基于PC的开放式数控系统的研究与开发

论文摘要

随着现代制造业的快速发展,传统数控系统兼容性差、功能不易扩展、人机界面不灵活等缺点日益显现,数控系统的开放化已成为数控技术的主流。开放式数控系统的研究目的就是要建立一种新型的模块化、可重构、可扩充的控制系统,以增强数控系统的功能柔性,从而快速地响应新的加工需求。结合运动控制器及PC机,对开放式数控铣床系统的相关内容进行了研究,主要包括如下几部分:①探讨了开放式数控铣系统的体系结构,包括开放式数控铣床系统的硬件结构和软件结构;②完成了对一台普通立式铣床的数控改造,使之成为一台具有四个自由度的多功能数控系统试验平台。设计了应用于该试验平台的开放式数控系统,系统硬件采用PC+运动控制器的结构形式,系统软件设计采用模块化结构,如果需要对系统的功能进行调整,只需要增减功能模块即可,体现出了系统开放性、灵活性的特点。在该试验平台上进行了有关开放式数控系统的运行试验,以及扩展模块功能的试验验证。③编制了开放式数控系统的控制软件平台,该控制软件平台是在windows环境下应用C++语言编程实现的。在这个软件平台上,可以构建应用系统程序,建立和管理应用程序模块,并提供对系统进行仿真、调试和故障诊断等功能。④最后,对目前常用最小偏差的插补方法进行了研究,给出了最小偏差法直线和圆弧插补算法的一些规律,给出了具体算法设计的程序框图,并与逐点比较法进行了比较,得出结论:最小偏差法具有进给方向变化平缓、速度快、误差小等优点。本文系统介绍了机械结构的改造、数控系统的组成、控制软件平台的设计和最小偏差的插补方法的研究等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 开放式数控技术概述
• 1.2 课题研究内容
• 1.3 研究意义
• 1.4 小结
• 2 基于PC 的开放式数控铣床系统的框架设计
• 2.1 数控系统设计总体概述
• 2.1.1 系统结构
• 2.1.2 PC 机在该系统中的作用
• 2.1.3 开放式数控系统硬件体系结构
• 2.1.4 交流伺服电机驱动及其控制
• 2.2 数控铣床系统的硬件结构
• 2.2.1 硬件系统框架
• 2.2.2 硬件系统框架说明
• 2.3 数控铣床系统的软件结构
• 2.3.1 软件系统模块划分
• 2.3.2 软件系统结构框架
• 2.4 小结
• 3 多功能开放式数控铣床实验平台的构建
• 3.1 多功数控铣床的特点
• 3.2 数控铣床的基本结构组成
• 3.3 多功能数控铣床实验平台的构
• 3.3.1 试验平台机械结构的构建
• 3.3.2 试验平台电气系统的构建
• 3.3.3 控制系统的接线
• 3.4 试验平台数控系统的方案设计
• 3.5 小结
• 4 多功数控试验平台系统软件的实现
• 4.1 软件的总体设计思想
• 4.2 软件开放式功能的实现
• 4.2.1 动态链接函数库基本概念
• 4.2.2 动态链接库与静态链接库的区别
• 4.2.3 DLL 模块与应用程序模块的重要区别
• 4.2.4 使用DLL 的优势
• 4.2.5 动态链接库的设计
• 4.2.6 调用动态链接库实现开放式功能
• 4.3 数控试验平台用户界面的建立
• 4.3.1 用户界面的设计方案
• 4.3.2 用户界面的设计类型
• 4.4 G 代码识别模块
• 4.5 开放式数控系统实验平台的构建
• 4.6 小结
• 5 轨迹插补模块的研究与实现
• 5.1 引言
• 5.2 直线插补最小偏差法原理与算法设计
• 5.3 圆弧插补最小偏差法原理与算法设计
• 5.4 系统测试
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 在攻读学位期间发表的论著
• B. 控制器与 Panasonic MSDA 系列驱动器速度控制方式接线
• C. 控制器与 Panasonic MSDA 系列驱动器位置控制方式接线
• D. GT 系列运动控制器型号及含义
• E. 编码器位对应表
• F. 限位开关位对应表
• G. 端子板部分引脚定义
• H. GT Commander 文件列表