基于PC+运动控制卡的雕铣系统开发及铣削仿真研究

论文摘要

传统数控系统封闭式的结构使得不同厂家的产品之间以及与通用计算机之间不兼容,维修、升级困难,越来越难以满足市场的需求。数控系统的开放化已是大势所趋。目前,基于PC+运动控制卡的开放式数控系统已成为国内外研究的热点。采用PC+运动控制卡式的结构,构建满足用户需求、具有一定通用性的开放式数控系统具有非常广阔的市场前景。本文在对PC+运动控制卡式数控系统的结构、功能进行细致研究的基础上开发了一个基于PC+运动控制卡的数控雕铣系统。论文后面利用OpenGL技术开发了一个三维的铣削仿真系统。主要研究内容包括：NC代码编译器的设计与开发。NC代码编译器是数控系统中信息传递和转换的桥梁,在数控系统中起着十分关键的作用。它负责对数控代码进行翻译和解释并提取其中的运动信息。本文首先对NC代码编译器进行研究,基于VB正则表达式开发了一个NC代码编译器。对NC代码编译器的词法检查、语法检查、译码等功能进行了分析和设计。基于PC+运动控制卡的开放式数控雕铣系统的开发。该系统硬件结构由固高公司GT系列运动控制卡和固高四轴运动开发平台组成。本文重点进行了数控雕铣系统上位机控制程序的开发。固高GT系列运动控制卡提供了功能强大的函数库,上位机控制程序首先对数控代码进行译码和轨迹处理,然后调用库函数控制各轴的运动,实现连续加工。铣削仿真系统的开发。为提高设备的利用率,常常通过在虚拟环境下预览加工的效果对数控程序进行检查和优化。论文最后利用OpenGL技术开发了一个铣削仿真系统。通过在三维环境下对铣削加工过程的模拟来检验数控程序的正确性以及工艺的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 数控系统的发展历程
• 1.2 开放式数控系统的特点
• 1.3 开放式数控系统的研究现状
• 1.3.1 国外开放式数控系统的研究现状
• 1.3.2 国内开放式数控系统的研究现状
• 1.4 开放式数控系统的发展趋势
• 1.5 选题的意义和本文研究的内容
• 1.5.1 选题的意义
• 1.5.2 本文研究的内容
• 1.6 本章小结
• 2 基于VB正则表达式的NC代码编译器开发
• 2.1 VB正则表达式介绍
• 2.2 NC代码分析及常用功能字介绍
• 2.2.1 NC代码格式和结构分析
• 2.2.2 常用数控功能字介绍
• 2.3 NC代码编译器概述及总体设计
• 2.4 NC代码词法错误检查
• 2.5 NC代码语法错误检查
• 2.6 译码功能的实现
• 2.7 刀具实际运动轨迹的生成
• 2.7.1 编程方式G90、G91的处理
• 2.7.2 G92,G54～G59件坐标系的处理
• 2.7.3 刀具长度补偿的处理
• 2.7.4 刀具半径补偿的处理
• 2.8 本章小结
• 3 基于PC+运动控制卡的数控雕铣系统开发
• 3.1 需求分析
• 3.2 硬件结构
• 3.3 软件总体设计
• 3.3.1 系统界面设计
• 3.3.2 系统菜单设计
• 3.4 系统主要功能的实现
• 3.4.1 系统初始化
• 3.4.2 利用配置文件保存系统的参数设置及主轴位置坐标
• 3.4.3 单轴运动的实现
• 3.4.4 对刀及工件坐标系的设置
• 3.4.5 译码及运动轨迹计算
• 3.4.6 坐标映射
• 3.4.7 连续轨迹运动的实现及缓冲区命令发送控制
• 3.4.8 刀具轨迹的动态显示
• 3.4.9 系统诊断
• 3.5 本章小结
• 4 基于OpenGL的三维铣削仿真系统研究与开发
• 4.1 OpenGL介绍及其在VB环境下的调用
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 OpenGL库在VB下的调用
• 4.2 OpenGL环境下三维模型文件的读取和重绘
• 4.2.1 建立机床的三维模型并保存为数据文件
• 4.2.2 STL模型数据文件的读取
• 4.2.3 机床模型在OpenGL环境下的重绘
• 4.3 数控铣削仿真系统总体设计
• 4.4 铣削仿真系统界面设计
• 4.5 铣削仿真主要功能的实现
• 4.5.1 运动轨迹处理
• 4.5.2 OpenGL绘图环境的初始化
• 4.5.3 OpenGL绘制基本图形
• 4.5.4 模型平移、缩放、旋转操作的实现
• 4.5.5 双缓冲机制和动画效果的实现
• 4.6 数控铣削仿真系统调试与运行
• 4.7 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 研究总结
• 5.2 研究展望
• 附录
• 致谢
• 参考文献