基于PMAC的非球面磨削数控系统的研究

论文摘要

非球面光学零件可以消除球差、像散、场曲等,能够减少光能损失,大大简化结构,具有优良的光学特性,在军事、航天、航空、核能、天文以及重要的民用工业领域都有着广泛的需求。同时,对其表面质量及轮廓的精度要求也越来越高。传统的非球面加工方法已经不能满足这种需求,研究新的超精密加工方法与精密控制设备成为势在必行的发展趋势。本课题在非球面平行法磨削工艺基础上,研究开放式超精密非球面磨削数控系统,搭建了非球面磨削系统硬件平台,开发出一套专用于非球面磨削用的数控软件,通过该软件在自行研制的超精密磨抛实验平台上的应用,能够加工成形非球面光学零件。研究了PMAC运动控制器的工作原理、硬件结构和软件的特点,结合步进电机及其驱动器、精密工作台,搭建了数控系统硬件平台;根据非球面平行法磨削工艺要求,对非球面磨削过程中曲线插补算法及原理进行了研究,详细分析了双圆弧插补算法,并用此算法对基于光学通用方程的曲线及列表点曲线进行了插补,生成了G代码文件;对数控系统软件部分进行功能划分,确定了磨削数控系统软件的结构体系。在此基础上,利用高级编程语言Visual C++在操作系统平台上完成了对数控系统软件各功能模块的开发,建立起了友好的数控系统界面;最后,将所开发的磨削数控系统应用于自行搭建的四轴精密磨抛实验平台上,加工非球面零件验证了轨迹插补算法及数控系统的软硬件性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题的目的和意义
• 1.3 非球面超精密加工设备研究现状
• 1.4 超精密机床数控系统的发展与现状
• 1.4.1 超精密机床数控系统的发展
• 1.4.2 开放式数控系统国内外研究现状
• 1.5 数控插补算法研究现状和进展
• 1.6 课题主要研究内容
• 第2章 数控系统硬件系统结构
• 2.1 非球面磨削数控系统硬件配置
• 2.1.1 PMAC控制器
• 2.1.2 工业控制机
• 2.1.3 步进电机及其驱动器
• 2.1.4 精密四维工作台
• 2.2 PMAC硬件结构及通讯
• 2.2.1 PMAC硬件结构
• 2.2.2 PMAC与IPC的通讯
• 2.3 系统硬件结构
• 2.4 本章小结
• 第3章 光学曲线双圆弧插补算法研究
• 3.1 数控插补原理
• 3.2 双圆弧步长伸缩插补算法
• 3.2.1 光学通用方程
• 3.2.2 双圆弧插补原理
• 3.2.3 已知光学曲线方程的双圆弧插补算法
• 3.2.4 列表坐标点双圆弧拟合算法
• 3.3 双圆弧数控插补法的误差计算
• 3.4 NC程序G指令判断
• 3.5 算法流程图
• 3.6 本章小结
• 第4章 数控系统软件体系开发
• 4.1 通讯驱动程序库—PComm32
• 4.2 人机交互界面设计
• 4.3 功能模块设计开发
• 4.4 非球面磨削试验
• 4.4.1 试验条件
• 4.4.2 试验过程
• 4.4.3 试验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢