刘爱华[1]2003年在《基于PC机的普通数控车床螺纹加工软件及插补算法的研究》文中进行了进一步梳理对高性能数控系统的开发和研制一直是机电行业所关注的热点。PC机进入数控系统领域以后，极大地丰富了数控系统的软硬件资源，而且随着Windows操作系统的发展与普及，基于 Windows操作系统平台开发数控系统的应用软件将成为今后数控应用软件开发的发展趋势。 本文以在原一期改造过的通用数控系统LC-Ⅰ的数控车床基础上开发、应用螺纹加工软件为实践基础，理论与实际结合作为出发点，论述了软件工程在数控系统应用软件设计中的作用；深入地提出了实现螺纹加工的比较积分法、逐点比较法以及改进的逐点比较法等直线插补算法；以软件工程思想为指导，Windows为操作系统平台以及Visual Basic 6.0为软件开发工具，在此基础上分析并应用改进的逐点比较的插补算法，采用模块化的设计，设计出了各类螺纹的加工应用软件以及用于螺纹加工导入导出部分速度控制的升／降速控制软件模块。在硬件装置的设计上，充分利用了 PC 机以及原数控系统的资源(DMC204 运动控制卡、2 套混合式步进电机 110HS12 及其驱动器 M1106AC)，结合NEMICON公司的OVW系列编码器，构成了软件应用的硬件基础。
刘杰[2]2011年在《车床数控系统研究与开发》文中提出数控车床是最常用的数控加工设备,车床数控系统作为其控制核心,其性能优劣与功能强弱直接关系到数控车床的加工功能和产品质量。本文通过结合车床数控系统的研发,对其中的若干关键技术进行了系统而深入的分析和研究,有效提升了数控系统的功能和数控车床的整体性能。论文的主要工作与成果有:根据研发需求,设计规划了数控系统的总体架构,搭建了PC+运动控制卡结构的硬件平台,并确定了上、下位机的软件开发与调试平台。采用性能最为全面的动态批处理方法作为本系统程序解释模块的解决方案,实现了高性能的程序解释模块,保证了程序解释模块的高效性。针对车床数控系统刀具半径补偿处理的特殊性,提出了两种适用于车床的刀具半径自动补偿算法,以C刀补原理为基础提出了本系统的刀具半径补偿算法,实现了刀尖点与刀尖圆弧中心的自动转换,能在方便用户编程的同时有效避免刀具干涉的发生,确保了数控加工控制的正确性。针对传统脉冲增量法与数据采样法螺纹插补存在的不足,提出了变周期螺纹插补算法,以主轴码盘产生固定脉冲数所用的时间为进给轴的插补周期,在保证主轴与进给轴精确同步的同时,能够实现宽螺距范围的螺纹插补,并具有很高的精度。并基于该算法实现了圆柱螺纹、锥螺纹、变螺距螺纹以及多头螺纹的加工。完成了数控系统中运动控制卡DSP以及上位机主要功能软件的开发与整体调试工作,并验证了相关算法的有效性和正确性。
左敬志[3]2005年在《基于MSP430F149微控制器的经济型数控车床系统》文中认为数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。当前,我国沿着经济、高速、高精度和高度自动化等几个方向发展数控技术;其中,发展经济型数控系统是适合我国国情的重要策略。本论文正是基于此现状进行经济型数控车床控制系统的研究。 本文提出了经济型数控车床系统的解决方案。首先讨论了一般数控系统的体系结构和经济型数控系统的设计方法和理念,然后针对数控车床的加工特点、工作环境和性能指标要求,提出和研究了基于MSP430F149先进微控制器的经济型数控车床的软硬件体系结构及其相应的控制方法。 论文研究了以MSP430F149单微控制器为核心的经济型数控车床系统的硬件体系结构。硬件系统包括系统主模块以及电源、晶振、步进电机驱动、液晶和键盘显示、编码器、手摇脉冲发生器、串行通信和开关量控制等外围模块。其中,MSP430F149主模块功耗低,速度快,资源丰富,开发方便;系统采用步进电机开环控制方式,结构简单;液晶显示模块显示容量大,配合自制键盘,人机界面友好,而且自身带有控制器,减轻了主模块的负担;串行通信模块能将PC机中预先编译好的加工程序传送到数控车床系统中去,操作方便,提高了生产效率。 论文还研究了以MSP430F149单微控制器为核心的经济型数控车床系统的控制算法和软件体系结构。系统采用前后台型软件结构,满足了系统实时性和多任务性的要求。在前台程序中,研究了键盘控制、搜寻最小误差法直线和圆弧插补和串行通信等实时中断功能;在后台程序中,研究了数控加工程序的译码处理、错误诊断、刀具补偿、速度控制和液晶显示等处理功能。 基于该方案的经济型数控车床系统,成本低,可靠性高,人机界面友好,操作使用方便,完全能够满足数控车床加工的性能指标要求。
徐静[4]2002年在《基于PC机的通用数控系统的开发及在普通车床上的应用》文中认为对高性能数控系统的开发和研制一直是机电行业所关注的热点。PC机进入数控领域后，极大的丰富了数控系统的硬软件资源，有利于实现总线式、模块化、开放化的数控系统，使其具有很高的性价比。随着Windows操作系统的发展与普及，开发基于Windows操作平台的具有开放式体系结构的CNC数控系统已经成为共识。 本文将介绍我院自行开发的基于PC机的通用数控系统LC-I的详细开发过程。 在明确数控系统所应具备的功能与性能要求后，确定采用以PC机+CNC运动控制卡的分层式的系统总体结构方案。方案分系统硬件结构和系统软件结构两部分进行实现。 在硬件结构上，系统以通用PC机(单CPU)作为硬件平台，结合DMC204四轴运动控制卡良好的控制性能，配以混合式步进电机11OHS12及其驱动器MIl06AC两套，组成了通用CNC控制系统的最小配置。这种结构方式直接利用了PC机体系结构，采用成熟NC硬件来组成控制系统。运动控制卡与PC机的接口遵循开放的标准总线ISA定义。这样构成的系统的硬件体系结构具有开放式、模块化，可嵌入的特点，经济实用，系统可靠性与运行精度有保障，非常适合于组成中小规模的数控系统。 在软件结构上，系统以Windows98作为操作系统平台。系统软件采用Windows98的多线程模式与中断机制相结合的控制策略和模块化的设计方法，较成功的在Windows环境下实现了数控系统的实时多任务控制要求。系统各功能的控制实现分别放置在相对独立的模块中，任一硬件或功能的变化都不会影响其他模块的运作。从实际应用情况来开，能够达到CNC系统软件对实时性、多任务并发处理与协调能力，开放性和模块化，界面友好等要求。 LC-I系统在经数控改造后的CK6140H车床上得到了较好的应用效果。
孙凤[5]2005年在《螺纹跟踪技术理论在开放式数控系统上的应用研究》文中认为机床数控技术历经了六代/两个阶段的发展历程,从逻辑数字控制(NC)阶段发展到今天的计算机数字控制(CNC)阶段,从电子管数控、晶体管数控和中小规模集成电路数控,到小型计算机数控系统、微处理器数控,一直发展到今天的基于PC微机的数控系统。数控系统的每一次进步都标志着机械制造业的一个质的飞跃。 而以PC+运动控制单元结构的开放式数控系统在功能上实现了用户界面图形化、科学计算可视化、插补和补偿方式多样化、内置高性能PLC及多媒体技术集成,体系结构上的集成化、模块化、网络化及开放式的闭环控制模式,己成为当前系统开发商和机床制造商研究开发的热点。 本课题根据当前石油钻井行业对已有螺纹工件的螺纹牙型重新修复的数控加工技术的迫切需求,提出了螺纹跟踪技术理论。螺纹跟踪技术理论针对已有螺纹工件在机床上定位困难,在已有螺纹工件轴向和周向均不定位的情况下任意装夹,通过对某一螺纹沟槽的精确对刀,应用螺纹工件端面寻位算法、螺纹轨迹寻位算法将工件位置及螺纹轨迹完全定位于工件坐标系中。并开发了螺纹跟踪模型控制方法,应用运动控制单元的时基触发原理及与主轴完全同步的光电编码器的反馈信号,补偿车床的起刀点信号和原螺纹轨迹的起点之间的偏差。采用PC+运动控制单元结构形式的数控系统,将CAK6150简易数控车床改造成为集开放式数控系统和闭环控制于一身的数控车床,并在此车床上完成了螺纹跟踪技术理论的应用研究,根据螺纹跟踪控制方法的特性解决了螺纹加工中变速乱扣的问题。并进一步完成了自动编程和加工动态仿真软件的设计,在软件中只需输入关键的参数,即可生成螺纹的数控加工程序并进行加工动态仿真,以检验数控程序的正确性。 本课题的成果将使数控车床的功能更加强大,对其在油田管子站的应用推广起到极大的推动作用,将进一步促进石油行业的发展。
董靖川[6]2010年在《可重构数控系统关键技术研究》文中认为可重构数控系统是实现可重构制造系统的关键技术。可重构技术可以增强数控系统的柔性,合理配置数控系统资源,快速地响应加工需要。本文对实现可重构数控系统的一些理论和应用问题进行了研究。在分析数控系统功能特点的基础上,提出了可重构数控系统的数控流水线架构。该架构由数控主控流水线线程、驱动程序和数控微代码实时执行单元构成,定义了数控规范指令和数控微代码接口,保证模块的互换性,实现了流水线的可重构。数控流水线线程封装了从指令译码到生成数控微代码的主要控制功能,具备高度的可移植性。微代码是用于数控功能实时执行的精简化操作指令,由一个实时执行单元执行。实验表明,数控流水线架构可以高效实现可重构的数控系统。速度规划是数控系统的重要模块,对加工效率,运行平稳性等方面都有影响。而前瞻速度规划是提高加工效率的有效方法。本文对一类加减速算法进行数学抽象,提出了对这类加减速算法的可重构的通用前瞻速度规划算法,在理论上证明了通用前瞻速度规划算法对进给速度的优化性质。同时,推导了线性加减速、改进的指数加减速和S型加减速在通用前瞻速度规划下的完整规划算法,验证了该算法的有效性。微线段的加工是复杂型面加工中常见的程序类型。本文提出了基于伺服系统轮廓误差的直线段转角速度限制算法和连续转弯微线段进给速度修正方法。这两种方法以轮廓误差为依据,能够根据加工路径特征对进给速度进行智能控制。二者与S型加减速算法在通用前瞻规划器架构下可重构成为微线段程序的柔性速度规划模块。重采样插补可以实现粗插补的非实时批量运行,能够提高数控系统性能并为设计带来便利。本文提出了线性重采样插补方法和基于曲线细分技术的重采样插补方法。分析表明,曲线细分重采样插补能够得到比线性重采样插补更平滑的插补结果。根据重采样算法原理设计了重采样的可重构硬件逻辑,加速算法的执行,并以螺纹车削和电子凸轮为例说明了硬件重采样的应用方法。在可重构数控系统的实施方法上提出了软、硬件在不同粒度下的重构方案。采用数控流水线架构设计了叁种可重构数控系统原型机。实验和应用都证明,数控流水线架构是一种能适应各类平台的开放式可重构数控系统高效实施方案。
李彩芝[7]2007年在《基于PMAC数普兼容式车床开放式数控系统的开发与研究》文中指出本文研究了基于工业PC机的开放式数控系统的概念和结构，同时也研究分析了一种高级运动控制器—PMAC (Programmable Multi-Axis Controller)的性能和使用方法。在此基础上，将其应用于实际工业生产，成功开发了一套PMAC+PC型开放式结构的车床数控制系统，该系统成功应用于一种新型的数普兼容式车床—CK61100。本车床是与天水星火机床厂合作开发的一种新型的数控重型车床，面向目前占大多数的普通车床的操作者。其特点是具有数控车床的性能，普通车床的操作界面。使操作者能象操作普通车床一样操作数控车床。本文以CK61100车床作为被控对象，根据被控对象的运动形式和特点，设计了一种采用上下位机的结构数控系统。该系统是以IPC机(工控机)为系统支撑单元，以PMAC可编程多轴运动控制器为核心，以Windows 98操作系统为软件平台。在此基础上，对其硬件结构和软件体系进行了设计和研究。该数控系统由数控系统的硬件部分、电气控制部分以及数控系统的软件部分叁部分组成。本文主要设计和研究了该数控系统这叁部分，同时，对其关键技术系统调试和系统抗干扰进行了详细的探讨。该数控系统的硬件部分是基于“IPC+PMAC运动控制器”开放式数控系统模式，利用PMAC运动控制器硬件和软件的开放性，实现了新型车床车削过程的自动化和智能化。数控系统软件部分包含实时控制部分和系统管理部分两个部分。实时控制部分用于设备的实时监测和控制，实现变量的初始化设置及用于电气控制部分的后台PLC程序；系统管理部分用于系统资源分配和程序调度，其主要是上位机人机操作界面的设计，通过PMAC卡自带的动态链接库Pmac.dll，实现工控机与PMAC卡之间的数据通信，从而实现了被控对象运动的快速性、准确性、可靠性。本数控系统实现了完备的软、硬件控制功能，完全满足被控对象数普兼容车床CK61100的设计要求。除此之外，由于该系统具有高度的开放性，使得系统的通用性和可移植性大大增强，也有利于该系统的功能扩展和升级完善。
董小金[8]2009年在《教学用开放式数控车床改造设计与研究》文中提出本研究以教学用数控车床为研究对象,研究以满足数控教学要求的设备性能特性出发,结合现有技术条件与设备,对教学用数控车床的功能与实现技术进行了深入的研究,瞄准既具有设备的基本特性,又可以开设新型教学实验的设计目标,对一款故障车床进行了数控系统的改进设计。在分析研究当前多种数控系统集成方案的基础上,综合考虑改进工程的可行性、经济性、教学实验的功能性等综合因素后,采用开放式数控系统,实现了车床控制系统改造,主要研究了下列几个方面的关键问题；1、CNC集成技术及应用特点；2、教学实验需求与设备选型方案的关联性；3、设备控制系统集成调试：4、实验论证检验举例。本控制系统基于工程机而集成,主要集成对象包含主轴变频控制系统、伺服进给控制系统、自动转位刀架、操纵面板等,在软件方面,融合仿真技术,采用面向对象的开发方法,设计了模拟FANUC系统控制面板的仿真软件。本课题所研究的在基于“PC+运动控制器”硬件平台上构建教学用开放式数控系统的设计和实现方法,为开发基于PC机的教学用开放式数控系统提供了理论和实验的经验,为进一步形成适合高职数控技术专业教学用数控设备的改造设计与研究打下了良好的基础。
钟海娜[9]2006年在《基于ARM9微处理器的数控系统的研究与应用》文中提出本论文提出了采用以当前流行的ARM处理器作为控制系统的核心部件的数控系统的硬件设计方案,在此基础上初步完成了系统整体的硬件设计架构,并对个主要部件的主要任务进行了细分。在已有的C型刀补算法的基础上,推导了适于程序实现的控制公式,编程实现了C型刀补的控制方式,使刀补后精度大大提高。针对后加减速在实际加工过程中的缺点,本论文深入研究了更为复杂的前加减速控制算法,针对目前使用较多的步进系统和伺服系统,开发了直线型加减速和S型加减速两种软件控制算法,有效地提高了系统的加工效率、控制精度,避免了柔性冲击。本论文在采用前加减速控制方式的前提下,对直线和圆弧插补进行了研究,重点分析了各种圆弧插补算法,对跨象限的情况提出新的处理方法,简化了圆弧插补的控制过程,减轻了处理器的工作负担,同时深入研究了螺纹加工的控制方法,提出了新的螺纹退尾、螺纹连接的控制方式,开发了相应的控制程序,使螺纹退尾控制在半个螺距以内,螺纹连接处不会产生明显的乱牙,提高了系统的加工效率和精度。通过实际加工进行了测试,证明了可行性。
陈德妙[10]2005年在《基于Windows2000开放式车床数控系统的研究与开发》文中认为传统的数控系统采用封闭式控制结构,系统的封闭性一方面使得对系统功能的修改、扩充十分困难,机床制造商和最终用户难以将自己的专门技术和工艺经验集成到CNC控制系统中;另一方面也使CNC控制器制造商不能迅速、有效地根据市场需求来构建数控系统。解决上述问题的方法是建立具有开放式体系结构的CNC系统。 本文通过对国内外开放式数控系统的研究,分析比较了几种开放式数控系统体系结构,最终确定了采用“NC嵌入PC”的方式来构造该数控系统。在硬件设计上,充分利用了PC机的固有硬件资源,结合运动控制卡,建立了开放式CNC系统的硬件资源。在软件设计上,利用Windows2000平台,以Visual C++为开发工具,采用模块化结构设计,以实现软件的DIY,也体现了开放式体系结构的基本思想。 文章通过剖析了开放式数控系统的系统体系结构以及硬件组成,确定了本数控系统得总体框架结构,同时,阐述了运动控制器、变频器和交流伺服系统的系列问题。然后再对Windows2000操作系统的多任务调度性机制和实时性进行研究,确定了本数控系统的软件结构以及提出本课题所需要解决的问题。在此基础上,笔者完成了开发工具的选择,选择面向对象的VC++软件和叁维图形平台OpenGL;系统软件设计,包括人机交互界面的设计、控制软件的设计、代码翻译、主轴变频器通讯和刀具补偿库的建立等;利用了OpenGL完成系统的叁维动态仿真。 本文在调试部分中,文章首先介绍了调试环境和目的,从硬件和软件两个方面对系统进行了调试,并分析了调试结果。 最后文章结合开发实践,系统讨论了开放式数控系统的特点及发展方向,并指出了系统需要进一步改进的部分。
参考文献：
[1]. 基于PC机的普通数控车床螺纹加工软件及插补算法的研究[D]. 刘爱华. 广西大学. 2003
[2]. 车床数控系统研究与开发[D]. 刘杰. 南京航空航天大学. 2011
[3]. 基于MSP430F149微控制器的经济型数控车床系统[D]. 左敬志. 大连理工大学. 2005
[4]. 基于PC机的通用数控系统的开发及在普通车床上的应用[D]. 徐静. 广西大学. 2002
[5]. 螺纹跟踪技术理论在开放式数控系统上的应用研究[D]. 孙凤. 沈阳工业大学. 2005
[6]. 可重构数控系统关键技术研究[D]. 董靖川. 天津大学. 2010
[7]. 基于PMAC数普兼容式车床开放式数控系统的开发与研究[D]. 李彩芝. 兰州理工大学. 2007
[8]. 教学用开放式数控车床改造设计与研究[D]. 董小金. 中南大学. 2009
[9]. 基于ARM9微处理器的数控系统的研究与应用[D]. 钟海娜. 辽宁工程技术大学. 2006
[10]. 基于Windows2000开放式车床数控系统的研究与开发[D]. 陈德妙. 湖南大学. 2005
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