数控系统的算法仿真及其硬件设计

论文摘要

随着现代制造业的飞速发展,数控系统被广泛应用于现代加工业。数控系统是一种控制系统。它自动输入载体上预先给定的数字量,并将其译码,再进行必要的信息处理和运算后,控制机床动作和加工零件。本文首先在PC(Personal Computer)机上,采用Turbo C软件完成了对数控系统基本功能的模拟。包括对数控语言的翻译、界面的开发、点插补、直线插补、圆弧顺时针插补、圆弧逆时针插补、坐标的跟踪、主轴正转与反转、车刀进给速度的控制以及最终程序的退出等等。整个系统通过PC机显示,控制并口输出高低电平。然后,在PC机上仿真并设计了一款以DSP(Digital Signal Processor)为主控单元的数控系统。将在PC机上完成的仿真算法移植到DSP芯片当中,在芯片中完成界面实现的相关算法。首先,设计了数控系统的硬件电路,其中包括DSP的最小系统电路、电源模块、串口通信模块、外围电路。其中外围电路包括：电机接口电路、译码电路、中断电路、编码器脉冲差分接收电路、时钟电路。其次,为提高硬件集成度和可靠性,运用CPLD(Complex Programmable Device)进行了系统集成性开发,并作为主控芯片外围电路的核心部件。系统主要运用CPLD进行原理图设计的方法来完成编码器四倍频鉴向电路和30位的计数电路的功能,并在QuartusⅡ中进行了仿真。结合前面设计的系统以及PC机界面仿真,针对刀具中心控制存在的刀具半径补偿问题,本文采用matlab软件对刀具半径补偿算法进行系统的研究。基于刀具半径补偿原理,在matlab中仿真并实现了一种新型的刀具半径补偿算法,该算法能有效剔除在缩短型刀具半径补偿情况下产生的冗余刀位点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 数控技术概述
• 1.1.1 数控系统发展及现状
• 1.2 数控系统的体系结构及其实现途径
• 1.3 刀具半径补偿概述
• 1.4 课题研究的目的及意义
• 1.5 论文的内容
• 第2章 相关背景知识介绍
• 2.1 数控语言
• 2.1.1 数控程序的简介及翻译实现
• 2.1.2 数控程序的界面
• 2.2 硬件介绍
• 2.2.1 DSP2812介绍
• 2.2.2 CPLD介绍
• 2.3 刀具半径补偿介绍
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统总体设计概述
• 3.1 总体结构设计
• 3.2 人机交互部分
• 3.3 处理及执行部分
• 3.4 刀具半径补偿算法
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于PC机数控系统的仿真
• 4.1 走刀的模拟
• 4.1.1 点插补
• 4.1.2 直线插补
• 4.1.3 顺、逆时针圆弧插补
• 4.1.4 综合应用
• 4.1.5 坐标跟踪
• 4.2 M功能的实现以及并口输出
• 4.3 本章小结
• 第5章 数控系统的硬件设计
• 5.1 DSP2812的电路设计
• 5.2 主控单元的连接
• 5.2.1 译码电路
• 5.2.2 时钟发生电路
• 5.2.3 定时中断电路
• 5.2.4 编码器脉冲差分接收电路
• 5.2.5 常规I/O电路
• 5.2.6 电机的D/A转换模块
• 5.2.7 缓冲驱动电路
• 5.3 本章小结
• 第6章 复杂可编程逻辑器件集成化研究
• 6.1 四倍频鉴向电路及30位计数电路
• 6.2 CPLD集成开发研究
• 6.2.1 四倍频鉴向电路
• 6.2.2 30位计数电路的设计
• 6.3 仿真研究
• 6.4 本章小结
• 第7章 刀具半径补偿算法的研究和实现
• 7.1 改进的C刀具半径补偿算法模型
• 7.1.1 刀具半径补偿类型
• 7.1.2 刀具转接点计算的预处理
• 7.1.3 刀补转接点的计算
• 7.1.4 刀补转接点的计算流程
• 7.2 冗余刀位点的剔除
• 7.3 C刀具半径补偿算法流程
• 7.4 C刀具半径补偿的仿真实例
• 7.5 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表和完成的学术论文