臺灣博碩士論文加值系統

本研究主旨在整合一精微工具機之控制系統使其控制系統能夠跟機台各個設備進行連結然後運作此機台，之後進行機台性能的測試與伺服調試，期望使機台能夠符合精微加工的規格，並從機台設備配置及連結控制，開始進行討論。
本機台構成則是由花崗岩作為工具機基座，X-Y軸為氣浮平台，Z軸則是使用線性滑軌，傳動方式均為線性馬達所傳動，機台上的主軸則分為氣動式主軸與內藏式主軸2種分別由氣壓設備與變頻器進行控制，線性馬達驅動方式則由ANCA驅動器與PC-Based介面之ANCA 5DX CNC控制器對線性馬達進行移動控制，移動後之訊號經由光學尺迴授，形成一閉迴路控制系統。
各軸的運動測試，則由機台內建軟體擷取光學尺迴授資料，來判斷各軸運動狀況，接下來則進行步階實驗，觀察微進給量位置迴授穩定性與時間關係，加入前饋減少追隨誤差再重新跑NC路徑，並使用ANCA CNC data logger擷取機台精度資料，以確認機台的精度。

The objective of this thesis is trying to integrate the control system of a precision machine tool, such that it can be used to link and operate each device in this machine. Next, the performance test and servo tuning are being conducted in order to achieve the specifications as required.
The base of this machine tool is made of granite, with air guide-ways in both X- and Y-axis, and linear guide in Z-axis. They are driven by linear motors. Two different types spindle are being used, one with built-in motor the other is air-driven spindle. The linear motors are controlled by the ANCA 5DX CNC controller, and with optical scale for displacement feedback to form a closed-loop control system.
From feedback data from optical scale was used to analyze the performance of each axis. Stepping test was performed to inspect the positioning stability. Feedforwd control was applied to reduce the tracking error. Various tests have been conducted to verify the precision of this machine tool.

摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章緒論 1
1-1前言 1
1-2文獻回顧 2
1-3研究目的 5
1-4 論文架構 6
第二章 機台系統架構與設備原理介紹 7
2-1電腦數值控制原理介紹 7
2-2實驗機台之系統架構 11
2-3 ANCA CNC控制器及驅動器 13
2-3-1 ANCA控制器通訊介面 15
2-3-2 ANCA 數位伺服驅動器 17
2-4機台設備原理介紹 21
2-4-1 線性馬達 22
2-4-2光學尺及光學讀頭 23
2-4-3光電式極限開關 25
2-4-4花崗岩基座 27
2-4-5氣壓設備、氣動式主軸、空氣軸承及氣浮平台 28
2-4-6 變頻器與內藏式主軸 33
2-4-7 線性滑軌 35
2-4-8冷卻系統 35
第三章ANCA數控軟體架構、控制單元程式應用 37
3-1 ANCA數控軟體架構 37
3-1-1 ANCA系統軟體架構即時與非即時控制 38
3-1-2 ANCA共享記憶體變數(SMV) 39
3-2 機台控制連結簡介 39
3-2-1可程式邏輯控制器 40
3-2-2ANCA軟體可程式邏輯控制器語法 41
3-2-3 ANCA-PLC 系統檔案 45
3-3應用軟體 Visual Basic 6.0設計之控制介面 47
3-4機台性能測試資料之擷取 50
3-5機台性能測實驗項目 52
第四章ANCA CNC工具機控制連結與性能測試 53
4-1 ANCA CNC工具機設備控制連結流程 53
4-1-1 ANCA控制器架設 54
4-1-2 驅動器系統架設 55
4-1-3 CT變頻器架設 57
4-1-4 機台電源供應 57
4-1-5 ANCA CNC 工具機 參數設定與PLC設定簡介 58
4-1-6 ANCA電源供應器PLC設置 58
4-1-7 驅動器與馬達參數設置 59
4-1-8 光學尺參數設置 60
4-1-9 光電式極限開關PLC設置 61
4-1-10機械原點參數設置 62
4-1-11變頻器至內藏式主軸參數設置 63
4-1-12機台線路連結與啟動機台 64
4-2 CNC控制器介面與操作測試 65
4-2-1 ANCA CNC控制介面 65
4-2-2 ANCA CNC機台 啟動與運行測試 68
4-2-3 ANCA CNC機台 操作測試 70
4-3機台性能測試 75
4-3-1直線定位精度測試 75
4-3-2步階定位能力測試 83
4-3-3 平台上升時間與穩態時間測試 87
4-3-3 循圓測試 90
4-3-4 NC路徑測試 92
第五章 ANCA CNC機台之結論與未來展望 98
5-1 結論 98
5-2 未來展望 99
參考文獻 100

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