滚齿机数控系统二次开发中的自动编程和质量控制技术研究

论文摘要

开放式数控系统的研究目的就是要解决变化频繁的需求与封闭的控制系统结构之间的矛盾,建立一种新型的模块化、可重构、可扩充的控制系统结构,以增强数控系统的功能柔性,能够快速而有效地响应新的加工需求,是今后数控系统的重要发展方向。目前数控领域使用的控制系统一般多为通用型,但对一些特殊的机床如专用磨床、专用位置控制设备、齿轮加工机床等往往需要有自己的专用界面以及一些特定的功能模块,这样才便于对设备进行操作和管理,更好地发挥数控系统的优势。齿轮加工机床有其复杂性和特殊性,运动关系复杂、调整因素多、影响加工精度的因素多,所以滚齿机对数控系统的要求更高、更特殊。而目前国内滚齿机配置的大多是国外的通用数控系统,所以在目前国内数控系统研发还没有形成成熟产品的情况下,研究对通用数控系统的二次开发,有其客观的必要性。本文正是基于以上考虑,通过对开放式数控系统、齿轮加工数控系统的分析研究,提出了滚齿机数控系统二次开发的思想;针对西门子数控系统,分析了其系统性能、结构以及二次开发原理、方法,并对系统二次开发进行了需求分析和功能模块设计;对目前市场迫切需求的滚齿加工自动编程和滚齿加工质量诊断模块进行了重点研究,主要包括:通过分析滚齿加工原理、数控编程技术,建立了滚齿加工自动编程方法的数学模型,并据此对自动编程进行了系统设计和流程设计,最后利用西门子二次开发工具使系统得以实现;通过对工序质量控制、工序质量诊断、智能质量诊断以及滚齿加工质量特性及其影响因素的研究,建立了滚齿加工质量控制模型,研究并构建了基于质量诊断的工序质量控制系统框架,并对各个组成部分进行了具体分析和模拟仿真,为在西门子数控系统上的实现奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 零传动滚齿机
• 1.1.1 零传动滚齿机简介
• 1.1.2 零传动滚齿机的优势及挑战
• 1.2 齿轮加工数控系统的发展现状
• 1.2.1 齿轮加工数控系统的国外发展现状
• 1.2.2 齿轮加工数控系统的国内发展现状
• 1.3 开放式数控系统
• 1.3.1 开放式数控系统的由来
• 1.3.2 数控系统的开放途径
• 1.4 滚齿机数控系统二次开发
• 1.4.1 数控系统二次开发
• 1.4.2 数控系统二次开发与机床数控化改造的关系
• 1.4.3 滚齿机数控系统二次开发的必要性及意义
• 1.5 课题来源及研究意义
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 研究意义
• 1.6 本论文研究内容
• 2 滚齿机数控系统二次开发方法及功能模块设计
• 2.1 SINUMERIK 840D 数控系统
• 2.1.1 SINUMERIK 840D 数控系统性能特点
• 2.1.2 SINUMERIK 840D 数控系统硬件系统结构
• 2.1.3 SINUMERIK 840D 数控系统软件系统结构
• 2.2 滚齿机数控系统二次开发技术支持
• 2.3 滚齿机数控系统二次开发原理及方法
• 2.3.1 基于OEM 软件包的数控系统二次开发
• 2.3.2 基于“扩展用户接口”的数控系统二次开发
• 2.4 滚齿机数控系统二次开发功能模块设计
• 2.4.1 功能需求分析
• 2.4.2 二次开发功能模块设计
• 2.5 本章小结
• 3 面向二次开发的滚齿加工自动编程技术研究
• 3.1 滚齿加工原理
• 3.1.1 滚齿加工原理
• 3.1.2 滚刀和齿轮毛坯的运动关系
• 3.1.3 滚齿加工流程
• 3.2 数控编程技术分析
• 3.2.1 数控编程的方法和步骤
• 3.2.2 数控程序的格式
• 3.3 齿轮数控加工自动编程方法的可行性分析
• 3.4 齿轮自动编程方法的数学模型
• 3.4.1 滚齿的加工方式
• 3.4.2 滚齿机坐标系的设置
• 3.4.3 滚刀与滚齿机坐标系的关系
• 3.4.4 滚齿机的对刀计算
• 3.4.5 滚刀的运动轨迹及关键位置坐标计算
• 3.4.6 数据的校验计算
• 3.5 自动编程系统设计及实现
• 3.5.1 自动编程系统总体设计
• 3.5.2 自动编程系统流程设计
• 3.5.3 主要界面设计
• 3.5.4 部分程序介绍
• 3.6 滚齿加工NC 程序模型
• 3.6.1 滚齿加工程序模型
• 3.6.2 程序举例
• 3.7 本章小结
• 4 面向二次开发的滚齿加工质量控制技术研究
• 4.1 引言
• 4.2 数控加工实时在线质量控制的可行性分析
• 4.2.1 工序质量控制
• 4.2.2 工序质量诊断
• 4.2.3 工序质量智能诊断
• 4.2.4 在数控系统上实现质量控制的可行性分析
• 4.3 滚齿加工质量控制模型
• 4.3.1 滚齿加工质量特性及其影响因素
• 4.3.2 滚齿加工质量控制模型
• 4.4 滚齿加工质量诊断
• 4.4.1 基于质量诊断的工序质量控制系统架构
• 4.4.2 控制图异常模式识别
• 4.4.3 控制图特殊异常模式的特征参数估计
• 4.4.4 滚齿加工质量诊断
• 4.5 算例分析
• 4.5.1 MATLAB 神经网络工具箱简介
• 4.5.2 算例分析
• 4.5.3 在 SIEMENS 数控系统上增加加工质量控制模块的设想
• 4.6 本章小结
• 5 结论及展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录