴和Y轴的回零，也可两个轴同时回零，在回零的过程中可以随时停止等功能。在X轴和Y轴回零过程中，没有查询到零点位置模块，则电机轴就会向正方向移动20mm，然后继续回零，直到回到零点为止。

3.3.5 集成PLC控制命令

在主界面上除了有手动、自动和回零控制选项卡以外，还集成了六个PLC控制命令，有对照明、滚轮和磨头的控制，在这些控制命令的上方的XY控件是对加工中的XY轴位置的检测。PLC控制命令的实现主要是通过对控制卡扩展口发送指令，从而实现对照明灯、磨头、滚轮的控制，定义扩展口的第一位为照明灯的控制口，第二位为磨头的控制口，第三位为滚轮的控制口，控制卡提供的对控制口的置位指令，来实现对各个集成在控制面板上的PLC命令的实现。

4  结束语

成形磨削中数控式砂轮修形机的修整费用高、砂轮的形状精度低的问题，提出了基于GALIL的砂轮修形机二维工作台的概念，采用PC+GALIL的方式，充分利用了PC机的信息处理能力和GALIL的快速运算能力，以此系统为基础，利用模块的思想开发数控砂轮修形机的二维工作平台的人机界面的设计，完成数控式砂轮修形机系统设计。

参考文献：

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