硕士论文-直接面向加工路径的开放式数控系统研究

济南大学硕士学位论文直接面向加工路径的开放式数控系统研究姓名：张恒申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：曹树坤20090530直接面向加工路径的开放式数控系统研究作者：张恒学位授予单位：济南大学相似文献(7条)1.学位论文卫葳基于RTLinux的PCB钻床开放式数控系统的研究与开发2007印刷电路板(PCB)制造技术是电子信息制造业的重要基础和组成部分。印刷电路板制造所用的数控钻床是印刷电路板精密孔位加工的关键设备。数控系统是数控机床的核心。开发具有自主知识产权的PCB数控钻床的数控系统对于提高我国电子制造工艺装备水平具有重要的现实意义。本文在充分分析和研究了数控系统软件平台特点的情况下，分别对DOS、Windows和RTLinux这几种操作系统作为数控系统软件平台的优劣进行了比较，并在此基础上，研究了基于RTLinux的PCB钻床开放式数控系统。本文首先对RTLinux的特点进行了深入的分析和研究，在理论上RTLinux完全可以满足数控系统所特有的实时性和多任务处理的要求。同时，本文着重介绍了基于RTLinux的软件开发方法及关键技术。随后，本文在深入研究了数控系统功能需求的前提下，并根据RTLinux的特点，构建了数控系统的体系结构。详细定义了各个功能模块，并讨论了各个模块之间的数据传递方式，以及系统的调度机制。最后，采用Qt/C++/C编程实现了各个功能模块。在PCB加工过程中，加工路径的选择是影响加工效率的主要因素。本文采用遗传算法(GA)针对PCB加工过程中的路径优化问题进行了深入的研究。在建立了加工路径数学模型的基础上，采用遗传算法较好的解决了路径优化问题。同时，对算法中变异算子的设计，以及变异概率的选取对优化结果的影响进行了更深入的讨论，提高了算法的效率。2.期刊论文曹树坤.张恒.昃向博.陈秀生.王群.CAOShu-kun.ZHANGHeng.ZEXiang-bo.CHENXiu-sheng.WANGQun直接面向加工轨迹的开放式数控系统及其控制技术-组合机床与自动化加工技术2008,(12)针对目前NC编程采用G、M代码存在的种种问题,提出一种在UG环境下设计零件的轮廓,结合UG的二次开发工具之一UGGRIP模块来提取零件的加工轨迹坐标的新思路,实现了零件加工信息的共享.详细介绍了基于该设计思想的DSP控制系统硬件设计和软件设计,最后给出了上位机PC与下位机DSP之间的通信电路.通过在数控铣床上进行实验.成功的实现了基于DSP控制的X-Y工作台的两轴联动,对今后开放式数控系统的成功研发和打破数控机床依靠国外数控系统的现状,都具有积极的意义.3.学位论文李为建基于开放式体系的仿型铣床数控系统研究2003论文共分为七章.第一章简单介绍了开放式数控系统研究现状、数控仿型加工和课题的研究意义,提出了基于开放式体系的仿型铣床数控系统新思路.第二章首先对开放式数控系统体系结构进行分析和研究,并着重介绍开放的模块化结构控制器(OMAC),然后结合所开发的数控系统,对采用OMAC体系结构的开放式数控系统进行了研究.第三章对仿型加工理论和发展进行分析和研究,结合加工路径生成理论和方法,提出基于测点数据的直接仿型加工方法,并对具体实现方案进行探讨.第四章首先介绍了开放式体系的仿型铣床数控系统的总体设计方案,给出了系统软硬件设计方案和模块划分方案,然后介绍了该系统的两大模块:仿型加工数控代码解释模块的设计方法,并给出了具体的算法.第五章主要论述了开放式体系的仿型铣床数控系统的主要功能模块:仿型加工模块和数控代码解释模块的开发方法和开发过程,以及具体实现.同时,给出开放式体系的仿型铣床数控系统中系统软件的集成实现,并对其它功能进行了介绍.第六章一方面编制数控加工代码,在所开发的数控系统上进行数控加工,以验证数控加工系统的有效性;另一方面,对测量得到的数据,经过仿型系统处理后生成加工路径,进行仿型加工实验,以验证仿型加工算法和仿型功能实现的有效性.第七章给出了该论文的结论和展望.4.学位论文孟书云高精度开放式数控系统复杂曲线曲面插补关键技术研究2006随着工业进步和人们生活水平的提高，具有复杂曲面的产品在生产和生活中应用日益广泛。这些产品的共同特点就是精度要求高、结构复杂。因此，如何高精度、高效率、低成本地加工这些产品，是诸多工业领域对现代制造业提出的基本要求。本文在江苏省自然科学基金招标项目的资助下，以曲面上自由曲线型刀轨的插补作为研究对象，拓展现有曲面加工方法，就曲面直接加工时刀具轨迹的导引线生成方法、曲面上曲线的直接插补算法以及空间自由曲线的多轴联动实时高精度插补算法等三个主要问题进行了深入细致的探索研究。首先提出复杂曲面笔式加工的概念。就笔式加工模式可分为单一路径型笔式加工和局部区域环型笔式加工。复杂曲面的笔式加工方法，克服了等参数线法和等平面法加工曲面的局限性，有利于提高曲面加工效率，改善曲面加工质量。基于复杂曲面笔式加工的概念，给出基于B样条方法的环切刀具轨迹生成方法。二维封闭B样条曲线环的控制多边形会形成闭合多边形。通过分析封闭曲线环围成的封闭区域的几何拓扑关系，给出了区域内环切导动线的两种生成方法。一种基于映射原理，根据内偏置闭合多边形与外轮廓多边形之间的相似性，由外轮廓控制多边形的各角形域与简单单连通域之间的映射，得到内偏置闭合多边形各角形域顶点。同时，对复杂多边形轮廓偏置过程中产生的自交现象进行了分析，给出了生成无干涉内偏置多边形环的新方法。该方法适用于任意形状多边形构建的二维复杂边界区域内加工路径的生成。而最终的二维导动曲线环是一族B样条曲线，其控制顶点为内偏置多边形顶点。另一种为蛛网型刀具路径生成方法，通过构造封闭多边形的中心，对经线等分，顺次连接等分点得到内偏置导动曲线环。优点是可以避免内偏置环的干涉，但有应用范围限制。导动曲线从二维平面映射到三维曲面上，生成的才是刀触点轨迹线——一族空间曲线环。由于曲面曲率的连续变化，曲线环间产生的轮廓误差并不一致。因此，定量计算了在预置的均匀行距下，由平面导动曲线环生成的刀触点轨迹环间的实际曲面轮廓误差，提出了基于误差约束的变行距的环型B样条导动曲线族的生成方法。并指出，可以通过调节导动曲线局部的控制顶点，将曲面局部区域轮廓误差控制在要求的范围之内。为提高曲面上曲线的插补精度，解决加工过程中高进给速度和高精度要求之间的矛盾，插补过程分两个阶段进行。第一阶段为粗插补，给出了无直接数学描述形式的复杂曲面笔式加工轨迹线的插补算法。鉴于直接对该类曲线路径进行插补计算有难度，提出一种基于NURBS导动曲线的曲面上自由曲线的直接插补算法。从NURBS导动曲线和曲面上自由曲线之间的运动几何关系出发，以刀触点速度恒定为前提，由导动曲线参数对时间的Taylor展开式计算出下一粗插补点在导动曲线上对应的参数，从而间接得到加工迹线为曲面上曲线的刀触点坐标。算法确保所有刀触点均位于复杂曲面上。算法仿真测得插补时间小于2ms，但是粗插补理论精度会随进给速度加大而降低。最后分别对三轴和五轴联动应用该算法时带来的理论非线性轮廓误差进行分析，给出误差控制方法。在不降低进给速度前提下，为进一步提高插补精度，减少加工数据量，依据前一阶段的粗插补数据，提出了第二阶段参数细分实时插补算法。该算法以粗插补得到的刀位和刀轴方向数据为输入，就刀心点轨迹给出了基于参数三次多项式曲线的参数细分实时插补算法和基于三次B样条曲线的参数细分实时插补算法，并作分析比较；就刀轴方向给出了三次样条参数细分实时插补算法。该算法分三步“区间搜索——分段逼近——逐段细化”完成。在计算机上对算法进行测试，测得插补计算时间小于0.03ms。通过实例验证，在进给速度为6000mm/min，细分数为20情况下，插补误差小于0.25μm。研究发现随着逐段逼近精度提高以及细分数目增加，细分插补误差会更小。本文对复杂曲面笔式加工时的实时插补技术进行了全面系统的研究，给出了具体的实现方法和相关配套技术。曲面笔式加工的思想，避免了现有加工模式带来的问题，为实现复杂曲面的高效高精度加工奠定了基础。5.学位论文陶媚两自由度并联实验平台数控系统的开发研究2003该论文针对这种两自由度并联平动机构的结构特点,建立了其控制关系的数学模型,分析了它的位置正反解、速度反解及其雅可比矩阵,并进一步给出了其工作空间和灵巧性的分析,在此基础上研制了实验平台样机,为并联实验平台数控系统的开发奠定了基础.根据并联实验平台的结构特点以及它与传统机床控制规律的不同,该文采用开放式、模块化体系结构建造数控系统,在标准化与多样化的基础上设计了软、硬件模块,这样就可以通过加减配置不同的模块来构造数控系统,实现系统积木式的集成.在并联实验平台数控系统硬件的设计中,该文采用多微处理器结构,以PC机+多轴运动控制器进行构建.这种结构既简化了控制系统的结构,又具有较好的可靠性和一定的开放性.在软件开发的过程中,考虑到与传统数控的兼容性,采用NC代码作为零件加工程序所用的输入代码.整个数控索统软件以Windows2000为操作平台,采用面向对象和模块化编程技术,以VisualC++为编程环境,设计制作了用户界面,并利用动态链接库实现对GT-400-SG运动控制器的直接控制.最后在实验平台上进行了实际的控制实验,得到了合理正确的加工路径,验证了数控系统轨迹控制的正确性.6.期刊论文朱晓明.王永章.富宏亚.ZHUXiaoming.WANGYongzhang.FUHongya基于STEP-NC数控系统的译码模块及坐标问题-机械工程学报2007,43(1)针对STEP-NC的数据模型和面向对象的编程特征,运用模块化软件设计思想,建立译码模块的四个功能子模块.①输入子模块负责解析STEP-NC程序,设计专门的数据结构用来存储程序行实体信息.②识别子模块识别加工程序中的各种实体,提出特定的识别顺序以保证识别准确度.③建模子模块根据实体类型,通过实体映射的方法建立相应的C++类库模型.④路径规划子模块根据模型参数规划加工路径,并给出其工作过程.路径规划涉及的一个复杂问题就是坐标转换.对STEP-NC标准中坐标的层次结构进行了归纳,对路径规划过程中的坐标参照原则进行了详细介绍.通过一个基于STEP-NC接口的三维铣削仿真系统的仿真试验,生成可视的刀具路径,证明路径规划的正确性.最后将译码模块移植到开放式数控系统中,通过实际的加工试验验证译码模块的有效性和正确性.7.学位论文艾波等离子熔积成形几何形貌控制软件模块开发2008等离子熔积直接快速成形是一种可以低成本快速成形高熔点满密度金属零件的方法，在航空航天器零部件快速研发与制造方面有着广阔的应用前景。然而，目前等离子熔积直接快速成形在成形精度上还有待提高。等离子熔积成形影响因素较多，对成形过程的控制处在开环的状态。现有等离子快速成形系统的数控系统是专用的封闭式系统，难以与堆焊控制系统形成交互以结合高速铣削光整加工技术构成等离子熔积的闭环控制，开发一台能与堆焊控制系统交互控制的开放式数控系统是本课题的研究目的。对采集数据进行有效分析实时反馈控制熔积成形过程是本文的主要研究内容。本课题组利用VisualC++6.0平台开发了基于该运动控制卡的等离子熔积数控软件，在此基础上本文对新的功能需求进行了补充完善。增加加功能有：NC代码下载、借助数据库SQL及SQL语言技术对采样数据进行保存及访问、加工路径实时演示、机床注油、气帘控制、焊机启动、板卡释放及复位。熔积过程中层间的热累积效应直接影响熔池形貌，容易导致熔积层的宽度超过预先设置的路径宽度。严重情况下，熔解的液态金属在重力作用下出现流淌烧塌现象，使得金属零件无法成形。本文通过对影响熔池形貌的工艺参数的研究，在借助正交实验及MATLAB软件分析得到了有关表征热输入量的关键物理量-电流的预测熔宽模型来指导加工过程，减少熔积成形过程中的流淌量，提高金属零件原型的可成形性和精度。在多层熔积时，焊道容易出现欠堆和过堆现象。在熔积过程中由于欠堆或过堆，会产生拉弧或息弧现象以及发生机床行走到拐角处时枪头与焊道碰撞