基于RT-Linux的电火花数控系统软件及主轴抬刀控制研究

论文摘要

随着工业领域各种技术的发展,高强度、硬度等难加工材料被广泛的应用,其加工工艺问题也越来越突出。电火花加工技术不受工件强度硬度限制、加工精度高、可加工复杂型腔结构等优点逐渐的显现出来,并在航空航天、模具制造等领域得到广泛应用。对于电火花加工来说,一项最关键的技术是在其数控系统的编制上,数控系统的性能从很大程度上决定了电火花加工的质量和效率。为电火花加工提供一个良好的控制功能,是电火花加工机床进行高效、高精度复杂型面加工的必要条件。本文根据电火花加工的实际情况对数控系统进行搭建和完善。选择RT-Linux实时平台作为开发环境,首先分析了电火花数控机床硬件构成和加工所需要的功能,并以此为据对数控系统进行了功能划分,构建了数控系统的结构框架。按照结构框架组织了数控系统的整体结构,同时完成了实时任务与非实时任务的划分及任务的执行模式。利用QT技术完善了电火花数控系统软件的图形用户界面;分析了数控系统的通讯模块;通过对插补算法的深入探讨,编写了数控系统的插补功能模块程序,使其能够按照预定轨迹实现插补动作。为了实现较大深径比的小孔加工,本文还研究了抬刀功能的实现方式,设计了两种实现抬刀的方式,并选择其中较合适的一种在实际加工中应用。为了优化抬刀控制参数,改善放电状态,增大所能加工到的深径比,设计了抬刀过程模糊控制系统,利用检测回路周期性测得的短路率及短路率变化量进行抬刀周期的控制。同时根据输出自动选择抬刀高度,进一步加强了抬刀效果。最后,为了考察所编制电火花数控系统的性能,将数控系统搭载在电火花加工机床上,并进行了电火花小孔加工实验以及电火花六角星铣削加工实验。实验结果表明数控系统各部分运行良好,也可较好的实现抬刀功能,而且与无抬刀控制或定时抬刀控制相比,利用模糊控制系统进行小孔加工时的放电状态有明显的改善,所编制的数控系统可以应用于电火花加工过程控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电火花加工数控化发展
• 1.2 电火花数控技术研究现状
• 1.2.1 国外数控技术研究现状
• 1.2.2 国内数控技术研究现状
• 1.2.3 电火花数控系统智能化发展
• 1.3 电火花数控系统的开发环境
• 1.3.1 Linux 实时性改造
• 1.3.2 RT-Linux 的工作原理
• 1.3.3 RT-Linux 的实现
• 1.4 课题的研究内容
• 第2章 电火花数控系统的结构设计
• 2.1 电火花数控系统功能分析
• 2.1.1 电火花数控机床硬件构成
• 2.1.2 电火花数控机床软件功能分析
• 2.2 电火花数控系统的结构框架
• 2.3 电火花数控系统任务划分及调度方式
• 2.4 电火花数控系统任务执行模式
• 2.5 本章小结
• 第3章 电火花数控系统软件功能开发
• 3.1 图形用户界面
• 3.1.1 QT 信号与槽机制
• 3.1.2 图形用户界面功能分析与实现
• 3.2 信息通讯
• 3.2.1 共享内存
• 3.2.2 RT-FIFO 通信
• 3.3 直线插补
• 3.3.1 插补算法选择
• 3.3.2 正向和逆向插补算法及判别函数
• 3.3.3 插补在加工中的应用
• 3.4 主轴抬刀控制
• 3.4.1 主轴抬刀参数设置
• 3.4.2 主轴抬刀控制线程方案设计
• 3.4.3 自动加工线程中主轴抬刀方案设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 主轴抬刀模糊控制系统设计
• 4.1 输入量选择与统计
• 4.2 模糊控制模块设计
• 4.2.1 输入的模糊化处理
• 4.2.2 模糊规则的建立
• 4.2.3 模糊运算
• 4.3 模糊控制在数控系统中的调用
• 4.4 电火花数控系统加工工艺实验
• 4.4.1 电火花小孔加工实验
• 4.4.2 电火花铣削加工
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢