基于PC-SERCOS的開放式數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

章 緒論…………………………………………………………………1
1．1 本課題的研究背景及意義……………………………………………1
1．2 開放式數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)生及研究現(xiàn)狀…………………………………3
1．2．1 開放式數(shù)控系統(tǒng)的歷史背景… …………………………………3
1．2．2 開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀… …………………………………4
1．3 SERCOS技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………………………………6
1．4 參數(shù)曲線插補技術(shù)研究現(xiàn)狀…………………………………………7
1．5 機床后處理技術(shù)研究現(xiàn)狀…………………………………………10
1．5．1 后處理技術(shù)的發(fā)展概況… ……………………………………10
1．5．2 五軸機床后處理器的研究現(xiàn)狀… ……………………………10
1．5．3 基于后處理的刀具補償技術(shù)研究現(xiàn)狀… ……………………12
1．6 本課題的來源及論文的主要研究內(nèi)容……………………………13
1．6．1 本課題來源… …………………………………………………13
1．6．2 論文的主要研究內(nèi)容… ………………………………………13
第2章 數(shù)控系統(tǒng)開放技術(shù)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究………………………17
2．1 概述…………………………………………………………………17
2．2 數(shù)控系統(tǒng)開放技術(shù)的研究…………………………………………18
2．2．1 傳統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)存在的問題… …………………………………18
2．2．2 開放式數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動器設(shè)備… ………………………………20
2．2．3 開放式數(shù)控系統(tǒng)接口… ………………………………………20
2．2．4 開放式數(shù)控系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)… ……………………………22
2．3 SERCOS接口通信技術(shù)……………………………………………24
2．3．1 SERCOS接口技術(shù)原理………………………………………24
2．3．2 SERCOS 接口服務(wù)通道的建立……………………………… 26
2．4 SERCOS 接口驅(qū)動技術(shù)… ………………………………………… 28
2．4．1 SERCOS 接口驅(qū)動原理……………………………………… 28
2．4．2 命令通道的建立… …………………………………………… 30
2．5 系統(tǒng)的組成及構(gòu)架… ……………………………………………… 32
2．5．1 系統(tǒng)組成… …………………………………………………… 32
2．5．2 系統(tǒng)構(gòu)架… …………………………………………………… 33
2．6 實驗驗證… ………………………………………………………… 35
2．7 本章小結(jié)… ………………………………………………………… 37
第3 章 開放式數(shù)控系統(tǒng)插補功能及算法研究… ………………… 39
3．1 概述………………………………………………………………… 39
3．2 NURBS 插補原理… ……………………………………………… 40
3．2．1 NURBS 曲線數(shù)學(xué)定義… …………………………………… 40
3．2．2 NURBS 曲線插補的直接計算流程… ……………………… 41
3．3 NURBS 插補技術(shù)研究… ………………………………………… 42
3．4 NURBS 曲線S 型加減速尋回實時插補算法… ………………… 43
3．4．1 算法基本原理… ……………………………………………… 43
3．4．2 尋回實時插補算法前瞻模塊… ……………………………… 44
3．4．3 尋回實時插補算法實時模塊… ……………………………… 47
3．5 NURBS 插補在系統(tǒng)中的實現(xiàn)… ………………………………… 50
3．5．1 NURBS 插補指令格式… …………………………………… 50
3．5．2 NURBS 插補數(shù)控代碼生成… ……………………………… 50
3．5．3 NURBS 插補模塊間數(shù)據(jù)流處理… ………………………… 52
3．6 算法驗證及結(jié)果分析… …………………………………………… 54
3．7 系統(tǒng)插補功能實例驗證… ………………………………………… 62
3．8 本章小結(jié)… ………………………………………………………… 64
第4 章 開放式數(shù)控系統(tǒng)軟PLC 關(guān)鍵技術(shù)研究及實現(xiàn)… ……… 65
4．1 概述… ……………………………………………………………… 65
4．1．1 IEC61131-3 國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定… ……………………………… 65
4．1．2 軟PLC 優(yōu)勢…………………………………………………… 66
4．2 軟PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分………………………………………… 66
4．2．1 傳統(tǒng)PLC 結(jié)構(gòu)………………………………………………… 66
4．2．2 軟PLC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)……………………………………………… 67
4．3 軟PLC 關(guān)鍵技術(shù)…………………………………………………… 69
4．3．1 軟PLC 編程開發(fā)系統(tǒng)技術(shù)研究……………………………… 69
4．3．2 軟PLC 運行系統(tǒng)技術(shù)研究…………………………………… 70
4．4 基于RTX 的軟PLC 實現(xiàn)… ……………………………………… 73
4．4．1 軟PLC 實現(xiàn)總體框架………………………………………… 73
4．4．2 人機交互模塊… ……………………………………………… 74
4．4．3 數(shù)據(jù)處理模塊… ……………………………………………… 77
4．4．4 智能算法模塊… ……………………………………………… 80
4．4．5 數(shù)據(jù)處理模塊與智能算法模塊實時數(shù)據(jù)交互實現(xiàn)… ……… 82
4．5 實驗驗證及性能分析… …………………………………………… 84
4．6 本章小結(jié)… ………………………………………………………… 89
第5 章 開放式數(shù)控系統(tǒng)后處理技術(shù)及數(shù)控代碼技術(shù)實現(xiàn)… …… 91
5．1 概述… ……………………………………………………………… 91
5．2 后置處理的工作原理及流程… …………………………………… 92
5．3 基于后處理技術(shù)的刀具半徑補償模型… ………………………… 93
5．3．1 平底銑刀半徑補償模型… …………………………………… 94
5．3．2 球頭銑刀半徑補償模型… …………………………………… 95
5．3．3 環(huán)形半徑銑刀補償模型… …………………………………… 96
5．4 基于刀具磨損的刀具半徑優(yōu)化補償模型… ……………………… 97
5．4．1 銑刀磨損模型… ……………………………………………… 97
5．4．2 切觸區(qū)域求解… ……………………………………………… 98
5．4．3 優(yōu)化半徑補償方法實現(xiàn)… …………………………………… 102
5．5 基于優(yōu)化補償算法的通用五軸機床后處理器實現(xiàn)… …………… 104
5．5．1 通用五軸機床運動學(xué)轉(zhuǎn)換方程… …………………………… 104
5．5．2 逆運動學(xué)求解… ……………………………………………… 108
5．5．3 加工數(shù)控代碼生成… ………………………………………… 109
5．6 NC 代碼解釋器的實現(xiàn)… ………………………………………… 110
5．6．1 NC 代碼解釋器總體結(jié)構(gòu)… ………………………………… 110
5．6．2 NC 代碼格式… ……………………………………………… 111
5．6．3 NC 代碼讀取… ……………………………………………… 111
5．6．4 NC 代碼解釋… ……………………………………………… 113
5．6．5 錯誤處理… …………………………………………………… 114
5．7 性能分析及實驗驗證… …………………………………………… 114
5．7．1 基于優(yōu)化刀具補償通用五軸機床后處理軟件實現(xiàn)… ……… 114
5．7．2 加工仿真驗證… ……………………………………………… 117
5．7．3 三坐標(biāo)測量驗證… …………………………………………… 121
5．8 本章小結(jié)… ………………………………………………………… 124
結(jié)論… ………………………………………………………………………… 125
參考文獻(xiàn)… …………………………………………………………………… 127
附錄1… ……………………………………………………………………… 137
附錄2… ……………………………………………………………………… 140
附錄3… ……………………………………………………………………… 142
附錄4… ……………………………………………………………………… 144