三維激光切割數(shù)控軟件架構(gòu)及關(guān)鍵功能開發(fā).pdf

1、三維激光切割機(jī)已被廣泛應(yīng)用于汽車制造行業(yè),在航空航天領(lǐng)域也發(fā)揮了重要作用,作為三維數(shù)控激光切割機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一,數(shù)控系統(tǒng)在很大程度上決定了機(jī)床的功能和性能。本文采用基于 PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu),以RTAI-Linux系統(tǒng)作為數(shù)控軟件的運(yùn)行平臺(tái),完成了三維激光切割機(jī)專用數(shù)控軟件架構(gòu)并實(shí)現(xiàn)了其關(guān)鍵功能,對(duì)增強(qiáng)我國(guó)三維激光切割專用數(shù)控系統(tǒng)的自主研發(fā)能力起到了一定作用。
　　首先,針對(duì)三維激光切割數(shù)控軟件的功能需求和實(shí)時(shí)性要求,對(duì)數(shù)控任

2、務(wù)進(jìn)行分類和規(guī)劃,確立數(shù)控軟件的整體結(jié)構(gòu),并將數(shù)控軟件劃分為人機(jī)交互模塊、用戶功能模塊、通訊模塊、內(nèi)核功能模塊四個(gè)層次。用戶功能模塊運(yùn)行于用戶空間而內(nèi)核功能模塊運(yùn)行于內(nèi)核空間,兩模塊之間無(wú)法直接進(jìn)行通訊,利用FIFO和共享內(nèi)存完成通訊模塊實(shí)現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸。
　　其次,在開發(fā)人機(jī)界面、加工控制、輔助功能等基本數(shù)控功能基礎(chǔ)上,針對(duì)偏置式激光頭五軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)控制算法、軌跡速度平滑控制和三維顯示及動(dòng)態(tài)仿真功能等關(guān)鍵功能進(jìn)行了深入研究。

3、建立偏置式激光頭坐標(biāo)變換數(shù)學(xué)模型,根據(jù)合成點(diǎn)坐標(biāo)及旋轉(zhuǎn)軸的角度計(jì)算每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)各軸的位移增量;由于激光切割運(yùn)動(dòng)速度較高,為保證機(jī)床的穩(wěn)定性和切割速度的平穩(wěn)性,采用預(yù)讀方法,綜合考慮機(jī)床運(yùn)動(dòng)過程中的速度及加速度限制因素,在實(shí)際插補(bǔ)控制之前,對(duì)軌跡的速度和加速度進(jìn)行規(guī)劃,確定各程序段的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);由于三維加工軌跡曲線較為復(fù)雜,本文開發(fā)了三維顯示及動(dòng)態(tài)仿真功能,能夠顯示待加工零件的模型及預(yù)期軌跡,并在加工過程中對(duì)光斑位置及激光束的方向進(jìn)行實(shí)時(shí)

4、仿真,有助于用戶了解加工狀態(tài)。
　　最后,對(duì)三維激光切割數(shù)控軟件進(jìn)行模擬驗(yàn)證。數(shù)控軟件的實(shí)時(shí)性取決于RTAI-Linux系統(tǒng)平臺(tái)的實(shí)時(shí)性,在系統(tǒng)中加載數(shù)控功能模擬負(fù)載,并測(cè)試其最大響應(yīng)延時(shí)。設(shè)計(jì)軟件模擬試驗(yàn)方案,對(duì)軟件結(jié)構(gòu)、進(jìn)程間通訊以及完成的數(shù)控功能進(jìn)行模擬驗(yàn)證。利用基于MATLAB開發(fā)的數(shù)值仿真程序讀取數(shù)控代碼,采用與數(shù)控軟件中相同的軌跡速度平滑控制算法,對(duì)整個(gè)加工過程中的速度和加速度進(jìn)行規(guī)劃,通過分析數(shù)值仿真生成的速度及加速