基于开放式数控系统的体系结构及恒力铣削技术研究

论文摘要

数控技术及装备是衡量一个国家工业化发展水平的重要指标之一,经过几十年的发展,数控系统正在由传统的指令型向智能型进化。智能数控系统不再是被动地接受指令,控制机床完成指定的动作,而是面向任务,能够根据不同的需求进行感知、识别、推理和判断,以最优的方式进行加工。智能数控系统的实现有两大关键技术,一是智能加工策略,二是智能加工策略与数控系统的融合。在数控切削加工中,智能加工策略主要表现在切削用量的优化,以达到质量、效率和成本的平衡点。在目前的切削加工中,切削用量是由工艺人员根据经验选定,在切削加工过程中不能根据切削状态的变化而进行相应调整。为克服这种不足,本文通过对数控铣削加工过程的分析,确定了一种以切削力作为反映加工过程状态的指标,实时调整切削用量的方法,并建立了相应的控制系统。该控制系统中包含一个神经网络自适应控制器,以加工状态最佳时的切削力为参考切削力,通过传感器实时检测实际切削力,当实际切削力大于参考切削力时,减小切削用量,当实际切削力小于参考切削力时,增大切削用量,使实际切削力趋向参考切削力,以达到最佳切削状态。通过在Simulink中建立控制系统模型并进行了仿真试验,对不同控制器参数下的控制系统性能进行分析,确定了最佳的控制系统结构和参数。试验结果表明,该控制系统在背吃刀量突变和渐变两种条件下都能达到较好的控制效果。未来的智能数控系统必然是建立在开放式数控系统的基础之上,因此本文以实验室搭建的HITCNC数控系统为基础,分析了全软件型开放式数控系统的体系结构,从硬件和软件两方面对该系统的工作原理进行介绍,并初步研究了智能铣削控制策略与开放式数控系统的融合。之后重点研究了数控程序解释功能的实现方法,介绍了数控程序的语法结构和读取规则,对译码模块的工作流程和关键函数功能进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 智能切削技术研究进展
• 1.2.1 智能自适应控制理论的发展历史
• 1.2.2 智能自适应控数控技术研究概况
• 1.2.3 智能自适应数控技术发展中存在的问题
• 1.3 开放式数控系统研究进展
• 1.3.1 开放式数控技术的发展历史与基本概念
• 1.3.2 开放式数控技术研究概况
• 1.4 研究内容
• 第2章 基于神经网络的智能自适应铣削控制系统
• 2.1 数控铣削加工过程的分析
• 2.1.1 数控铣削过程控制系统模型
• 2.1.2 铣削力及其影响因素
• 2.2 BP神经网络基本原理
• 2.2.1 BP神经网络的结构
• 2.2.2 BP神经网络的工作原理
• 2.3 智能自适应铣削控制系统设计
• 2.3.1 智能自适应铣削控制系统模型
• 2.3.2 神经网络智能自适应控制器结构方案
• 2.3.3 神经网络智能自适应铣削控制系统原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 全软件型开放式数控系统体系结构
• 3.1 全软件型开放式数控系统总体结构分析
• 3.1.1 开放式数控系统逻辑结构
• 3.1.2 开放式数控系统的硬件平台
• 3.1.3 开放式数控系统的软件平台
• 3.2 数控程序文件及其语法分析
• 3.2.1 数控程序基本元素分析
• 3.2.2 词语的读取规则
• 3.3 全软件型开放式数控系统译码功能的实现
• 3.3.1 译码模块的数据结构
• 3.3.2 数控程序代码的读取和翻译
• 3.4 本章小结
• 第4章 智能自适应铣削控制系统仿真试验
• 4.1 仿真试验条件与目标
• 4.2 智能自适应铣削控制系统的SIMULINK模型
• 4.3 仿真试验
• 4.3.1 控制系统的关键参数
• 4.3.2 不同控制器参数下的试验结果及分析
• 4.3.3 两种控制器结构方案的试验与对比
• 4.4 试验结果总结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢