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基于PMAC控制器的成型砂轮数控技术研究摘要]分析以PMAC运动控制器为基础的任意母线砂轮修形机的原理和功能，借助PMAC中的驱动接口
数据库Pcomm32PRO和执行程序PEwin32PRO开发工具，开发砂轮修改机的用户软件，在PLC程序支持下
实现控制面板的快捷功能通过对PID参数的优化减少自身误差.试验证明，该系统可以实现砂轮的数控成型
砂轮修形.
〔关键词〕成型砂轮;数控技术;误差调整
PMAC(ProgrammableMulti一AxisController)
可编程多轴控制器，是美国DeltaTau公司于1990
年推出的PC机平台上的运动控制器，它是集运动
轴控制、PLC控制，以及数据采集的多功能的运动
控制产品〔’口.磨削加工是零件的精加工方法之一，有
时也是精密机械加工最终工序，直接决定工件的质
量川.本文借助PMAC对成型砂轮高精度修形的关
键技术进行改造，以实现数字控制.
成型砂轮修形机数字控制系统设计
成型砂轮母线修形的数字控制原理
图1是砂轮母线修形机结构框图.
通过NC程序控制X，Y方向驱动和定位组驱
动金刚笔来修形的砂轮.CNC数控系统用设计的母
线控制X，Y方向的驱动及定位组件联动将成型砂
轮的母线修形成任意一种需要的形状.X，Y方向的
驱动及定位组件的定位部分获得的X坐标和Y坐
标，可以反馈到CNC数控系统，修正X向和Y向的
位置误差.
由图2可知运动控制器与PC机、控制面板连
接.PC机中存储了采用VC++语言编制的专门控
制软件，该软件可以读取NC程序.控制面板上设置
有X/Y轴选择、正/负方向移动、主轴电动机正转、
以及快速户漫速进给倍率等按钮，可以实现对机床的
直接控制.CNC控制系统是以PMAC运动控制器
为基础开发的专用控制系统.
1.2基于PMAC运动控制器的成型砂轮修形机控
制系统设计
控制系统采用的是开放式数控系统，主控制部
分选用普通PC机.数控系统的硬件选型原则是在
满足机床功能和精度要求的前提下，保证较高的可
靠性和兼容性.机床数控系统硬件包括:主轴驱动电
动机、伺服驱动装置、PMAC运动控制器、主机.
主轴驱动电动机为砂轮母线加工提供重要的加
工参数(主轴转速S)以及数控加工的驱动力等.主
轴电动机选用朝阳单相异步电动机YLgo一4，技术参
数:功率750W，电压22OV，转速14O0r/min，电流
5.2A.
伺服驱动装置为砂轮修形提供进给速度F，直
接决定加工精度和效率.系统采用了安川伺服电动
机和驱动器作为系统X轴和Y轴的伺服驱动装置，
具有调节的时间短、高速度、高精度以及运行平稳等
优点.X轴和Y轴均选用的是E一n系列产品SG-
MAH一o4AAA41伺服电动机及其SGDM一04ADA
伺服驱动器，技术参数:额定功率0.4kw，电压200
V，额定转速3ooor/min，最高转速5000r/min，额
转转矩1.27Nm，瞬间最大转矩3.82Nm.
控制核心PMAC运动控制器包括PMACZA-
PC104、ACC一ZP高速数字通讯扩展板、ACGI+
ACC一2接线板、ACC一34AE等.
PMACZA一PC104主要参数有:四通道SV脉冲
+方向控制伺服，也可输出12位nOV模拟量;每
通道提供2个回零、1个限位;PClo4总线，4oMHz
DSP控制;RS232串口通信.
ACC一ZP高速数字通讯扩展板:8个16位双端
口RAM;数字1/0板，1/0扩展板;另外提供16个
SV:自定义的1/0点，以及2个手轮通道.
ACC一1+ACC一2接线板:提供4路脉冲十方向
输出;12位110V模拟量;可接4路编码器/光栅反
馈，带底板.
ACC一34AE:1/0扩展板，功能主要是8路1/0，
将主卡上SV信号转换成为24V输人/输出信号接
主卡1/0.
电动机驱动设备是伺服电动机与ACC一1+
ACC一2接线板连接的中间设备，将PMAC主板控
制指令转化成电信号驱动伺服电动机转动.主要参
数有:扭距，1.27Nm;」质量，0.173kg·。m，(可带30
倍以内的惯量);3000r/min，13位增量式码盘.
板卡选型完毕之后，在控制柜的各部分连线的
过程中安装了6个保护开关和4个电磁继电器，以
保证强弱电的分离和各部分电路的安全.主机选用
普通PC机，方便开发和扩展;使用普通USB数据
线或者PMAC专用RS232数据线实现普通PC机
与该控制系统的通信.
2误差补偿控制
误差补偿包括刀具补偿、间隙补偿、丝杆补偿和
PID补偿.其中刀具补偿、间隙补偿、丝杆补偿受加
工过程中使用刀具以及选用的滚珠丝杠精度的影
响[，:.
2.1PID控制原理
PMAC控制器提供一个PID位置环伺服滤波
器，通过设置每个电动机的适当的1变量来调节.下
面是PID调节时涉及到的主要参数及其作用:
Ix3o，P参数，比例增益，提供系统的刚性;
Ix31，D参数，微分增益，提供稳定需要的阻
尼;
Ix33，I参数，积分增益，消除稳态误差.
PID的实际算法:
伺服周期n内所得的跟随误差
FE(n)=CP(n)一A尸(n);
伺服周期n内的实际速度
AV(n)=A尸(n)一八尸(n一1);
伺服周期n内的指令速度
CV(n)一(沪(n)一CP(n一1);
伺服周期n内的指令加速度
〔风(n)一CV(n)一〔y(n一1).
其中:CP(n)为n周期内的指令位置;A尸(n)为n周
期内的实际位置;CV(n)为n周期内的指令速度.
2.2调节系统PID参数前后系统响应分析
执行一个脉冲响应.等主机下传数据，进行数据
采集并将采集到的数据画成位置曲线与命令曲线比
较(图3).分析图形由于摩擦、恒力或系统限制造成
了位置偏差.图4为参数调节后的脉冲响应曲线，通
过与图3对比，可看出在提高刚性参数后系统对脉
冲响应的跟随误差被降低，缩短了系统响应的时间，
提高了该系统砂轮磨削的精度.所以通过适当增大
Ix30比例增益，提高系统的刚性和跟随精度.
3控制软件开发
3.1VC十+开发专业控制软件
用户应用软件包括3个部分:PC机的人机界面
应用程序、上下位机进行通讯的通讯驱动程序和
PMAC中对各种输人输出量进行监控的PLC程序.
其中通讯程序利用DeltaTau公司提供的Pcomm32
和Pmae.dll进行开发仁‘〕;PLC程序可在
PEWIN32Pro中编写，然后下载到PMAC卡;人机
界面应用程序采用Microsoft公司的VisualC++
6.0语言进行开发，基于动态链接库Pmac.dll编写
应用程序模块.Pmac.dll是一个由200多个函数组
成的动态链接库，包括了PC机和PMAC进行通讯
的所有方式.利用Visua1C++调用这些函数就可
以完成PC机和PMAC之间的数据交换，实现对机
床的控制(图5).
软件主要分为以下几个部分:主界面，为了使用
户能方便快捷的了解各项功能及操作的方便，包涵
了大部分功能;初始化界面，包括电动机的选择、坐
标系的选择和各项参数的初始化;进给倍率界面，通
过设置可以改变进给倍率;手动操作界面，可以使用
鼠标点动操作，也可以输入需要调整的位置进行相
应的操作，结合进给倍率应用;程序编辑与运行界
面，可以在这里打开已经编译好的加工程序(TXT
文件、NC文件和PMAC文件)，编写或修改加工程
序，运行、停止加工程序;刀具补正界面，可以调整刀
补所需的值.
3.2控制面板功能实现与PLC程序编制
在控制面板上设置特定按钮就是为了实现对控
制系统更直接快捷的控制，例如友嘉精机以
FANUC系统为基础的数控车削中心的控制面板上
就设置了程序编辑区、旋钮区、手动按钮区等.可以
实现X/Y轴选择、快/慢速移动和程序模拟等功能.
在PMAC特有的PLC程序的支持下，在砂轮修形
机控制柜上设置快捷按钮可以使机床操作更方便.
控制面板具有以下功能:1)回零，为各轴回复机
械原点时使用;2)X/Y轴选择，旋转此旋钮，可激活
要选择的轴，使该轴进行回零、移动等操作;3)轴正
/负向移动，在与轴的选择同时作用的效果下，实现
对X/Y轴移动的控制.
在PMAC系统中，PLC程序与控制面板上功能
是一一对应的.PLC程序可在PEWIN32Pro中编写
后下载到PMAC卡上，实现控制面板功能.PLC程
序在监视模拟和数字输人、设置输出、发送信息、监
视运动参数，像主机一样执行命令，改变增益以及开
始和停止运动时是特别有用的困.
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