基于uCLinux的嵌入式数控滚齿零编程系统的研究和实施

论文摘要

随着制造业水平的不断提升,行业对齿轮的高质量,低成本和制造自动化程度提出了更高的要求,因此研究齿轮数控加工领域自动数控编程系统,具有重要的现实意义。传统的齿轮数控加工,采用人工手动编程,数据计算量大,出错率高且效率低,不符合自动化生产的需求。同时,基于自动编程思想的CAD/CAM自动编程系统,由于成本较高,且需要操作人员熟悉软件,手工建立工件模型的模拟,对操作人员要求较高,不利于在中小规模生产中推广。基于上述现状,本论文在充分调研的基础上,结合数控零编程的思想,提出了一种将嵌入式系统和数控零编程系统结合起来的解决方案。本方案的核心思想是离线数控自动编程,即数控操作人员在不依赖于数控机床的情形下,启动本设备,通过系统的向导提示功能,逐步输入工艺参数,并由系统调用相应的数控程序生成算法,生成可执行的NC程序代码。本方案的实施系统成本低,可维护性强,灵活性高,适合对生产周期和成本要求严格的中小批量生产。本论文对系统设计过程中涉及的多个问题进行了研究,首先本文对数控滚齿的加工原理和加工工艺进行了研究,并在此基础上,结合数控滚齿机床的指令格式,建立了数控滚齿NC程序的零编程模型。然后,本文对系统的软件架构以及开发平台进行了研究。最后,本文分析了嵌入式Linux操作系统和MiniGUI图形中间件的系统架构以及内部运行机制。在上述研究的基础上,采用嵌入式软件和硬件系统的设计方法,开展了本系统的具体实施工作。首先在可行性研究和需求分析的基础上,对系统的硬件和软件进行了整体的规划,构建了的总体设计方案。然后,改造和设计了系统硬件部分重要模块的电路接口图,并结合系统的硬件特性,开发了系统的底层软件和应用软件。最后,移植系统中的软件到嵌入式平台,进行最终的系统集成工作。通过对本系统的功能测试,系统在零编程,程序修改,程序传输等模块均运行稳定,且基本完成需求分析的各项功能,该设备便携性强,能够在不依赖于数控的情形下,生成数控代码,因此在中小批量生产中具有较高的灵活性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.1.1 课题背景及来源
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 国内外技术研究现状
• 1.2.1 数控齿轮加工技术研究现状
• 1.2.2 数控自动编程技术研究现状
• 1.3 课题研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 嵌入式数控滚齿零编程系统关键技术研究
• 2.1 数控滚齿加工零编程的数学模型及算法研究
• 2.1.1 数控滚齿加工的原理和方法
• 2.1.2 数控滚齿零编程数学模型研究
• 2.1.3 几何尺寸关系约束算法
• 2.2 嵌入式LINUX 操作系统研究
• 2.2.1 嵌入式Linux 的体系结构
• 2.2.2 嵌入式Linux 设备驱动程序
• 2.2.3 uCLinux 操作系统
• 2.3 嵌入式图形系统研究
• 2.3.1 嵌入式系统的图形库
• 2.3.2 基于MiniGUI 的嵌入式图形系统研究
• 2.4 本章小结
• 3 嵌入式数控滚齿零编程系统总体设计
• 3.1 系统可行性研究
• 3.2 系统需求分析
• 3.3 系统功能设计
• 3.4 系统硬件总体设计
• 3.5 软件总体设计
• 3.5.1 软件架构设计
• 3.5.2 软件流程设计
• 3.5.3 软件界面设计
• 3.6 本章小结
• 4 嵌入式数控滚齿零编程系统详细设计
• 4.1 系统硬件详细设计
• 4.1.1 系统主控模块设计
• 4.1.2 系统存储器接口电路设计
• 4.1.3 系统异步串行接口电路设计
• 4.2 系统底层软件详细设计
• 4.2.1 软件交叉编译环境的构建
• 4.2.2 系统启动程序BootLoader 设计
• 4.2.3 uCLinux 系统的剪裁和移植
• 4.2.4 设备驱动程序设计
• 4.3 系统应用软件详细设计
• 4.3.1 软件详细流程设计
• 4.3.2 数据结构及接口设计
• 4.3.3 软件编码及系统集成
• 4.4 系统应用及测试
• 4.5 本章小结
• 5 结论和展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 对后续工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目