基于CoDeSys的开放式熔积成形控制器

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始于上世纪末的快速成形,是利用材料分层累加原理的新型制造技术,与传统的机械加工制造技术相比,具有快速、准确并且能够制造复杂模型的特点,已经广泛应用于越来越多的制造领域。近些年来,金属材料的快速成形技术特别是铝合金的熔积成形技术已经成为当前国际国内的一个研究热点,并且熔积成形技术是一种成形效率高,可成形材料广泛,成形件无大小限制,并可进行无模成形的低成本先进制造技术。  本文结合CodeSys的开放式数控软件平台和Ethercat实时以太网技术,构建了基于CMT焊接电源的PC-based网络化拓扑结构的开放式熔积成形控制器。控制器组成主要分为网络拓扑搭建和硬件组成以及运动控制平台和轨迹规划。  利用Beckhoff公司E-bus硬件端子模块搭建基于Ethercat总线的系统网络拓扑结构,以工控机作为系统控制器主站通过总线端子模块耦合从站端子,而从站端子模块通过脉冲发生模块以及数字量输出模块实现系统网络拓扑与硬件执行机构的有效链接,硬件执行机构不仅包括由搭载变位机的直角坐标机器人构成的焊枪行走机构还有控制熔积成形工艺要求的CMT焊机组成;另外利用3S公司的开放式数控软件Codesys进行系统控制器的软件开发,建立可视化人际交互界面,软件开发保证网络拓扑搭建的有效性以及与硬件执行机构,即搭载了旋转翻转两自由度变位机的五自由度直角坐标机器人匹配的可靠性,平稳完成既定操作实现熔积成形过程。  本文的重点在运动控制开发设计中,三维建模软件实现理想化建模过程,通过软件切片分层得到分层数据STL文件,采用Windows操作系统作为开发平台,选择Visual Basic语言作为开发工具,开发熔积成形自动编程软件,最终得到的是焊枪行走机构的位置信息G代码。基于数控软件Codesys开发的软件平台自动读取应用程序生成的G代码信息,通过人机交互界面操作实现熔积成形过程的自动运行。在实际熔积成形过程中,焊枪行走机构以G代码位置信息作为基础,变位机通过实际焊枪行走机构的位置反馈判断直线段或曲线段,执行变位操作,最终实现空间曲面的熔积成形过程。  本文针对回转体金属工件的熔积成形,采用冷金属过渡技术的快速成形方法,进行实体熔积成形过程研究,验证了轨迹规划的正确性以及系统控制器的有效性以及可操作性,实现了自动化熔积成形过程,并达到预定的精度要求。
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