基于Linux的微細(xì)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)及其相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、由于可以獲得較高的精度和良好的表面質(zhì)量，微細(xì)電火花加工已經(jīng)成為微細(xì)工具和微細(xì)零部件制造的重要手段之一。微細(xì)電火花加工是在突破微細(xì)電極在線制造這一瓶頸后才獲得飛速發(fā)展的，之后在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共同努力下，微細(xì)電火花加工專用機(jī)床也逐步研制出來(lái)，為微細(xì)電火花加工技術(shù)的研究提供了強(qiáng)有力的平臺(tái)支持。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，微細(xì)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)與加工工藝密切相關(guān)，因此本文開(kāi)展了微細(xì)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)的研究工作。
　　本文首先分析了微細(xì)電火

2、花加工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，進(jìn)行了數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。提出了直線電機(jī)+直線光柵尺的全閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制方案，取消了從電機(jī)到工作臺(tái)的一切中間環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度和靈敏度，同時(shí)也分析了在微細(xì)電火花加工中應(yīng)用直線電機(jī)所需注意的問(wèn)題。
　　開(kāi)放源碼和基于Internet的協(xié)作開(kāi)發(fā)模式帶給Linux更強(qiáng)的穩(wěn)定性和健壯性，而且軟件資源豐富，成為數(shù)控系統(tǒng)理想的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。RTAI和RTLinux是目前僅有的硬實(shí)時(shí)Linux，本文分析了RTAI和RT

3、Linux的特點(diǎn)，在實(shí)時(shí)任務(wù)和實(shí)時(shí)內(nèi)核之間設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)抽象層，封裝了RTAI和RTLinux的編程接口，為實(shí)時(shí)任務(wù)提供了一致的API，基于實(shí)時(shí)抽象層開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)任務(wù)在無(wú)需修改源碼的情況下，可以在RTAI或RTLinux下編譯運(yùn)行。
　　PMAC運(yùn)動(dòng)控制器是一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)。本文基于PMAC運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)了上下位機(jī)體系結(jié)構(gòu)的微細(xì)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)；針對(duì)直線電機(jī)提出了PID+速度前饋+加速度前饋的運(yùn)

4、動(dòng)控制算法，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度，并不失穩(wěn)定性；研究了定位誤差補(bǔ)償技術(shù)，構(gòu)建了直線運(yùn)動(dòng)定位誤差補(bǔ)償表，獲得了較高的定位精度。通過(guò)運(yùn)動(dòng)軌跡緩沖和分段實(shí)現(xiàn)了電火花加工特有的回退運(yùn)動(dòng)，基于Linux操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了譯碼、界面和工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)功能穩(wěn)定，使用方便，滿足了微細(xì)電火花加工的要求。
　　為了獲得較高的加工精度，微細(xì)電火花加工必須在線測(cè)量電極的尺寸。這是因?yàn)槿绻x線測(cè)量然后二次安裝加工，那么安裝誤差將影響加工特征的最終精度

5、。為了使數(shù)控系統(tǒng)具有在線測(cè)量電極的功能，本文在對(duì)顯微成像系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)分析的基礎(chǔ)上，基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)構(gòu)建了微細(xì)電極在線檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)由鹵素光源、變焦顯微鏡頭、CCD攝像機(jī)和6自由度支架組成，具有1.61μm的分辨率。在Linux操作系統(tǒng)下，基于V4L2API開(kāi)發(fā)了圖像采集程序，使用mmap()內(nèi)存映射方法獲取圖像數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)了IplImage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和QImage類的轉(zhuǎn)換，使圖像既可以基于OpenCV進(jìn)行處理，又可以基于Qt進(jìn)行顯示，通過(guò)C

6、anny邊緣檢測(cè)算法提取了微細(xì)電極的邊緣輪廓。后續(xù)實(shí)驗(yàn)表明系統(tǒng)在線測(cè)量值與掃描電鏡離線測(cè)量值的相對(duì)誤差在±5％以內(nèi)，滿足了微細(xì)電極在線檢測(cè)的要求。
　　為了驗(yàn)證數(shù)控系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，本文在自行研制的微細(xì)電火花加工機(jī)床上進(jìn)行了塊電極電火花磨削實(shí)驗(yàn)和微三維結(jié)構(gòu)電火花銑削實(shí)驗(yàn)，利用數(shù)控系統(tǒng)的視覺(jué)功能進(jìn)行微細(xì)電極的在線測(cè)量和補(bǔ)償，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文開(kāi)發(fā)的微細(xì)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)的可行性、穩(wěn)定性和可靠性，為我國(guó)研制出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的微細(xì)電