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研究生: 林秉毅
Lin, Bing-Ying
論文名稱: 車銑複合五軸工具機之 PC-based CNC 即時系統設計與實現
Design and Implementation of PC-Based CNC Real -Time System for Mill-Turn Five Axis Machine Tool
指導教授: 陳響亮
Chen, Shang-Liang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 製造工程研究所
Institute of Manufacturing Engineering
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 105
中文關鍵詞: PC-Based車銑複合五軸工具機
外文關鍵詞: Mill-Turn five axis machine tool, PC-based
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  • PC-Based開放式架構之工具機控制器,具有支援硬體規格之軟體介面、通訊協定和容易操作的Windows圖形使用者介面。此外,可同時執行多項工作,提供控制演算法則發展和模擬控制流程的環境,成為新一代工業控制器的主流。車銑複合加工機結合車床與銑床加工的特性於一身,可以在同一台加工機上車削加工圓形工件及進行銑削平面、鑽孔等加工動作,另外再配合C軸及B軸,使加工形式更多元化,工件由一次挾持便可以直接成形,對於精度的提升有相當大的助益。
    故本研究將以車銑複合工具機為基,進行PC-based CNC即時系統設計與實現。本研究使用Visual C++ 軟體於Windows NT外掛RTX子系統下進行系統開發,首先根據車銑複合五軸工具機之特性,建立CNC系統硬體架構與系統軟體架構,針對控制器輸入命令(NC code或Macro)進行解譯模組開發與Macro圖形式對話框軟體實現。並探討如何使CNC系統具即時性,建立一具即時性之CNC系統架構,再包含加減速規劃與PID伺服迴路控制,進行即時CNC伺服控制器實現。最後建立人機介面模組,並將各功能模組整合,完成車銑複合五軸工具機之PC-based CNC即時系統。

    The PC-based open architecture machine tool controller has many advantages. For example, the software interface supporting the hardware specifications and windows graphic user interface easily. Besides, it can execute multi-tasking job and provide the environment for developing control algorithms and simulating control processes. The mill-turn machine tool possesses the features of lathe and miller. It can turn cylinder, mill plane and drill hole in the mill-turn machine tool. The C-axis and B-axis are included in this mill-turn machine for finishing a workpiece by only one fixturing step. Therefore, the mill-turn machine tool has better machining accuracy.
    This study will design and investigate the PC-based CNC system for Mill-Turn five axis machine tool. The visual C++ is adopted to develop the CNC system on a RTX environment. First, the CNC hardware structure and software structure are built up according to the characteristics of Mill-Turn five axis machine tool. The developments of the interpreter module, the Macro graphic dialog module, the Real-Time sub-system to implement Real-Time CNC servo controller, the acceleration / deceleration algorithm and the PID servo loop control are included in this thesis. Finally, this research develops the MMI module and integrates overall modules into the PC-based CNC system for Mill-Turn five axis machine tool.

    中文摘要 I ABSTRAT II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VIII 表目錄 XI 第一章 前言 1 1-1 研究背景與動機 1 1-1-1 PC-based控制器 1 1-1-2 車銑複合工具機 1 1-2 研究目的 2 1-3 文獻回顧 2 1-3-1 PC-Based控制器與CNC系統 2 1-3-2 加減速規劃 3 1-3-3 車銑複合工具機 3 1-3-4 解譯器 4 1-4 章節瀏覽 4 第二章 車銑複合五軸工具機之CNC系統架構設計 6 2-1 概述 6 2-2 架構設計理念 6 2-3 系統硬體架構 7 2-3-1 非直交式五軸車銑複合加工機 7 2-3-2 個人電腦(PC) 11 2-3-3 EPCIO-6000 11 2-3-4 EPCIO-601-1 11 2-3-5 EDIO-S001 11 2-4 系統軟體架構 12 2-4-1 Set (設定模組) 13 2-4-2 Manual (手動模組) 14 2-4-3 Interpreter (解譯模組) 14 2-4-4 Macro (巨集命令模組) 15 2-4-5 Display (顯示模組) 15 第三章 CNC系統之解譯模組 17 3-1 概述 17 3-2 CNC 解譯器 19 3-2-1 直譯器(interpreter) 19 3-2-2 編譯器(compiler) 22 3-3 車銑複合CNC之MACRO 32 3-3-1 斜面加工循環之Macro 34 3-3-2 機台干涉之Macro 42 3-4 CNC之解譯器與圖形式對話框軟體實現 46 3-4-1 解譯器實現 46 3-4-2 圖形式對話框實現 50 第四章 PC-based即時CNC系統研究 55 4-1 概述 55 4-2 解決即時性的方法 56 4-2-1 硬體即時性 56 4-2-2 軟體即時性 56 4-3 PC-BASED 即時多工作業系統 57 4-3-1 Windows NT作業系統 57 4-3-2 Windows NT即時性 60 4-4 RTX即時系統 63 4-4-1 同步與溝通機制 64 4-4-2 RTX運用與監測使用狀態 65 4-4-3 RTX之Timer 69 4-5 建構RTX即時CNC系統 71 第五章 CNC即時伺服控制器 76 5-1 概述 76 5-2 加減速規劃(插值補間)模組 79 5-2-1加減速順序 79 5-2-2加減速曲線 81 5-2-3加減速規劃模組實現 82 5-3 逆向運動學解模組 83 5-4 閉迴路位置補償系統 85 5-4-1 PID控制器 85 5-4-2 比例控制器補償與實驗 86 5-4-3 控制器性能提昇 88 5-5 即時CNC伺服控制器實現 89 5-5-1 控制器軟體 90 5-5-2 控制器參數調整 91 第六章 PC-based CNC即時系統軟體實現 92 6-1 概述 92 6-2 人機介面 92 6-2-1 Set (設定模組) 92 6-2-2 Manual (手動模組) 94 6-2-3 Interpreter (解譯模組) 96 6-2-4 Macro (巨集命令模組) 99 6-2-5 Display (顯示模組) 100 第七章 結論與建議 102 7-1 結論 102 7-2 建議 103 參考文獻 104

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    下載圖示 校內:2006-08-18公開
    校外:2006-08-18公開
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