精雕机的开放式数控系统研究

论文摘要

数控技术是现代制造业发展的基础,拥有高水平的数控技术是一个国家工业化发达的标志,也是一个国家综合国力的象征。跟踪和发展当今世界先进的数控技术及思想,更是一个国家实现工业化的必经之路。当前,随着以计算机为基础的信息技术的进步,能够描述复杂几何模型和制造规划信息的数学模型得到了充分应用,使得传统的制造业得到了革命性的进展,同时也使传统数控技术无法满足当今工业发展的需求。因此发展适合现代制造业的现代数控技术变得尤为重要,开放式数控系统正是在这样的背景之下发展起来的。本文利用“PC+通用接口板”的开放式数控体系结构,遵循重用性、移植性、扩展性和互操作性原则对雕刻机进行开放式改造研究。系统整体目标是双数控系统的实现,即新数控系统平台的搭建和原数控系统的保留。新数控系统的研究是重点内容,包括硬件平台搭建、软件框架搭建和功能的实现、验证等。首先,叙述了国内外对开放式数控体系的研究概况,并对“PC+通用接口板”模式的开放式数控结构体系做了重点分析,系统研究了这种数控模式的技术分支。其次,根据开放式数控系统的设计原则和本系统的改造目标,完成了系统的整体改造方案设计和硬件平台设计,完成了基于MODBUS,总线的主轴控制系统设计。再次,介绍了数控软件的结构和功能,完成了系统软件开发工具的选择和数控软件的模块化设计,重点分析了数控软件中的几个模块功能实现的方法。然后,深入分析现有的基于“PC+运动控制器”的双CPU平台的NURBS曲线插补方法,选择了适合本系统的插补算法,并提到了基于最小偏差法的NURBS曲线直接插补算法。最后,是实验部分,实验内容包括硬件调试、原系统功能检查、新系统功能测试等。文章最后,做了全文的总结,提出了系统平台进一步开发所需要的工作内容。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的背景
• 1.3 开放式数控系统
• 1.3.1 开放式数控系统的特点
• 1.3.2 开放式数控系统的发展及现状
• 1.4 论文研究目标和内容
• 第2章 开放式数控系统平台总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 系统平台总体改造方案设计
• 2.2.1 JDPMS G原型机介绍
• 2.2.2 系统设计目标和设计原则
• 2.2.3 开放式数控系统参考模型
• 2.2.4 系统改造方案
• 2.3 系统硬件的设计
• 2.3.1 接口卡的选择
• 2.3.2 转接板的设计
• 2.3.3 信号转换卡的设计
• 2.4 主轴变速系统的设计
• 2.4.1 MODBUS总线及协议
• 2.4.2 MODBUS串行传输模式
• 2.4.3 主轴调速系统软件设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统软件的总体设计
• 3.1 引言
• 3.2 系统软件功能分析
• 3.2.1 系统软件概述
• 3.2.2 系统软件模块化设计
• 3.3 数控系统软件开发平台设计
• 3.3.1 操作系统和开发工具的选择
• 3.3.2 接口板API函数
• 3.4 系统主要功能模块实现
• 3.4.1 数据接口模块的实现
• 3.4.2 操作界面模块的实现
• 3.4.3 仿真模块的实现
• 3.4.4 加工控制模块加工流程
• 3.5 系统方案开放性程度分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 NURBS曲线实时插补
• 4.1 引言
• 4.2 NURBS现有插补算法分析
• 4.2.1 NURBS曲线定义
• 4.2.2 NURBS曲线粗插补
• 4.2.3 NURBS曲线精插补
• 4.3 最小偏差算法的NURBS曲线直接插补
• 4.3.1 NURBS最小偏差法的分析
• 4.3.2 NURBS最小偏差算法
• 4.4 NURBS曲线插补器设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验验证
• 5.1 引言
• 5.2 系统硬件调试实验
• 5.2.1 信号电平转换实验
• 5.2.2. 主轴控制实验
• 5.3 原数控系统功能测试
• 5.4 新数控系统功能测试
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录