开放式五轴数控铣床刀具补偿技术的研究与实现

论文摘要

本文的研究是在本实验室已有的开放式五轴数控系统基础上扩充其功能,加入五轴长度补偿和半径补偿功能。本文首先分析了本开放式数控系统的软硬件结构及实现方式,系统平台基于PC机,采用Windows操作系统、RTX实时扩展和符合SERCOS协议的SoftSERCANS通讯卡,整个系统成为在PC机上运行的一个应用软件。刀补功能是数控系统中必需的。本文研究了五轴长度补偿和半径补偿的算法。五轴长度补偿算法较为简单,在三个移动轴加上相应的偏置值即可。五轴半径补偿分为侧铣和端铣。侧铣刀补算法的核心思想是将刀补计算转换到补偿平面上来实现,根据运动段之间转接类型和刀补运行状态采用相应的算法求得转接点,再反变换回三维空间,完成侧铣刀补计算。五轴端铣半径补偿与刀具类型有关,不同的刀具类型其补偿算法不同。本文研究了立铣刀、球头铣刀以及圆环铣刀三种常见铣刀类型的端铣半径补偿算法。半径补偿在数控系统中的实现,主要是根据刀补前译码模块生成的双端队列中的节点信息,判断半径补偿是否打开,若打开则进行一系列的判断,根据判断结果调用相应函数完成刀补计算,生成输出双端队列。刀具长度补偿实现起来比较简单,各移动轴只需在半径补偿后的加上长度偏置值在其方向上的分量即可。利用本实验室已有的开放式五轴数控铣床,将带有刀具补偿功能的译码模块加载在该系统上,通过一组蜡模加工对刀补功能进行实验验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 开放式数控系统
• 1.2 开放式数控系统研究现状
• 1.3 五轴刀具补偿技术
• 1.4 课题来源
• 1.5 研究目的和意义
• 1.6 论文主要研究内容
• 第2章 系统整体结构
• 2.1 开放式数控系统的接口
• 2.1.1 数控系统与伺服系统的接口
• 2.1.2 模块之间接口API
• 2.2 开放式数控系统的操作系统
• 2.3 开放式数控系统的整体结构
• 2.3.1 系统的硬件结构
• 2.3.2 系统的软件组成
• 2.4 本章小结
• 第3章 刀补算法研究
• 3.1 五轴刀具长度补偿
• 3.2 侧铣刀具半径补偿
• 3.2.1 坐标变换矩阵
• 3.2.2 半径补偿矢量
• 3.2.3 半径补偿转接
• 3.3 端铣半径补偿
• 3.3.1 立铣刀
• 3.3.2 球头铣刀
• 3.3.3 圆环铣刀
• 3.4 本章小结
• 第4章 刀补功能的控制器实现
• 4.1 译码模块的实现
• 4.1.1 读NC代码
• 4.1.2 翻译NC代码
• 4.2 刀补功能指令
• 4.3 刀补功能的实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 刀补功能实验验证
• 5.1 开放式五轴数控铣床实验台
• 5.2 刀补功能实验验证
• 5.2.1 侧铣半径补偿实验
• 5.2.2 端铣半径补偿实验
• 5.2.3 长度补偿实验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢