电火花铣削加工智能化数控系统开发

个方面来调整加工间隙。

在微观方面,定时采集间隙电压,采用间隙电压变化量和变化率作为微观模糊控制器输入参数, 调整电机进给频率。设Us为设定的比较电压, Ue ( t )为t 时刻检测到的极间电压,则间隙电压变化量ev(t) = Ue ( t ) - Us 。间隙电压变化率Δev ( t ) = ev(t) - ev ( t - 1) 。设f 为模糊控制器输出的进给频率,把两个输入变量均划分为五个模糊子集:NB (负大) 、NS(负小) 、ZE(零) 、PS (正小) 、PB (正大) 。将输出变量f 划分为五个模糊子集:NB (负大) 、NM(负中) 、NS(负小) 、ZE(零) 、PS(正小) 、PM(正中) 、PB(正大) 。输入和输出模糊子集均采用三角形隶属函数。使用下面的模糊消除策略:

同时,PC 机通过状态检测卡读取空载率pd 、火花放电率pe、短路和电弧放电率pa三种百分比。其中只有火花放电率具有蚀除作用, 所以应尽量提高pe。但如果加工中空载率过小, 则极易产生电弧放电,说明进给速度过快。如果短路和电弧放电率过小,则说明加工处于欠跟踪状态, 应提高进给速度。考虑到加工的稳定性, 实际加工中pe一般在70 %285 %之间为最佳。因为空载率pd、火花放电率pe以及短路和电弧放电率pa之和等于1 ,因此,只要控制其中两个参数, 即可实现间隙状态的调节。这也表明当处于最佳加工过程时, 必存在一个最佳短路和电弧放电率以及最佳空载率,分别用pa0和pd0表示最佳短路和电弧放电率以及最佳空载率, 则t时刻短路和电弧放电率误差ea( t ) = pa( t ) - pa0 ,误差变化Δea( t) = ea ( t ) - ea( t - 1) 。t 时刻空载率误差ed( t) = pd( t ) - pd0 , 误差变化Δed( t ) = ed(t) - ed( t - 1) 。

在宏观方面,设计的宏观模糊控制器有四个输入: ea( t) 、Δea( t) 、ed( t ) 和Δed( t ) 。输出为进给步距,本文为步进电机驱动器的细分模式。将两个输入误差变量ea( t ) 、ed( t ) 划分为四个模糊子集, 误差变化Δea( t) 、Δed( t) 划分为三个模糊子集。均采用三角形隶属函数。由于使用的驱动器具有八种细分模式,对应地将进给步距划分为八个模糊集合:P0 、P1 、P2 、P3 、P4 、P5 、P6 、P7 ,采用单值模糊产生器。模糊判决方法采用最大值反模糊化法。若输出量的隶属函数有多个极值,则取较小极值对应的细分模式。

4.3 硬件驱动程序设计

由于Win2k 具有很好的稳定性,因此选用它作为ED - Milling 加工数控系统的软件平台。如图2所示,在ED - Milling 数控系统中,需要使用运动控制卡、I/ O 卡、A/ D 卡、放电状态检测卡等多种硬件。其中只有运动控制卡DMC300 提供了Windows 环境下DLL 库,实现主控制机与运动卡之间的通信。对于其他接口卡,需要开发相应的设备驱动程序。在Win2k 中,设备驱动程序必须根据Windows 驱动程序模型(WDM) 设计。WDM 提供了一种驱动程序分层的框架结构,开发者必须遵循这种结构去组织文件和数据。一个通用的设备驱动程序可由上层类过滤驱动程序、上层设备过滤驱动程序、功能驱动程序、下层类过滤驱动程序、下层设备过滤驱动程序、总线过滤驱动程序和总线驱动程序等构成。当Win32 应用程序发出一个I/O请求后,系统的I/O 管理器将它转换为I/O请求包( IRP) ,并将它传递给上层设备驱动程序, IRP 逐次往下传递,最终由最低层的驱动程序完成与硬件的交互。每层驱动程序只完成IRP 的一部分请求。当驱动程序完成IRP的处理后, I/O管理器把数据和结果返回给Win32用户。根据上述层次结构,开发出了ED - Milling数控系统中使用的各种板卡的驱动程序。

5 结束语

本文给出了一种在Windows2000上实现的电火花铣削加工智能化数控系统。该数控系统硬件由PC 机、DMC300 运动控制卡、放电状态检测卡、A/ D卡、I/O和脉冲电源等组成。软件由Windows2000系统内核、硬件驱动程序、电极损耗神经网络预测、模糊驱动系统、用户应用程序等组成。该系统已应用在笔者研制的电火花铣削加工装置上。实验表明,该系统工作稳定,操作简单,实时性好,具有较强的适用性。