CNC滚筒式丝网印刷机设计及其关键技术研究
摘要
丝网印刷,以其物料适应范围广、对油墨适应性强、印刷墨层厚度调解范围宽等特点而备受青睐,因此,研制印刷速度高,控制精度高,性价比高的丝网印刷机十分必要。 本课题在对国内外滚筒式丝网印刷机分析研究的基础上,设计了一台数控滚筒式丝网印刷机,并对其关键技术进行了深入研究。
首先,根据滚筒式丝网印刷机的印刷特点、控制精度、进行了总体设计。在此基础上研究了丝网印刷机的传动机构,建立了动力学模型,计算和分析了印刷机工作时的启动转矩和负载转矩,进行了动力学分析,确定了负载和功率最佳匹配的交流伺服电机。
其次,提出了基于工控机(IPC)的运动控制器的开放式数控系统方案,构建了基于 IPC 和 PMAC 运动控制器的具有双微处理器主从式结构的开放式数控系统。滚筒式丝网印刷机通过 IPC 的 ISA 总线和 DPRAM 来实现主从处理器之间的通讯,并阐述了该系统硬件的组成结构和系统控制核心 PMAC 和 DPRAM 的特点。
第三,进行了气动部分的设计与分析。在滚筒式丝网印刷机的结构设计中,网辊的快速装夹、自动定位和夹紧、刮墨板的定位和夹紧都是通过气动控制实现的。气动控制部分设计的好坏直接关系到整机性能。在分析了气动执行元件所要实现的功能和逻辑动作顺序的基础上,设计了气动原理图,实物连接简图,并进行了元件选型。搭建了气动实验控制平台,并进行了仿真试验。
最后,将自适应 PID 控制技术应用于滚筒式丝网印刷机的 CNC 控制系统。为了使印刷过程达到最佳,该数控系统中的自适应 PID 参数调节采用人工智能模型,由 PC 机根据工况变化而自动改变给定值,并传递给 PMAC 运动控制器,由 PMAC 实现印刷过程的 PID 自动调节控制。
Mesh-printing, for adapting various of material, having strong adaptability of ink and with broad adjusting range of ink thickness, is welcomed. So, it’s necessary to develop roller mesh-printer with higher printing speed, high precision, good performance and lower cost.
On the basis of analyzing and studying roller mesh-printer at home and abroad, design a roller mesh-printer controlled by CNC, meanwhile, fully studying its key technology.
First,according to printing characteristic and controlled precision of roller mesh-printer, carry out total design. On the basis of those work, build up kinetic model on its drive framework, in turn, calculate and analyze printer’s starting torque, load torque. A AC servo electromotor is chosen.
Secondly, a controlling project based on IPC+ PMAC is bring out, and this project has open-CNC system. The open CNC system has a master and slave structure of two microprocessor, communication between master and slave microprocessor is realized by ISA bus of IPC and DPRAM.
Thirdly, design and analysis of a pneumatic portion is achieved. In printer, screen’s fast assemble, automatic fix and tighten as well scrape ink board’s fix and tighten, all these are controlled by pneumatic. the design of pneumatic portion will directly influence printer’s performance. Based on analyzing function and logic ranking of pneumatic components, pneumatic principle plan, connect map, as well pneumatic components’ model are achieved. A platform to simulate the real work situation of printer is made up, and emulational test is brought to success.
Finally, the technology of PID self-adaptable control is applied to printer CNC system. In order to make the control process to the high-point, an artificial intelligence type is used to adjust parameters of PID of the CNC system. According to screen’s speed and input data to
PMAC is changed parameters by PC, then PMAC realizes PID’s self-adaptable control.
首先,根据滚筒式丝网印刷机的印刷特点、控制精度、进行了总体设计。在此基础上研究了丝网印刷机的传动机构,建立了动力学模型,计算和分析了印刷机工作时的启动转矩和负载转矩,进行了动力学分析,确定了负载和功率最佳匹配的交流伺服电机。
其次,提出了基于工控机(IPC)的运动控制器的开放式数控系统方案,构建了基于 IPC 和 PMAC 运动控制器的具有双微处理器主从式结构的开放式数控系统。滚筒式丝网印刷机通过 IPC 的 ISA 总线和 DPRAM 来实现主从处理器之间的通讯,并阐述了该系统硬件的组成结构和系统控制核心 PMAC 和 DPRAM 的特点。
第三,进行了气动部分的设计与分析。在滚筒式丝网印刷机的结构设计中,网辊的快速装夹、自动定位和夹紧、刮墨板的定位和夹紧都是通过气动控制实现的。气动控制部分设计的好坏直接关系到整机性能。在分析了气动执行元件所要实现的功能和逻辑动作顺序的基础上,设计了气动原理图,实物连接简图,并进行了元件选型。搭建了气动实验控制平台,并进行了仿真试验。
最后,将自适应 PID 控制技术应用于滚筒式丝网印刷机的 CNC 控制系统。为了使印刷过程达到最佳,该数控系统中的自适应 PID 参数调节采用人工智能模型,由 PC 机根据工况变化而自动改变给定值,并传递给 PMAC 运动控制器,由 PMAC 实现印刷过程的 PID 自动调节控制。
Mesh-printing, for adapting various of material, having strong adaptability of ink and with broad adjusting range of ink thickness, is welcomed. So, it’s necessary to develop roller mesh-printer with higher printing speed, high precision, good performance and lower cost.
On the basis of analyzing and studying roller mesh-printer at home and abroad, design a roller mesh-printer controlled by CNC, meanwhile, fully studying its key technology.
First,according to printing characteristic and controlled precision of roller mesh-printer, carry out total design. On the basis of those work, build up kinetic model on its drive framework, in turn, calculate and analyze printer’s starting torque, load torque. A AC servo electromotor is chosen.
Secondly, a controlling project based on IPC+ PMAC is bring out, and this project has open-CNC system. The open CNC system has a master and slave structure of two microprocessor, communication between master and slave microprocessor is realized by ISA bus of IPC and DPRAM.
Thirdly, design and analysis of a pneumatic portion is achieved. In printer, screen’s fast assemble, automatic fix and tighten as well scrape ink board’s fix and tighten, all these are controlled by pneumatic. the design of pneumatic portion will directly influence printer’s performance. Based on analyzing function and logic ranking of pneumatic components, pneumatic principle plan, connect map, as well pneumatic components’ model are achieved. A platform to simulate the real work situation of printer is made up, and emulational test is brought to success.
Finally, the technology of PID self-adaptable control is applied to printer CNC system. In order to make the control process to the high-point, an artificial intelligence type is used to adjust parameters of PID of the CNC system. According to screen’s speed and input data to
PMAC is changed parameters by PC, then PMAC realizes PID’s self-adaptable control.
引文
[1] 21 世纪丝网印刷的发展趋势与市场.中国印刷第七届世界印刷大会特刊,2001
[2] 宋强,等.丝网印刷.北京:化学工业出版社,2002
[3] 长芦美.印艺说.天津:天津社会科学院出版社,2002
[4] 洪钟洲. 创建开放式数控系统是我国制造业发展的需要. 机电一体化,2000(2):9～12
[5] 林峰、巫少龙.开放式数控系统的现状及发展趋势.机械,2003,30:12～16
[6] 沈晓安.开放式数控系统的特征和比较分析.机电工程,2003,20(5):20～21
[7] 冯树枝.丝网印刷中的套准.丝网印刷,2001(1):15~16
[8] 雨艳.数字成像对丝网印刷的影响.印刷技术,2003(5):4~5
[9] 钱军浩.现代印刷机与质量控制技术,北京:中国轻工业出版社,2001
[10] 白成志.自动进刀结构的设计与制造.机械工程师,1999(5):9~10
[11] 闫德元.双级延伸喷管空间机构的力学分析. 推进技术,1999,20(2):
[12] 潘小宁.机械结构设计教学方法探索.南通工学院学报,2001,17(2):
[13] 盛定高.基于 PC 开放式数控系统的特征及优势.机床电器,2002(5):20～21
[14] 尹家凡、王孙安.基于 PC 的开放式数控系统的研究.机床与液压,2003(2):88～90
[15] 唐小会. 基于 PC 的开放式数控系统的研究与开发:[ 学位论文].成都:电子科技大学
[16] 林述温.机电装备设计.北京:机械工业出版社,2002.4
[17] 朱勇.滚筒送经机构中的摩擦理论分析.东华大学学报(自然科学版),2003,29(1):
[18] 魏修亭,等.基于约束的平面机构运动建模及其应用.机械科学与技术,1999,18(3):
[19] 张捷.电-气动伺服系统实验平台的设计与研究. 北京工业大学学报,2000,26 增刊:
[20] 张运球. A062 型电器配棉器电磁吸铁改气动控制.棉纺织技术,2003(5):159~160
[21] 曹玉平.多功能全气控气动系统教学实验台设计.液压与气动,2001(1):18~19
[22] 孙灏,等.机械设计手册(5).北京:机械工业出版社,1998
[23] PMAC User’s Manuals.DELTA TAU DATA SYSTEMS,INC,1999
[24] PMAC 用户手册.北京元茂兴控制设备技术有限责任公司,2003
[25] 郝钢、韩秋实、孙志永.基于 PMAC 的开放式数控系统性能的研究.北京机械工业学院学报,2003,18(2):24～28
[26] Turbo PMAC2-PC Ultralite Hardware Reference Manuals.DELTA TAU DATA SYSTEMS,INC,1998。
[27] PMAC OPTION2 Manuals.DELTA TAU DATA SYSTEMS,INC,1999。
[28] PMAC Pewin32 software Manual.DELTA TAU DATA SYSTEMS,INC,1999。
[29] PMAC Pcomm software Manual.DELTA TAU DATA SYSTEMS,INC,1999。
[30] PtalkDT ActiveX-Accessory Manual.DELTA TAU DATA SYSTEMS,INC,1999。
[31] 乔俊飞.液压系统中压力的自适应控制.电工技术学报,2000,15(3):
[32] 金正雄.基于折衷原则的 PID 控制方案的寻优.电子科技大学学报,2000,29(6):
[33] 刘晋,任偲.PMAC 运动程序及 PLC 程序编写.制造技术与机床,2002(10):52～54
[34] 李永忠.用 VC++的多线程技术设计应用程序界面. 西北民族学院学报(自然科学版).2003,24(47):44~49
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