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多轴数控系统译码模块的研究

作　者: 赵亮
导　师: 孙月海
学　校: 天津大学
专　业: 机械工程
关键词: 刀具半径补偿 宏编程 译码模块 数控系统
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着多轴加工中心、车削复合加工中心等多轴加工机床的应用范围不断扩大，多轴数控加工技术成为当前数控系统研究的主流方向。本文在分析可重构数控系统架构的基础上，研究了数控系统各个核心模块的基本原理，并从实际应用角度，重点研究了在多轴数控系统中执行数据转换功能的译码模块。全文的研究工作和成果如下：研究可重构数控系统软件和硬件的架构方法，分析了数控系统人机交互模块、译码模块、PLC控制模块和运动控制模块等主要模块的功能原理。从数控系统功能模块之间的通讯角度，对可重构数控系统进行分类，包括基于前后台通信原理和基于中断响应原理的数控系统，并研究了这两种数控系统的工作原理和设计方法。重点分析数控系统译码模块的功能和软件设计方法。总结译码模块的主要功能特点，在分析系统内部数据流动方式的基础上，研究基于寄存器交换算法的译码模块架构方法和主要处理函数。在TDNC-SX数控系统译码模块中开发出循环加工指令，并将译码模块与PLC模块相结合，实现了系统自动换刀功能。通过添加其它加工指令，使之成为一款工业级的功能模块。根据现阶段多轴数控加工技术不断发展的情况，提出了多轴数控系统译码模块的设计方法和功能组成，在TDNC-SX数控系统上实现了对9轴以下任意多轴数控机床的译码功能。为了方便多轴数控系统译码模块的开发工作，在Windows平台下使用OpenSceneGraph图形库和C++编程技术编写译码模块的仿真软件。该仿真软件能够显示刀具的实际运动轨迹，并响应用户的鼠标输入，对轨迹进行平移、旋转和放缩。研究了译码模块中刀具半径补偿功能。在分析平面刀具半径补偿功能的基础上，对补偿算法进行了优化，并提出了一种多轴数控系统空间刀具补偿的计算方法。对数控机床常用的加工刀具建立了刀位点和刀具接触点的计算方程，并计算了刀具在不同坐标系下的坐标变换矩阵。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-14
  1.1 课题研究背景与意义  7
  1.2 数控系统开发的国内外现状  7-9
  1.3 多轴数控加工技术  9-10
  1.4 数控技术的发展趋势  10-12
  1.5 论文的主要内容  12-14
第二章 可重构数控系统架构的研究  14-19
  2.1 可重构数控系统架构的研究  14-16
  2.2 可重构数控系统分类方法的研究  16-18
    2.2.1 基于前台通讯机制的数控系统  16-17
    2.2.2 基于中断响应机制的数控系统  17-18
  2.3 本章小结  18-19
第三章 译码模块软件设计与实现  19-40
  3.1 译码模块在数控系统中作用的分析  19-21
  3.2 译码模块设计模型的研究  21-25
    3.2.1 译码模块设计方式的研究  21-22
    3.2.2 译码模块数据结构的研究  22
    3.2.3 译码模块实现原理的分析  22-25
  3.3 译码模块功能的实现  25-35
    3.3.1 译码模块循环加工指令的开发  25-29
    3.3.2 译码模块自动换刀功能的开发  29-33
    3.3.3 译码模块宏程序变量的开发  33-35
  3.4 多轴数控系统译码模块的研究  35-38
  3.5 本章小结  38-40
第四章 刀具半径补偿功能的研究与实现  40-51
  4.1 平面刀具补偿功能  40-46
    4.1.1 平面半径补偿的连接类型  40-43
    4.1.2 刀具半径补偿算法的优化  43-46
  4.2 空间刀具补偿算法的研究  46-50
  4.3 本章小结  50-51
第五章 译码模块仿真环境的设计  51-59
  5.1 仿真软件的设计  52-55
    5.1.1 仿真软件的开发环境  52-53
    5.1.2 仿真软件的消息机制  53-54
    5.1.3 仿真程序的UML描述  54-55
  5.2 实验验证  55-58
    5.2.1 CAD实体建模  56
    5.2.2 计算机辅助制造程序  56-57
    5.2.3 开发环境的仿真实验  57-58
  5.3 本章小结  58-59
第六章 结论与展望  59-61
  6.1 结论  59
  6.2 展望  59-61
参考文献  61-65
发表论文和参加科研情况说明  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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