专用凸轮数控加工技术研究

论文摘要

随着各种先进制造技术的普及应用,新材料新工艺的发展,凸轮的设计与制造将会变得十分方便和精确,制造成本也会大幅下降,尤其是随着计算机的发展,凸轮机构的计算机辅助设计和制造已获得普遍地应用,从而提高了凸轮设计和加工的速度及质量,这也为凸轮机构的更广泛应用创造了条件,更好地促进自动机械的发展。通过分析凸轮轮廓曲线的特征,本文提出了极坐标数控的凸轮加工方案,即通过控制旋转运动和直线运动,实现在极坐标下,对凸轮的数控加工。在极坐标下,利用极角与极径的关系,更容易设计理想的凸轮轮廓曲线,此方案避免了凸轮曲线方程从极坐标向直角坐标的转化,控制一旋转运动与一直线运动,插补出凸轮轮廓曲线。插补的算法采用数据采样插补,即在一个插补周期内,判断各轴的运动方向,计算出各轴的运动增量。另外还对插补误差进行了研究,并给出了插补误差控制方法,使其每一步插补均能满足精度要求。本课题的控制系统设计,采用上位机(PC机)与下位机(PLC)相结合的方式。利用PC机强大的软硬件功能,实现对凸轮轮廓曲线的插补算法计算,求出满足精度要求的节点坐标、插补步长,并把这些信息传送给PLC,由PLC驱动伺服电机插补运动,完成加工。由于加工过程中,需要联动控制,因此,选择FM357作为定位模块,最多能同时控制四轴运动,满足控制系统的要求。最后,本文根据凸轮轮廓曲线常用的运动规律,对各种运动规律的方程进行适当的修正,使其能根据设计的需要平滑过渡,并编写了凸轮轮廓曲线生成程序,利用MATLAB的绘图功能,生成所设计的凸轮轮廓曲线模型。有了凸轮轮廓曲线的数学模型,再利用MATLAB算法开发与强大的数学计算能力,即可进行凸轮轮廓曲线的插补算法仿真。通过编写插补程序,实时的插补误差控制,并利用MATLAB实时绘图功能,实现了凸轮轮廓曲线的动态仿真,证实了算法的可行性,最后对插补结果进行分析,验证了算法的正确性。另外,选用VB进行PC机应用软件的开发,编制了插补仿真界面,编写了VB与MATLAB接口程序,以及VB与PLC通信的程序。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 凸轮发展历程
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 凸轮加工发展趋势
• 1.4 选题的目的和意义
• 第二章 凸轮相关理论及加工方案设计
• 2.1 凸轮相关理论及参数设计
• 2.1.1 凸轮相关参数与术语定义
• 2.1.2 凸轮的轮廓曲线的求法
• 2.2 规律曲线的相关计算研究
• 2.2.1 极坐标下求规律曲线压力角
• 2.2.2 极坐标下求规律曲线的实际轮廓
• 2.3 凸轮加工方案设计
• 2.3.1 设计总体原则
• 2.3.2 计算机控制方案选择
• 2.3.3 系统工作原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 凸轮轮廓曲线插补算法研究
• 3.1 凸轮轮廓曲线的概述
• 3.2 推杆运动规律介绍
• 3.2.1 多项式运动规律
• 3.2.2 三角函数运动规律
• 3.3 推杆运动规律的选择方法
• 3.4 数控系统插补原理简介
• 3.5 凸轮轮廓曲线插补算法
• 3.6 插补误差控制
• 3.6.1 轮廓曲线误差的控制
• 3.6.2 进给加速度控制
• 3.6.3 曲线曲率半径的求取
• 3.7 极坐标下直线精插补原理
• 3.8 本章小结
• 第四章 控制系统的硬件设计
• 4.1 系统机构
• 4.2 PLC 组成模块的选择
• 4.2.1 PLC 容量分析原则
• 4.2.2 PLC 的CPU 选择
• 4.2.3 I/O 模块的选择
• 4.2.4 系统输入输出接线设计
• 4.3 定位模块
• 4.3.1 FM357-2 的功能与特点
• 4.3.2 定位模块部分参数简介及设置
• 4.4 电源模块
• 4.5 通信模块
• 4.6 本章小结
• 第五章 凸轮轮廓曲线插补算法仿真
• 5.1 凸轮轮廓曲线的MATLAB 插补仿真
• 5.1.1 MATLAB 概述
• 5.1.2 凸轮轮廓曲线的数学模型
• 5.1.3 MATLAB 生成凸轮轮廓曲线模型
• 5.1.4 凸轮轮廓曲线的 MATLAB 插补仿真
• 5.2 VB 与 MATLAB 的链接
• 5.2.1 VB 概述
• 5.2.2 通信方法的选择
• 5.2.3 接口程序设计
• 5.3 VB 与 PLC 通信
• 5.3.1 MSComm 概述
• 5.3.2 VB 与PLC 接口程序设计
• 5.4 控制系统工作过程简介
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况