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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:周昭旭
研究生(外文):Jhao-syu Jhou
論文名稱:多軸微細加工機與高階數控系統之整合及其性能測試
論文名稱(外文):Design,Implementation and Testing of an advanced CNC system for Multi-Axes Mirco-Milling Machines
指導教授:柯志隆
指導教授(外文):Chih-lung Ko
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:94
中文關鍵詞:使用者介面系統鑑別電腦數值控制器多工器開放式通訊協定伺服驅動器硬體描述語言
外文關鍵詞:Computer Numerical ControlSystem IdentificationHardware Description LanguageGraphical User InterfaceMultiplexerOpen Communication ProtocolDigital Servo Drive
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隨著光電、通訊與半導體業的發展,許多關鍵性零組件需要微細加工。使用多軸微細切削工具機處理工件可以兼顧速度、精度與彈性,提供了精密製造業一種新的製程選擇。微細切削工具機關鍵技術之一為其數控系統,由於對解析度與精度的嚴格要求,此數控系統必須具備奈米補間之數控電腦、即時串列通訊技術,以及高性能伺服驅動器等高階功能。
鑑於國內對微細工具機的整體技術掌握尚未足夠,我們在此領域投注研究。藉由產學合作機會,我們整合了一套三軸微細切削工具機。採用的關鍵組件為:具有即時系統核心數控軟體的PC控制器、數位伺服驅動器、氣浮精密平台;實現方法為使用開放式的SERCOS通訊協定、製做介面電路結合各個關鍵組件、撰寫控制軟體與使用者介面;並經由重新定義SERCOS信號規格、提昇Encoder信號解析度、伺服調機等過程,使這套高階數控系統符合微細切削工具機的規格。
本論文的研究有幾項重點:1.控制信號介面的設計與實現;2.在整合至CNC控制器的VB人機介面上,另行開發即時繪圖軟體;3.對於伺服環路進行系統鑑別。
在已被排定的測試階段之內,我們進行了平台精度分析與機台切削實驗,實驗結果可作為性能表現優劣的參考。
With the advance of opto-electronics, communication and semiconductors, many critical components requires the process of micro-machining. The speed, accuracy and flexibility of micro-machining, as an attractive alternative method, are far superior compared with many other types of methods. The key technologies of the CNC for a micro machining center is discussed in this thesis, including CNC commands with interpolation down to nanometer resolution, digital bus link, and integrated digital servo drives.

In this work, we integrated and implemented a CNC micro machining center under the collaboration between university and industry. The machine took advantages of the state-of-the-art real-time operation system, linear stages with air-static bearings and linear motors, and commercial digital servo drives. We re-defined the resolution of the standard communication protocol, designed an electronics interface circuit to realize the functional requirement of the machine. We have also performed system identification of the servo loops, and Visual Basic interface as the GUI for ease of operation.
中文摘要 ---------------------------------------------------------------------------- i
英文摘要 ---------------------------------------------------------------------------- ii
誌謝 ---------------------------------------------------------------------------- iii
目錄 ---------------------------------------------------------------------------- iv
表目錄 ---------------------------------------------------------------------------- vi
圖目錄 ---------------------------------------------------------------------------- vii
第一章 序論---------------------------------------------------------------------- 1
1.1 研究動機與目的-------------------------------------------------------- 1
1.2 研究背景---------------------------------------------------------------- 2
1.3 文獻回顧---------------------------------------------------------------- 8
第二章 PC-based CNC控制系統---------------------------------------------- 11
2.1 PC-based控制器硬體介紹-------------------------------------------- 13
2.2 控制軟體架構---------------------------------------------------------- 15
2.3 SERCOS數位通訊協定----------------------------------------------- 17
2.4 數位伺服驅動器-------------------------------------------------------- 20
第三章 控制信號介面板的設計----------------------------------------------- 25
3.1 控制信號介面板的功能規格----------------------------------------- 27
3.2 CPLD可程式邏輯元件的應用與硬體描述語言------------------- 29
3.3 驅動器的自動編碼----------------------------------------------------- 31
3.4 多工處理與光耦合器的應用----------------------------------------- 32
3.4.1 霍爾效應信號與極限開關信號的處理------------------------------ 36
3.4.2 泛用型I/O設計------------------------------------------------------- 38
第四章 使用者介面與應用軟體的設計-------------------------------------- 42
4.1 ANCA-PLC與共享記憶體變數-------------------------------------- 43
4.2 使用者介面的功能規格----------------------------------------------- 45
4.2.1 操作功能簡介---------------------------------------------------------- 47
4.2.2 資料擷取診斷功能簡介----------------------------------------------- 48
4.3 即時繪圖軟體設計----------------------------------------------------- 53
第五章 系統鑑別---------------------------------------------------------------- 57
5.1 最小均方法與Chirp信號--------------------------------------------- 58
5.2 電流環鑑別與分析----------------------------------------------------- 61
5.3 速度環鑑別與分析----------------------------------------------------- 66
5.4 位置環分析------------------------------------------------------------- 71
第六章 實驗---------------------------------------------------------------------- 73
6.1 系統前置作業---------------------------------------------------------- 74
6.2 實驗成果---------------------------------------------------------------- 76
第七章 結論與未來展望-------------------------------------------------------- 78
參考文獻 ---------------------------------------------------------------------------- 80
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