螺纹跟踪技术理论在开放式数控系统上的应用研究

论文摘要

机床数控技术历经了六代/两个阶段的发展历程,从逻辑数字控制（NC）阶段发展到今天的计算机数字控制（CNC）阶段,从电子管数控、晶体管数控和中小规模集成电路数控,到小型计算机数控系统、微处理器数控,一直发展到今天的基于PC微机的数控系统。数控系统的每一次进步都标志着机械制造业的一个质的飞跃。 而以PC+运动控制单元结构的开放式数控系统在功能上实现了用户界面图形化、科学计算可视化、插补和补偿方式多样化、内置高性能PLC及多媒体技术集成,体系结构上的集成化、模块化、网络化及开放式的闭环控制模式,己成为当前系统开发商和机床制造商研究开发的热点。 本课题根据当前石油钻井行业对已有螺纹工件的螺纹牙型重新修复的数控加工技术的迫切需求,提出了螺纹跟踪技术理论。螺纹跟踪技术理论针对已有螺纹工件在机床上定位困难,在已有螺纹工件轴向和周向均不定位的情况下任意装夹,通过对某一螺纹沟槽的精确对刀,应用螺纹工件端面寻位算法、螺纹轨迹寻位算法将工件位置及螺纹轨迹完全定位于工件坐标系中。并开发了螺纹跟踪模型控制方法,应用运动控制单元的时基触发原理及与主轴完全同步的光电编码器的反馈信号,补偿车床的起刀点信号和原螺纹轨迹的起点之间的偏差。采用PC+运动控制单元结构形式的数控系统,将CAK6150简易数控车床改造成为集开放式数控系统和闭环控制于一身的数控车床,并在此车床上完成了螺纹跟踪技术理论的应用研究,根据螺纹跟踪控制方法的特性解决了螺纹加工中变速乱扣的问题。并进一步完成了自动编程和加工动态仿真软件的设计,在软件中只需输入关键的参数,即可生成螺纹的数控加工程序并进行加工动态仿真,以检验数控程序的正确性。 本课题的成果将使数控车床的功能更加强大,对其在油田管子站的应用推广起到极大的推动作用,将进一步促进石油行业的发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 数控系统的发展及研究现状
• 1.1.1 数控系统简介
• 1.1.2 数控技术的发展过程
• 1.1.3 数控系统的研究现状
• 1.2 螺纹的加工方法及发展趋势
• 1.3 课题背景及提出
• 1.4 课题的内容
• 1.5 课题的目的和意义
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究意义
• 2 螺纹跟踪技术理论
• 2.1 普通车床螺纹加工原理
• 2.2 数控车床螺纹加工原理
• 2.3 螺纹跟踪技术理沦分析
• 2.3.1 工件的欠定位装夹
• 2.3.2 螺纹端面位置的寻位算法
• 2.3.3 螺纹轨迹的寻位算法
• 2.3.4 加工余量的自适应分配
• 2.4 主轴变速乱扣原因分析
• 3 开放式控制系统设计及调试
• 3.1 开放式数控系统研究
• 3.1.1 开放式数控系统的内涵
• 3.1.2 开放式数控系统的主要结构形式
• 3.2 硬件结构设计
• 3.3 软件结构设计
• 3.4 系统调试
• 3.4.1 调试对象
• 3.4.2 系统调试过程
• 3.5 系统的 PID调试
• 3.5.1 PID简介
• 3.5.2 PID控制模型及控制分析
• 3.5.3 PID滤波器的工作原理
• 3.5.4 PID的调节
• 4 螺纹跟踪功能实现的研究
• 4.1 运动控制器的时基触发原理
• 4.2 跟踪功能的控制实现
• 4.2.1 计算 RTIF的限制
• 4.2.2 控制实现过程
• 4.3 加工实例
• 4.3.1 改造 CAK6150系统
• 4.3.2 实验准备
• 4.3.3 PLC程序和运动程序编制
• 4.4 实验结果
• 4.5 类似功能的比较
• 5 自动编程及仿直软件设计
• 5.1 软件设计方案的选择
• 5.1.1 软件的选择
• 5.1.2 加工界面及自动编程的实现
• 5.1.3 加工仿真的实现
• 5.2 软件设计
• 5.2.1 主控模块
• 5.2.2 参数输入模块
• 5.2.3 数控程序输出模决
• 5.2.4 螺纹加工仿真模块
• 6 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢