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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………………………………6
1．4 參數(shù)曲線插補(bǔ)技術(shù)研究現(xiàn)狀…………………………………………7
1．5 機(jī)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(jī)床后處理器的研究現(xiàn)狀… ……………………………10
1．5．3 基于后處理的刀具補(bǔ)償技術(shù)研究現(xiàn)狀… ……………………12
1．6 本課題的來(lái)源及論文的主要研究?jī)?nèi)容……………………………13
1．6．1 本課題來(lái)源… …………………………………………………13
1．6．2 論文的主要研究?jī)?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(wèn)題… …………………………………18
2．2．2 開放式數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)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(shí)時(shí)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(dòng)技術(shù)… ………………………………………… 28
2．4．1 SERCOS 接口驅(qū)動(dòng)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證… ………………………………………………………… 35
2．7 本章小結(jié)… ………………………………………………………… 37
第3 章 開放式數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)功能及算法研究… ………………… 39
3．1 概述………………………………………………………………… 39
3．2 NURBS 插補(bǔ)原理… ……………………………………………… 40
3．2．1 NURBS 曲線數(shù)學(xué)定義… …………………………………… 40
3．2．2 NURBS 曲線插補(bǔ)的直接計(jì)算流程… ……………………… 41
3．3 NURBS 插補(bǔ)技術(shù)研究… ………………………………………… 42
3．4 NURBS 曲線S 型加減速尋回實(shí)時(shí)插補(bǔ)算法… ………………… 43
3．4．1 算法基本原理… ……………………………………………… 43
3．4．2 尋回實(shí)時(shí)插補(bǔ)算法前瞻模塊… ……………………………… 44
3．4．3 尋回實(shí)時(shí)插補(bǔ)算法實(shí)時(shí)模塊… ……………………………… 47
3．5 NURBS 插補(bǔ)在系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)… ………………………………… 50
3．5．1 NURBS 插補(bǔ)指令格式… …………………………………… 50
3．5．2 NURBS 插補(bǔ)數(shù)控代碼生成… ……………………………… 50
3．5．3 NURBS 插補(bǔ)模塊間數(shù)據(jù)流處理… ………………………… 52
3．6 算法驗(yàn)證及結(jié)果分析… …………………………………………… 54
3．7 系統(tǒng)插補(bǔ)功能實(shí)例驗(yàn)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(shí)現(xiàn)… ……… 65
4．1 概述… ……………………………………………………………… 65
4．1．1 IEC61131-3 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定… ……………………………… 65
4．1．2 軟PLC 優(yōu)勢(shì)…………………………………………………… 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(yùn)行系統(tǒng)技術(shù)研究…………………………………… 70
4．4 基于RTX 的軟PLC 實(shí)現(xiàn)… ……………………………………… 73
4．4．1 軟PLC 實(shí)現(xiàn)總體框架………………………………………… 73
4．4．2 人機(jī)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)… ……… 82
4．5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)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(bǔ)償模型… ………………………… 93
5．3．1 平底銑刀半徑補(bǔ)償模型… …………………………………… 94
5．3．2 球頭銑刀半徑補(bǔ)償模型… …………………………………… 95
5．3．3 環(huán)形半徑銑刀補(bǔ)償模型… …………………………………… 96
5．4 基于刀具磨損的刀具半徑優(yōu)化補(bǔ)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(bǔ)償方法實(shí)現(xiàn)… …………………………………… 102
5．5 基于優(yōu)化補(bǔ)償算法的通用五軸機(jī)床后處理器實(shí)現(xiàn)… …………… 104
5．5．1 通用五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換方程… …………………………… 104
5．5．2 逆運(yùn)動(dòng)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(shí)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(cuò)誤處理… …………………………………………………… 114
5．7 性能分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證… …………………………………………… 114
5．7．1 基于優(yōu)化刀具補(bǔ)償通用五軸機(jī)床后處理軟件實(shí)現(xiàn)… ……… 114
5．7．2 加工仿真驗(yàn)證… ……………………………………………… 117
5．7．3 三坐標(biāo)測(cè)量驗(yàn)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