二并联机床运动控制系统的研究

论文摘要

并联机床作为一种全新构型的机床,其本身具有诸多的优点,如刚度高、承载能力强、动态性能好、速度快和结构简单等,近年来受到了国际学术界和工程界的广泛重视。运动控制系统是并联机床的重要组成部分,是决定机床性能的重要因素。由于并联机床构型和机构参数的不同,很难有一种控制系统适合所有的并联机床。因此只能有一种控制平台,由开发者自行配置硬件和软件,采用开放式体系结构建造控制系统。本文主要对PC+运动控制卡结构的控制系统进行了研究,使用Visual Basic编程语言,构建了一套基于PCI-1243U运动控制卡的控制系统,并将这套控制系统成功应用于二并联机床上。本文主要研究内容如下：（1）对并联机床及数控系统的发展过程、国内外发展现状及发展趋势进行了概述,并提出的本课题的来源、研究目的、意义及主要内容。（2）对二并联机床的控制系统进行了总体设计,开发了基于PC+控制卡的控制器,搭建出了并联机床的运动控制平台。（3）对二并联机床的运动学进行了分析,包括机床的位置、速度、加速度正解和逆解,工作空间分析,奇异性分析等。并利用ADAMS仿真软件对位置、速度、加速度正解和逆解进行仿真,得出机床不同的仿真形态并输出相应的数据,为二并联机床的控制系统提供了理论基础。（4）对二并联机床的插补算法进行了研究,包括空间轨迹、轨迹的插补、位置反解、干涉检验等。首先,建立空间轨迹的数学模型,根据数学模型求出刀具轨迹的方程。然后,采用基于逐点比较法的插补算法对刀具轨迹进行插补运算。最后,根据插补运算的结果求解机床的位置反解,并进行干涉检验和速度校验。（5）对二并联机床的软件进行了设计,采用PC作为核心控制器,以Windows系统作为操作平台,使用Visual Basic编程语言对控制系统的软件进行设计。将整个控制系统进行模块划分,共分为用户界面、干涉检验、误差补偿、插补计算以及一些辅助模块等。（6）通过实验对二并联机床控制系统进行了验证,编写钻连续孔和直线插补的‘程序,对二并联机床控制系统进行实验验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 并联机床发展
• 1.2.1 国外并联机床的发展现状
• 1.2.2 国内并联机床的发展现状
• 1.2.3 并联机床的发展趋势
• 1.3 数控系统概述
• 1.3.1 开放式数控系统
• 1.3.2 基于PC的开放式数控系统
• 1.3.3 并联机床数控系统
• 1.4 课题的意义及主要内容
• 第2章 二并联机床控制系统总体设计
• 2.1 控制系统总体方案
• 2.1.1 控制对象
• 2.1.2 控制要求
• 2.1.3 系统构成
• 2.2 控制系统硬件方案
• 2.2.1 运动控制卡
• 2.2.2 伺服系统
• 2.3 控制系统软件方案
• 2.3.1 操作系统
• 2.3.2 开发语言
• 2.4 本章小结
• 第3章 二并联机床运动学分析
• 3.1 二并联机床介绍
• 3.1.1 二并联机床结构
• 3.1.2 自由度计算
• 3.2 二并联机床位置分析
• 3.2.1 位置正解
• 3.2.2 位置逆解
• 3.3 二并联机床运动分析
• 3.3.1 速度及加速度正解
• 3.3.2 速度及加速度逆解
• 3.4 运动学仿真
• 3.4.1 仿真过程
• 3.4.2 仿真结果
• 3.5 运动性能分析
• 3.5.1 工作空间分析
• 3.5.2 奇异性分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于逐点比较法的插补算法研究
• 4.1 插补概述
• 4.1.1 插补定义
• 4.1.2 插补分类
• 4.1.3 插补控制
• 4.2 刀具轨迹计算
• 4.2.1 二次曲线轨迹
• 4.2.2 三次曲线轨迹
• 4.3 刀具轨迹插补
• 4.3.1 二次曲线插补
• 4.3.2 三次曲线插补
• 4.4 干涉检验
• 4.4.1 滑块的干涉检验
• 4.4.2 并联杆的干涉检验
• 4.4.3 算法分析
• 4.5 位置反解及速度校验
• 4.5.1 位置反解
• 4.5.2 速度校验
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于VB语言的控制系统软件设计
• 5.1 控制系统软件总体设计
• 5.1.1 软件执行流程
• 5.1.2 软件的模块化设计
• 5.2 插补计算模块
• 5.2.1 软件插补流程
• 5.2.2 直线和圆弧插补
• 5.2.3 二次曲线插补
• 5.2.4 三次曲线插补
• 5.3 误差补偿模块
• 5.4 干涉检验模块
• 5.5 人机交互模块
• 5.5.1 主操作界面
• 5.5.2 运动控制界面
• 5.6 实验测试
• 5.6.1 实验1：钻连续孔实验
• 5.6.2 实验2：插补实验
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文