基于UMAC的精密辊筒机数控系统研究与开发

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于UMAC的精密辊筒机数控系统研究与开发刘聪二〇一八年五月分类号：学校代码：11845UDC：密级：学号：2111501098广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于UMAC的精密辊筒机数控系统研究与开发刘聪指导教师姓名、职称：刘建群教授学科(专业)或领域名称：机械工程学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineeringScience)R&D

2、ofPrecisionRollerLatheCNCSystembasedonUMACMasterCandidate:LiuCongSupervisor:Prof.LiuJianqunMay2018SchoolofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要微结构表面由于具有一定的形状及排布特征而具备一定的物理功能。具备不同功能的微结构如今被广泛应用于液晶显示、新能源、信息通讯、航空航天等诸多领域。随着此类工件需求日益

3、增加，传统的制造工艺已不能满足需求。“辊对辊”压印技术作为一种能在短期内完成大量微结构表面复制成型的加工技术，是目前性价比最高的批量生产微结构表面的加工工艺之一。作为“辊对辊”加工工艺核心环节的辊筒模具加工技术在我国起步较晚，为了满足辊筒模具大尺寸、高精度、高复杂度的要求，目前均依赖进口国外该类机床完成。本文以UMAC可编程多轴运动控制器为开发平台，开展了对精密辊筒机数控系统的硬件设计、软件开发、微结构加工及仿真的关键技术探究，目的是为加工出高质量的微结构阵列表面。结合精密辊筒机床的机械结构及加工特点，首先搭建了精密辊筒机数控系统的硬件结构。配置了包括工控机、运动控制

4、器、直线电机、主轴、快刀轴、驱动器、光栅尺等在内的电控系统。在数控系统上位机软件的方面，选择Qt4.8作为平台，调用UMAC的API函数，开发出一套操作简单、界面友好的人机交互界面。其次，对圆柱表面微结构加工过程进行分析，在理论层面探讨圆柱表面微结构阵列的表征及加工方法，运用MATLAB对微结构的3D形貌建模，并生成相应的加工代码，借助DIFFSYS仿真软件对具有正弦微结构阵列、球面微结构阵列的辊筒零件进行仿真。同时针对的加工特点，对UMAC进行一系列的功能实现，包括了主轴C轴模式切换、G代码解析、手轮及回零等一系列特定功能。最后，辊筒机需要加工大尺寸高精度的圆柱辊筒

5、模具，为保证系统可靠性，利用阶跃信号和抛物线信号对控制系统的相关参数进行整定，改善动态特性和静态特性，实现了PID参数的调节优化。随后利用激光干涉仪测量机械系统X轴的定位精度、重复定位精度。运用定位误差补偿原理，对X轴的误差进行补偿，最终得到微米级的精度，满足加工要求。关键词：辊筒机；圆柱面微结构阵列；UMAC；Qt；I广东工业大学硕士学位论文ABSTRACTThemicrostructuresurfacehasdifferentphysicalfunctionsbecauseofitscertainarrangementcharacteristics.Microst

6、ructureswithdifferentfunctionsarenowwidelyusedinmanyfieldssuchasdisplay,newenergy,communication,aerospaceandsoon.Withtheincreasingdemandformicrostructures,traditionalmanufacturingprocessescannolongermeetthedemand.The"roll-to-roll"imprintingisaprocessingtechnologywhichcancompletealargenu

7、mberofreplicatingmicro-structuresurfacesinashorttime,anditisalsothemostefficientprocessingtechnologyforproducingmicro-structuredsurfaces.Asthecorepartofthe"roll-to-roll"processingtechnology,therollerdieprocessingtechnologystartedlateinChina.Atpresent,theyallrelyonimportedforeig