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四轴联动开放式数控切割机控制系统研究

作　者: 田国华
导　师: 欧长劲
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 开放式数控系统 相贯线 焊接坡口 数控切割 割炬 变步长
分类号: TG48
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 238次
引　用: 2次
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内容摘要


网架钢结构建筑被誉为21世纪的“绿色建筑”,具有自重轻、抗震性能好、灾后易修复、基础造价低、材料可回收和再生、节能、省地、节水等优点。钢结构在国民经济建设的应用范围很广,可以说遍及各个行业,是我国建筑行业中蓬勃发展的一个既古老又崭新的行业。在钢结构工程中,管管相贯是最普遍的现象。要保证工程有良好的质量,首先必须切割好管管相贯的相贯线及焊接坡口,该项切割工序是对网架和钢结构的质量产生影响的关键的环节。管管相贯线切割时,由于切割机割炬的切割角度在不断变化,被切支管的切割厚度也在跟着随之变化。现有的数控切割机是按保证被切支管的最大切割厚度能被切穿为原则设定切割速度,所以切割效率较低。为此,本文针对管管相贯的数控切割机控制系统展开了研究,通过建立管管相贯的相贯线,提出了相贯线数控切割的数学模型和变步长插补控制算法,实现了四轴联动控制的数控切割机以提高数控切割效率。本文的主要工作如下:第一章是绪论部分,综述了数控切割机加工的现状和发展以及开放式数控系统体系,介绍了本文研究的背景及主要研究内容。第二章分析了四轴联动数控切割机的运动与结构,介绍了所构建的基于PMAC卡的数控切割机控制系统的硬、软件组成,对PMAC多轴运动控制器卡的功能和应用做了简要的介绍。第三章提出了管管相贯的相贯线及切割坡口的数学模型和相贯线切割的运动控制算法。第四章介绍了切割机伺服系统及基于PMAC卡的PID参数的整定。第五章对系统控制软件的模块化设计和系统原型机的开发做了介绍。最后,作者对本文的研究内容进行了总结,并对数控切割机的发展进行了展望。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 切割加工技术现状  9-10
  1.2 等离子切割技术现状  10-13
    1.2.1 国外等离子切割的现状  10-11
    1.2.2 国内等离子切割的研究现状  11-13
    1.2.3 数控切割机的发展  13
  1.3 开放式数控系统  13-15
  1.4 课题背景  15
  1.5 本论文的主要研究内容  15-16
  1.6 本章小结  16-17
第2章 数控切割系统构成  17-25
  2.1 等离子切割的基本原理  17-18
  2.2 数控切割机的运动学分析和组成  18-19
  2.3 数控切割机的硬件系统  19-21
  2.4 数控切割机的软件系统设计  21-22
  2.5 PMAC多轴运动控制卡  22-24
    2.5.1 PMAC的特点  22-23
    2.5.2 PMAC的功能  23-24
  2.6 本章小结  24-25
第3章 运动控制算法  25-43
  3.1 相贯线的数学模型  25-32
    3.1.1 参考平面及参数定义  25-26
    3.1.2 两圆柱体相贯线的数学模型  26-27
    3.1.3 割炬倾角和割炬倾角旋转角的数学模型  27-30
    3.1.4 纵向补偿  30-32
  3.2 运动控制算法  32-42
    3.2.1 插补方法的分类  32-33
    3.2.2 相贯线的变步长插补控制算法  33-37
    3.2.3 相贯线插补控制算法的计算机实现  37-42
  3.3 本章小结  42-43
第4章 伺服系统及PID控制  43-52
  4.1 伺服系统概述  43-44
  4.2 交流伺服电机及控制  44-45
  4.3 PID控制策略  45-48
    4.3.1 PID调整的特点及PID参数对系统的影响  45
    4.3.2 PID参数调整原理  45-47
    4.3.3 PID参数的调整方法  47-48
  4.4 PMAC中PID参数的整定  48-51
  4.5 本章小结  51-52
第5章 数控切割机控制软件设计  52-60
  5.1 软件的需求分析  52-53
  5.2 软件的模块化划分  53-54
  5.3 建立动态模型  54-57
  5.4 数控切割机控制原型系统  57-59
  5.5 本章小结  59-60
第6章 结论与展望  60-62
  6.1 结论  60
  6.2 展望  60-62
参考文献  62-65
附录  65-69
致谢  69-70
攻读学位期间参加的科研项目和成果  70

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 金属切割及设备
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