相贯线切割机数控仿真系统的研究

论文摘要

随着我国经济的飞速发展和工业化进程的进一步加快,管材的应用已经逐步扩展到建筑、机械、汽车、造船、石油等众多行业。管材在使用前需要通过数控切割机进行精确切割以保证切割后的焊接质量和性能,因此,要求割炬在切割时严格按照其相贯线来进行,并根据需要预留出一定角度的坡口。本论文搭建了以“NC嵌入PC”式结构为系统框架、以运动控制卡为核心的数控硬件系统。该系统由工控机、PMAC卡、I/O接口、A/D转换器和伺服电机等部件组成,具有强大的伺服能力、高度的灵活性和良好的可靠性。按照模块化思想对CNC软件进行了功能设计,其中仿真功能作为其核心功能是现代先进数控技术发展的标志之一。对割炬的运动学规律展开了深入的研究,并利用线性代数学和空间解析几何学等知识建立了相交两管之间的相贯线数学模型和具有任意角度的相交两管之间的相贯线数学模型。此外,还对切割过程中与坡口相关的各个参数进行了详细的数学分析,其中坡口角度是严格按照美国石油协会规定进行计算的。在充分研究仿真算法的基础上,利用VC++和OpenGL设计并开发了切割机仿真软件,实现了CNC软件的仿真功能。该软件通过人机界面提供的各项参数自动计算出切割过程中所需要的各种数据,并利用这些数据完成了切割轨迹的动态仿真,为进一步开发切割机控制软件创造了重要前提。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出及意义
• 1.2 数控切割机国内外发展现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 当代数控系统的分类及其发展趋势
• 1.3.1 数控系统的分类
• 1.3.2 数控系统的发展趋势
• 1.4 本论文完成的主要内容
• 2 切割机数控系统的设计
• 2.1 切割机数控系统的硬件设计
• 2.1.1 运动控制卡的工作原理
• 2.1.2 运动控制卡的比较和选型
• 2.1.3 PMAC运动控制卡的特性
• 2.1.4 系统硬件设计
• 2.1.5 主从CPU之间的快速通讯
• 2.2 CNC软件功能的设计
• 2.2.1 前台程序功能设计
• 2.2.2 后台程序功能设计
• 2.3 本章小结
• 3 割炬运动轨迹的研究
• 3.1 割炬路径的运动学分析
• 3.1.1 运动原理解析
• 3.1.2 运动速度分析
• 3.2 相贯线节点的研究
• 3.2.1 相贯线数学模型的建立
• 3.2.2 相贯线展开图的曲线方程
• 3.2.3 任意角度相贯线数学模型的研究
• 3.3 坡口角度的研究
• 3.3.1 相贯接头的类型
• 3.3.2 坡口研究中的参数定义
• 3.3.3 坡口研究中的数学计算
• 3.4 本章小结
• 4 数控管切割机仿真环境的初始化
• 4.1 OpenGL在Windows下的运行机制
• 4.2 OpenGL渲染流水线
• 4.3 仿真环境的初始化设置
• 4.3.1 配置开发环境
• 4.3.2 构建仿真程序框架
• 4.3.3 仿真环境的编译和运行
• 4.4 本章小结
• 5 数控管切割仿真软件的设计与开发
• 5.1 仿真软件的特点及功能
• 5.2 仿真算法的分析与研究
• 5.2.1 仿真算法的比较和分析
• 5.2.2 边界表示算法的数学描述
• 5.2.3 多管相贯仿真轨迹的研究
• 5.3 界面设计
• 5.3.1 软件主界面的设计
• 5.3.2 人机交互界面的创建
• 5.3.3 仿真界面的创建
• 5.3.4 动态仿真的实现
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢