开源数控系统的研究与开发

论文摘要

随着数控技术不断的发展,传统的数控系统已不适应当今世界制造业市场的巨大变化和激烈竞争,不能满足制造业向着敏捷模式、信息集成模式的发展需要。开发性能稳定、成本低廉、开放性好的新型数控系统,已经成为世界各国数控系统的发展趋势。本文综合分析了开放式数控系统的结构、国内外研究现状和发展趋势,选择美国OMAC项目的开源数控系统EMC作为开发的基础。EMC数控系统主要由任务规划模块、运动控制模块、I/O控制模块和人机交互界面四大模块组成。本文应用.NET技术基于EMC数控系统开发CNCAPI系统,该系统采用跨语言的COM结构,用于实现数控的核心功能。应用C#语言开发人机交互界面,在该程序下加载CNCAPI系统,实现了人机交互功能和数控功能的完美结合。开发了新型的刀具半径补偿算法,该算法融合了B型、C型刀具半径补偿算法的优点,运用矢量的数学思想表示加工程序段,根据程序段间的转角和线型来确定转接算法。本文开发的插补算法采用时间分割的思想,该插补算法分为粗插补和精插补两个部分完成。在粗插补阶段引入了高阶速度控制算法,该算法能完成对机床速度突变时的加减速控制,处理了机床运动中的震动现象。在精插补阶段,采用三次样条曲线来拟合粗插补点,对拟合出的样条曲线精插补,精插补点再输出到位置控制部分,实现对机床的运行轨迹的精确控制。本文开发的插补算法和刀具半径补偿算法有效的提高了系统的性能与效率,满足当今世界数控系统向着高精度、高效率、柔性智能化的方向发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 开放式数控系统概述
• 1.2.1 开放数控系统研究概述
• 1.2.2 开放式数控系统的特点
• 1.2.3 开放式数控系统结构
• 1.3 开源代码EMC2研究现状
• 1.3.1 开源代码国外发展现状
• 1.3.2 开源代码国内发展现状
• 1.4 课题研究内容
• 第二章 开源数控系统的软件开发与分析
• 2.1 数控系统开发平台搭建
• 2.1.1 Windows 7操作系统
• 2.1.2 .NET开发平台
• 2.1.3 C#和C++语言的联合应用
• 2.2 系统的软件整体结构设计
• 2.3 关键模块的结构与功能
• 2.3.1 GUI模块
• 2.3.2 任务规划模块EMCTASK
• 2.3.3 I/O控制模块&运动控制模块
• 2.3.4 HAL硬件抽象层
• 2.4 实时功能的实现
• 本章小结
• 第三章 操作系统图像界面的开发
• 3.1 界面设计
• 3.1.1 标签栏
• 3.1.2 菜单栏
• 3.1.3 机床坐标显示区
• 3.1.4 日志窗口区
• 3.2 界面功能的实现
• 3.2.1 图形显示的实现
• 3.2.2 图形的坐标变换
• 本章小结
• 第四章 数控系统关键技术的研究
• 4.1 刀具半径补偿补算法
• 4.1.1 常见的刀具半径补偿算法
• 4.1.2 新型刀具半径补偿算法
• 4.1.3 软件实现
• 4.2 插补算法
• 4.2.1 插补原理及种类
• 4.2.2 三次样条曲线插补算法
• 4.2.3 高阶前瞻算法
• 4.2.4 插补器设计与实现
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A EMC2目录结构
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢