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鞋楦曲面数控加工运动控制方法与仿真的研究

作　者: 罗戍
导　师: 林述温
学　校: 福州大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 鞋楦数控加工速比优化运动控制轨迹仿真
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

为了提高我国鞋楦制造水平,增强产品市场竞争力,本文研究了鞋楦数控加工运动控制方法;对鞋楦机床的数控进给传动系统进行了优化设计和载荷匹配分析;分析了伺服控制系统的稳定性,并通过动态仿真确定伺服系统各环节的增益系数;分析了鞋楦加工运动速度和加速度控制方法;编软件自动生成数控程序;最后开发了鞋楦数控加工仿真软件。为了实现鞋楦机床数控进给传动系统负载特性的更好匹配,使各轴能够快速地响应速度和加速度的变化,建立了基于电机负载的传动系统数学模型,分析了各个相关动力参数对电机负载的影响,进行了传动系统速比的优化、进行了载荷的匹配、确定了最佳的传动方案和动力参数以实现电机的负载最小。为了判断伺服系统的稳定性,分析了影响机床动力性能的相关因素;根据动力学原理建立了动力学模型,列出了动力学微分方程;建立了动力学模型框图和仿真框图,进行了伺服控制系统的计算机仿真试验,判断了系统的稳定性,并通过仿真实验最终合理地确定了伺服系统各环节的增益系数。为了保证机床加工鞋楦的过程中电机不会出现超载的情况,以提高机床运动的平稳性,本文分析、比较了几种常用的加减速方法,根据鞋楦曲面的特点及DMC-1842 运动控制卡的特点,按鞋楦加工的不同阶段分别进行运动控制,详细分析了在各个运动阶段的位移、速度和加速度的计算方法,根据 DMC 运动控制卡轮廓运动模式的特点,运动速度是通过调整运动间隔时间 T 内的脉冲数(位移量)来实现的,提出了运动速度和加速度的调整方法,最后编运动控制程序,并进行实验以判断运动控制方法的合理性。针对鞋楦属复杂的闭合型自由曲面体这一特点,采用 C 语言编软件自动生成数控加工程序,以提高效率。先从文件操作读入数据,再根据 DMC 运动控制卡C\C++语言编程方法,在 C++ Builder 环境下编软件自动生成了数控加工程序。在数控加工中随着工件复杂程度的增加, 尤其是鞋楦这样的复杂曲面,其数控加工程序的正确性无法靠人工检查。在计算机上进行数控加工轨迹仿真具有直观、快速、高效等特点,通过数控加工轨迹仿真可以节省数控程序的调试时间, 缩短产品的试制周期,提高效率。本文探讨用 C++ Builder 6.0 和 OpenGL 编程序来实现鞋楦曲面数控加工轨迹的仿真。

全文目录

第一章引言  6-13
  1.1 概述  6
  1.2 与本课题相关的技术研究现状  6-9
    1.2.1 数控技术  6-8
    1.2.2 控制系统稳定性分析技术  8
    1.2.3 运动轨迹仿真技术  8-9
  1.3 鞋楦数控加工国内外研究现状  9-11
  1.4 本课题主要研究内容  11-13
第二章鞋楦机床数控进给传动系统优化及载荷匹配分析  13-31
  2.1 鞋楦数控加工基本原理  13-14
  2.2 数控进给驱动系统受载模型  14-18
    2.2.1 旋转进给系统速比优化模型  14-16
    2.2.2 径向进给系统速比优化模型  16-17
    2.2.3 轴向进给系统速比优化模型  17-18
  2.3 传动系统驱动电机载荷特性分析与传动参数优化  18-29
    2.3.1 C 轴传动系统驱动电机载荷特性分析与传动参数优化  18-21
    2.3.2 X 轴传动系统驱动电机载荷特性分析与传动参数优化  21-24
    2.3.3 Z 轴传动系统驱动电机载荷特性分析与传动参数优化  24-29
  2.4 本章小结  29-31
第三章鞋楦机床伺服系统动态性能分析与仿真  31-49
  3.1 建立传动系统模型  31-36
    3.1.1 传动系统建模分析  31
    3.1.2 建立 C 轴传动系统模型  31-33
    3.1.3 建立 X 轴传动系统模型  33-34
    3.1.4 建立 Z 轴传动系统模型  34-36
  3.2 建立伺服电机模型  36-39
    3.2.1 伺服驱动系统的选择  36
    3.2.2 交流伺服电机模型  36-39
  3.3 伺服控制系统建模与分析  39-40
    3.3.1 伺服系统组成与分类  39
    3.3.2 伺服系统控制环节分析  39-40
  3.4 PI 控制器  40
  3.5 伺服系统控制环节增益整定  40-46
  3.6 伺服系统稳定性分析  46-47
  3.7 本章小结  47-49
第四章鞋楦数控加工运动控制方法  49-62
  4.1 概述  49-50
  4.2 速度和加速度控制方法分析  50-54
    4.2.1 速度和加速度控制原理  50-53
      4.2.1.1 速度控制原理  50-51
      4.2.1.2 加速度控制原理  51-53
    4.2.2 线性和指数加减速原理  53-54
  4.3 计算脉冲当量  54-55
  4.4 运动控制方案分析  55-61
    4.4.1 开始与结束阶段运动控制  55-56
    4.4.2 中间阶段运动控制  56-61
  4.5 本章小结  61-62
第五章生成鞋楦数控加工程序  62-70
  5.1 数控加工系统简介  62-66
    5.1.1 系统组成原理  62-65
    5.1.2 系统编程方法  65-66
  5.2 生成数控加工程序  66-69
  5.3 本章小结  69-70
第六章鞋楦曲面数控加工仿真  70-78
  6.1 仿真工具简介  70-73
    6.1.1 C++ Builder 6.0  70
    6.1.2 图形显示工具  70-73
  6.2 加工轨迹仿真  73-77
    6.2.1 轨迹点数据的读取  73
    6.2.2 加工轨迹仿真  73-77
      6.2.2.1 OpenGL 工作流程  73-74
      6.2.2.2 显示轨迹的场景设置  74-75
      6.2.2.3 显示加工轨迹  75-77
  6.3 本章小结  77-78
研究结果与展望  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-85
个人简历  85

鞋楦曲面数控加工运动控制方法与仿真的研究

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