基于開放式數(shù)控平臺的復(fù)雜曲面加工研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，可重構(gòu)、模塊化數(shù)控系統(tǒng)已成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究適應(yīng)這一發(fā)展方向，自從上世紀(jì)90年代以來，已成為世界制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文開發(fā)了具有曲面仿真加工功能的軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)遵循OMAC API接口標(biāo)準(zhǔn)，滿足功能可擴(kuò)充、模塊可置換性等開放式數(shù)控系統(tǒng)的要求。基于此開放式數(shù)控平臺，進(jìn)行了復(fù)雜曲面加工的研究。本文進(jìn)行的主要研究工作如下：
　　 本文首先通過對國際上三大標(biāo)準(zhǔn)的比較，

2、選用美國的OMAC標(biāo)準(zhǔn)作為開發(fā)開放式數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部模塊與模塊之間的相互通訊，以及數(shù)控系統(tǒng)與外界的信息傳遞都是通過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)。從而可以使多個廠商的產(chǎn)品協(xié)調(diào)地組合在一起，滿足可互換、可擴(kuò)展、可移植和互操作等開放性要求。
　　 本課題基于COM組件技術(shù)系統(tǒng)靜態(tài)建模技術(shù)與有限狀態(tài)機(jī)模型的系統(tǒng)動態(tài)行為建模技術(shù)構(gòu)建了開放式數(shù)控平臺。由于采用了組件化技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行了靜態(tài)建模，可以實(shí)現(xiàn)組件二進(jìn)制級代碼重用。當(dāng)所有的組件開發(fā)完

3、成之后，把它們組合起來就得到了完整的應(yīng)用系統(tǒng)，提高了數(shù)控系統(tǒng)軟件模塊的重用性、靈活性和可擴(kuò)展性。另外，使用有限狀態(tài)機(jī)模型化機(jī)床的行為，使控制流與機(jī)床的機(jī)械部分分離開來，從而使機(jī)床的控制程序能被單獨(dú)改變。將機(jī)床的特定行為和操作局限于控制程序的局部，因此極大地提高數(shù)控系統(tǒng)的開放性。
　　 定義了模塊的基本接口并基于UML語言進(jìn)行了系統(tǒng)主要模塊的建模分析，UML語言的使用使系統(tǒng)開發(fā)滿足可視化、易于調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。
　　 提出了最大

4、間距等參數(shù)線路徑規(guī)劃算法。路徑規(guī)劃算法的優(yōu)劣直接影響其加工精度和加工效率。該算法同時具備等殘留高度法加工效率高和等參數(shù)線法生成刀具軌跡簡單的優(yōu)點(diǎn)，而且可以顯著減少曲面路徑規(guī)劃的刀具路徑冗余，從而提高曲面加工的效率。
　　 提出了基于刀觸點(diǎn)的插補(bǔ)算法。該算法可以減小多軸聯(lián)動加工中非線性誤差并且使進(jìn)給速度在插補(bǔ)過程中根據(jù)曲率半徑的變化自動地進(jìn)行調(diào)整，將弓高誤差限制在允許的范圍內(nèi)，保證了曲線輪廓的加工精度。此外，在算法實(shí)現(xiàn)方面，本文研

5、究了NURBS曲線基函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)的簡化算法，用于改善系統(tǒng)的實(shí)時性能。
　　 提出了空間刀補(bǔ)算法，該算法基于雙擺頭五軸銑床確定了空間刀具補(bǔ)償方向矢量，實(shí)現(xiàn)了曲面加工中刀具半徑及刀具長度補(bǔ)償。很好地解決了多坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)中對于空間刀具補(bǔ)償功能的要求。
　　 在前面介紹的開放式數(shù)控系統(tǒng)的基本理論及實(shí)現(xiàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了用于曲面加工仿真的五軸系統(tǒng)軟件開發(fā)，該系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性、可互換性等開放性性能。
　　 最后，基于V