基于可重构理论的慢走丝线切割机床控制系统研究与设计

论文题目: 基于可重构理论的慢走丝线切割机床控制系统研究与设计

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械制造及其自动化

作者: 赵庆志

导师: 刘正埙

关键词: 可重构制造系统,可重构粒度,慢走丝线切割机床,差分插补理论,合成插补理论,位移累积联合插补法,控制系统,加工指令

文献来源: 南京航空航天大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文综述了国内外可重构制造系统和慢走丝线切割机床的发展现状,从生产企业和机床用户的需要分析了可重构慢走丝线切割机床的必要性, 提出并研究了“基于可重构理论的慢走丝线切割机床控制系统研究与设计” 课题,并在四维线切割试验台上进行了运行调试,本文主要研究了如下内容: 1.分析了零件表面形成三要素确定机床功能的理论, 提出了以三要素模块为可重构粒度划分可重构机床功能模块的思想, 并用该思想对慢走丝线切割机床系统组成进行了模块化划分,探讨了基于可重构理念的慢走丝线切割机床系统通用化、模块化、系列化、标准化设计问题,为可重构机床的研究、设计和制造打下了比较好的基础。 2.用通用 PC 工业控制计算机,在 Windows NT 环境下,用 VC++6.0 设计开发了用于慢走丝线切割机床的全闭环交流伺服控制系统,从理论和实践上论述了具有丝半径、放电等间隙补偿功能的曲线合成插补理论。该理论直接利用轮廓曲线和丝圆的信息,间接实现任意直线和二次曲线(圆、椭圆、抛物线、双曲线)的等距曲线的插补,而不需计算等距曲线,有效地避免了传统的计算等距曲线产生的计算误差,提高了机床的控制精度。论述了基于曲线合成插补理论的反向合成插补理论,研制出直线和二次曲线切割加工控制程序。 3.全面分析了任意直线和二次曲线连接可能出现尖角、内角的情况,用曲线合成插补理论,提出了任意直线和二次曲线连接形成的尖角、内角过渡理论,解决了合成插补涉及的问题。 4.论述了上下异型面工件和扭转曲面工件的基本概念、编程方法、信息处理原理,提出了上下异型面“位移累积联合插补法” 新理论,研究了基于该理论的反向联合插补方法,把 PSP 和 PRP 平面上的插补运动位移换算为 UV 及 XY两平面上的位移叠加,具有简化编程,减小累积误差,提高加工精度等明显优点,研制成功上下异型面工件和扭转曲面工件切割加工控制程序。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 现代制造技术发展概述

1.2 可重构制造系统的概念分类及其特征

1.2.1 可重构制造系统的概念和分类

1.2.2 可重构制造系统的特征

1.3 可重构制造系统国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 国内外慢走丝线切割机床发展现状

1.4.1 国外发展现状

1.4.2 国内发展现状

1.4.3 从机床用户看可重构电火花机床设计制造的必要性

1.4.4 从机床生产厂生产成本和回报率看可重构制造系统的必要性

1.5 研究课题的提出及本文主要工作

1.5.1 研究课题的提出及其意义

1.5.2 本文主要工作安排

1.6 本章小结

第二章 慢走丝线切割机床系统可重构模块划分研究

2.1 零件表面形成三要素及机床误差理论

2.1.1 零件表面形成三要素理论

2.1.2 普通车床误差及其来源分析

2.1.3 机床误差的定义

2.1.4 机床可重构粒度划分切入点

2.2 基于可重构理念的机床系统模块化创建与划分

2.2.1 可重构慢走丝线切割机床系统模块划分研究

2.2.2 可重构慢走丝线切割机床三要素模块设计要点研究

2.2.3 控制系统具有开放性

2.2.4 集成化

2.2.5 可转换性

2.3 可重构慢走丝线切割机床系统接口设计研究

2.3.1 机械接口设计要点

2.3.2 计算机硬件接口设计要点

2.3.3 软件接口设计要点

2.4 慢走丝线切割机床数控系统组成及其功能

2.4.1 慢走丝线切割机床数控系统组成

2.4.2 全闭环伺服进给系统结构组成分析

2.4.3 慢走丝线切割机床数控系统功能

2.5 本章小结

第三章 基于差分插补原理的曲线合成插补理论

3.1 基于可重构理念的差分插补原理

3.1.1 差分插补原理的再推导

3.1.2 各离散点上差分与函数一阶、二阶导数的关系

3.1.3 差分插补正二次曲线时其他几个问题的处理

3.2 基于差分插补原理的曲线合成插补理论

3.2.1 基于等距曲线理论的丝半径补偿理论分析

3.2.2 基于差分插补原理的合成插补偏差判别理论分析

3.2.3 轮廓曲线和丝圆在相对坐标系中插补参数初始化

3.2.4 合成插补终点判别

3.3 合成插补中其他问题的处理

3.3.1 各种间隙处理

3.3.2 多次切割留余量问题

3.3.3 自动过象限处理

3.4 直线和二次曲线 ISO 代码译成差分插补代码

3.4.1 直线ISO 代码译成差分插补代码

3.4.2 当i>0&& j <= 0 时的顺圆弧ISO 代码译成差分插补代码

3.4.3 其它圆弧及二次曲线的ISO 代码译成差分插补代码

3.5 合成插补理论的插补误差分析计算

3.6 计算实例

3.7 本章小结

第四章 基于曲线合成插补理论的尖角内角过渡理论

4.1 尖角内角过渡问题的提出及其基本概念

4.1.1 基本概念

4.1.2 曲线曲率半径理论计算

4.1.3 形成尖角内角的可能情况分析

4.2 用单独圆弧插补实现曲线衔接处尖角过渡

4.3 尖角圆弧过渡有望克服塌角误差分析

4.4 用正反向合成插补实现曲线衔接处内角过渡

4.5 关于内角过渡中死角的判别和处理

4.5.1 死角曲线正向合成插补计数长度减到0时的处理

4.5.2 死角曲线正向合成插补计数长度减不到0 时的处理

4.6 合成插补加工过程动态跟踪显示原理

4.6.1 显示比例bl 计算

4.6.2 显示起点坐标(X0,Y0)计算

4.6.3 合成插补加工过程动态跟踪显示程序设计

4.7 综合实例

4.8 本章小结

第五章 基于曲线合成插补理论的反向合成插补

5.1 反向合成插补问题的提出

5.2 反向合成插补指令推导

5.2.1 曲线反向插补指令推导

5.2.2 丝圆反向插补指令推导

5.2.3 曲线过象限时的反向插补指令变换

5.2.4 丝圆过象限时的反向插补指令变换

5.3 合成插补及其反向合成插补计算机模拟实例

5.4 本章小结

第六章 上下异型面工件信息描述和联合插补加工

6.1 上下异型面工件加工的基本概念

6.1.1 上下异型面工件加工的基本概念及其三要素分析

6.1.2 同步编程

6.1.3 异步编程

6.1.4 关于上下异型面工件信息描述的说明

6.1.5 上下异型面工件加工信息处理方法简述

6.2 异步编程上下异型面工件信息描述及处理

6.2.1 工件面信息描述及相邻标注间曲线弧长和双坐标计数长度

6.2.2 相邻标注间曲线弧长按比例分配及差分插补代码求法

6.2.3 工件上下面差分插补代码文件的尖角内角过渡处理

6.2.4 将尖角内角过渡处理后的文件再处理为丝中心轨迹文件

6.2.5 将丝中心轨迹差分插补参数计数长度变为双坐标计数长度

6.2.6 将双坐标计数长度加工文件指令条数一一对应处理

6.3 上下异型面零件加工“位移累积联合插补法”原理

6.3.1 “位移累积联合插补法”的相似类比理论分析

6.3.2 上下异型面零件联合插补程序设计

6.3.3 将PSP 和PRP 平面插补位移转化为UV 和XY 平面的位移

6.4 基于“位移累积联合插补法”的反向联合插补

6.4.1 逐点比较法直线插补原理的反向插补

6.4.2 PSP 平面和PRP 平面上曲线反向联合插补原理

6.5 上下异型面工件编程加工及动态跟踪显示实例

6.6 “轨迹合成法”与“位移累积联合插补法”比较实例

6.7 本章小结

第七章 扭转曲面工件信息描述和插补加工的实现

7.1 扭转曲面工件加工基本概念

7.1.1 属于同步编程的扭转曲面的扭转参数

7.1.2 各扭转参数对曲面形状的作用效果

7.2 扭转曲面加工问题处理思路

7.3 直线扭转后差分插补代码的变换

7.3.1 当直线坐标象限指令为L1或L3时差分插补代码的转换

7.3.2 当直线坐标象限指令为L2或L4时差分插补代码的转换

7.4 圆弧扭转后差分插补代码的变换

7.4.1 当顺圆弧坐标象限指令为L1 或L 3 时差分插补代码的转换

7.4.2 当顺圆弧坐标象限指令为L 2 或L 4 时差分插补代码的转换

7.4.3 当逆圆弧坐标象限指令为L1 或L 3 时差分插补代码的转换

7.4.4 当逆圆弧坐标象限指令为L 2 或L 4 时差分插补代码的转换

7.5 放大倍数对差分插补代码的变换

7.5.1 放大倍数对直线差分插补代码的变换

7.5.2 放大倍数对圆弧差分插补代码的变换

7.6 平移对直线和圆弧差分插补代码的变换

7.6.1 在PRP 平面上有直线切入指令G01 Xx Yy 时的处理

7.6.2 在PRP 平面上没有直线切入指令时的处理

7.7 增加切出指令便于取出工件

7.8 扭转曲面零件联合插补加工及反向联合插补的实现

7.8.1 扭转曲面零件联合插补加工及回退原理

7.8.2 扭转曲面零件编程及加工过程动态跟踪显示实例

7.9 本章小结

第八章 本课题研究总结与展望

8.1 本文的主要工作和贡献

8.2 后续研究工作展望

8.3 本章小结

附录1 本课题直线和二次曲线 ISO 代码定义及规则

附录2 曲线方程由绝对坐标系向相对坐标系转换

致谢

攻读博士学位研究生期间发表的论文

主要参考文献

发布时间: 2005-07-08

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