开放式网络化齿轮加工数控系统研究

论文摘要

齿轮是机械行业量大面广的基础件，对其加工精度、效率和柔性提出了越来越高的要求。开发齿轮数控机床是当今齿轮机床的发展方向，而数控系统是其核心。数控系统正朝着开放式、网络化、智能化和柔性化的方向发展，并满足对高速度和高精度数控加工的要求。论文结合滚齿机数控系统的研制开发，重点开展了开放式网络化齿轮加工数控系统的研究与应用。 论文在分析滚齿机运动原理的基础上，研究了非全功能数控滚齿机和全功能数控滚齿机数控系统体系结构。针对全功能数控滚齿机展成分度链和差动链的数控处理方法不同，分析了基于软件插补和基于硬件控制两种特点，指出齿轮数控机床的展成、差动链控制的发展方向是软硬件结合，这样既易于加工各种非圆齿轮和修形齿轮，又易于实现高速响应和高精度控制。 论文全面系统地设计研究了六轴全功能数控滚齿机STAR数控系统的硬件和软件。重点介绍了面向对象的参数化特征自动编程模块。详细研究了基于刀具主轴基准信号的滚齿加工跟随插补算法，并推导了其计算公式。介绍了自行研制开发的全功能数控滚齿机STAR数控系统的应用实例。 论文指出必须将数控系统的软件与底层的硬件、操作系统分离开来，才能实现真正意义上的跨平台开放性。基于上述分析研究，提出了基于量子框架的开放数控系统软件体系结构和采用量子编程的软件编程模式。在此基础上，设计研究了基于量子框架的开放式齿轮数控系统，并定义了主要软件功能活动对象的状态图，给出了部分程序。 论文分析了网络数控系统的功能和特点，给出了网络数控系统结构模型。引入SERCOS总线和现场总线技术，提出了一种基于Windows和RTX实时操作系统的纯软件的开放式网络数控系统及其三层体系结构：1)采用工业以太网的系统数据网，实现和CAD／CAM等系统的集成；2)采用现场总线控制网作为系统设备层的实时通信总线，实现实时性数据的有效迅速的传输；3)选择运动控制总线—SERCOS总线作为系统强实时性信息的传输网络，完成多轴伺服运动控制。开展了网络数控系统任务调度和网络通信的设计研究。 论文结合国家重点科技攻关项目，设计了齿轮准柔性自动生产线的总体方案及构成和主要功能。提出了设备代理的概念，解决了实现异构系统的互操作问题，并对其实现进行了深入研究。开发出基于设备代理的生产线网络监控服务系统，应用在自行研制的圆柱齿轮(轴)准柔性自动生产线中，效果良好。 论文推导了非圆齿轮的设计公式。讨论了数控插齿机和数控滚齿机加工非圆齿轮原理。详细介绍了滚齿机加工非圆斜齿轮的方法，推导了滚齿加工非圆斜齿轮的四轴联动控制模型；讨论了传统的等弧长直线拟合非圆齿轮节曲线插补原理以及存在的弊端，在此基础上，提出了采用三次样条分段连续拟合非圆齿轮节曲线的插补方法，研究了其拟合插补原理、预处理

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图清单
• 表格清单
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的背景和意义
• 1.2 开放式数控系统国内外研究现状和发展概况
• 1.2.1 开放式数控系统定义和国内外几个研究计划
• 1.2.2 网络化数控技术和DNC技术
• 1.3 齿轮机床数控系统及其加工技术的研究现状和发展
• 1.4.1 齿轮数控加工技术现状和发展
• 1.4.2 齿轮机床数控技术研究发展方向
• 1.5 论文的主要研究工作
• 第二章 数控滚齿机数控系统设计与应用研究
• 2.1 滚齿机滚齿原理
• 2.1.1 滚齿加工概述
• 2.1.2 滚齿机的运动原理
• 2.2 滚齿机数控系统体系结构研究
• 2.2.1 非全功能数控滚齿机数控系统的结构
• 2.2.2 全功能数控滚齿机数控系统的结构
• 2.2.3 数控滚齿机数控系统锁相伺服技术
• 2.3 六轴数控滚齿机STAR数控系统设计开发研究
• 2.3.1 六轴数控滚齿机功能需求分析
• 2.3.2 六轴数控滚齿机STAR数控系统硬件设计
• 2.3.3 六轴数控滚齿机STAR数控系统软件设计
• 2.4 六轴数控滚齿机STAR数控系统插补算法研究
• 2.4.1 六轴数控滚齿机坐标轴运动关系分析
• 2.4.2 STAR数控系统基于刀具主轴基准信号的跟随插补算法研究
• 2.5 STAR数控系统应用实例
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于量子框架的开放式数控系统
• 3.1 数控系统的开放性
• 3.1.1 开放式数控系统技术发展现状
• 3.1.2 开放式数控系统的种类及其特点
• 3.2 量子编程和量子框架的基本内容
• 3.2.1 量子编程和量子框架的基本概念
• 3.2.2 使用量子框架的优点
• 3.2.3 基于量子框架的开放式实时系统的体系结构
• 3.3 基于量子框架的齿轮数控系统
• 3.3.1 基于量子框架的齿轮数控系统体系结构
• 3.3.2 基于量子框架的齿轮数控系统的构建实例
• 3.4 本章小结
• 第四章 网络数控系统研究
• 4.1 网络数控系统基本内涵
• 4.1.1 网络数控系统的特点与功能
• 4.1.2 网络数控系统结构模型
• 4.2 开放式网络数控系统的设计研究
• 4.2.1 开放式网络数控系统设计原则
• 4.2.2 开放式网络数控系统的总体结构
• 4.2.3 开放式网络数控系统的信息构成和通信网络设计
• 4.2.4 开放式网络数控系统软件设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 齿轮准柔性自动生产线网络监控服务系统
• 5.1 齿轮准柔性自动生产线总体构成
• 5.2 齿轮准柔性自动生产线监控服务系统的设计研究与实现
• 5.2.1 监控服务系统规划
• 5.2.2 监控服务系统的实现
• 5.3 监控服务系统的实践效果
• 5.4 本章小结
• 第六章 特殊齿轮数控加工技术的研究及应用
• 6.1 非圆齿轮基本概念
• 6.1.1 非圆齿轮变传动比的平面啮合原理
• 6.1.2 非圆齿轮的设计
• 6.1.3 非圆齿轮的加工方法的研究
• 6.2 非圆齿轮数控加工
• 6.2.1 数控加工原理
• 6.2.2 非圆斜齿轮的滚齿加工
• 6.2.3 非圆齿轮数控加工插补算法的研究
• 6.2.4 非圆齿轮数控加工精度的分析
• 6.3 径向布齿非圆齿轮建模及数控加工的研究
• 6.3.1 径向非圆齿轮与法向非圆齿轮的区别和联系
• 6.3.2 径向非圆齿轮数学模型的建立
• 6.3.3 采用pro／E进行三维建模、仿真研究
• 6.3.4 径向非圆齿轮数控加工方法的研究
• 6.4 少齿数大模数特殊齿轮—螺旋转子数控加工的研究
• 6.4.1 少齿数大模数特殊齿轮—螺旋转子成形原理及数控加工方法
• 6.4.2 螺旋转子轮廓曲线啮合原理
• 6.4.3 螺旋转子的几何特性
• 6.4.4 标准球形铣刀加工螺旋转子的刀具轨迹规划
• 6.4.5 螺旋转子在Pro／E中建模、加工仿真与后置处理
• 6.4.6 螺旋转子加工实例与应用
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 附录缩略语和术语注释
• 作者在攻读博士学位期间发表的主要学术论文和著作
• 作者在攻读博士学位期间参加的主要科研项目（计划类）
• 致谢