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火焰切割机数控系统的研究

作　者: 李伟
导　师: 赵玉刚
学　校: 山东理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 火焰切割数控系统自动编程 NURBS曲线插补
分类号: TG48
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

数控切割加工具有效率高、质量好、成本低等特点,因此受国内众多的机械加工及周边行业的欢迎。然而,就现阶段情况来看,国产的数控切割机主要优势还体现在价格经济方面,在核心技术层面与国际诸多名牌还存在着一定的差距。为提高国内数控切割机床的竞争力,争取在高端市场占据更多的市场份额。本课题以开放式数控结构形式为指导思想,开发出一套具备自动编程功能和NURBS曲线插补功能的稳定性好、可靠性高的切割机数控系统。首先,火焰切割机数控系统软硬件平台的搭建。硬件以PC104总线主板为基础,对硬件的总体结构进行设计,主要包括主板的选择,数字信号接口板卡和定时中断模块的设计,译码电路以及接口扩展卡的设计等,并编写过滤芯片的防干扰程序。以Windows操作系统作为本系统的软件平台,并在C++Builder开发环境下编制出用户层应用程序。其次,火焰切割机数控系统的自动编程功能。该模块包括绘图交换文件的分析与处理,图元实体数据的有序排列,刀具参数及工艺参数的设定,刀具半径补偿功能的实现,NC代码的自动生成与校验,刀具轨迹的模拟仿真。最后,NURBS曲线插补。针对一些高精度领域的切割加工,本系统基于Cox-deBoor递推算法实现了任意次曲线的插补,避免了样条曲线基函数的迭代求解过程,降低了算法的复杂性。实现了插补过程的速度自适应控制。利用NURBS曲线仿射不变性的几何性质,对NURBS曲线的刀补算法进行研究,并对刀补算法进行模拟仿真,验证了算法的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
第一章绪论  9-16
  1.1 引言  9
  1.2 国内外切割机数控系统的概况  9-11
  1.3 火焰切割机加工原理及工艺特点  11-13
    1.3.1 火焰切割原理  11
    1.3.2 火焰切割的工艺参数  11-13
  1.4 课题研究的来源及意义  13-14
  1.5 论文框架  14-16
第二章火焰切割机数控系统的总体结构  16-27
  2.1 火焰切割机数控系统的总体设计要求  16
  2.2 系统硬件平台的设计  16-22
    2.2.1 主板的选择  16-18
    2.2.2 数字信号接口板卡的设计  18-19
    2.2.3 数字信号I/O接口电路  19-20
    2.2.4 数字信号接口卡译码电路  20-21
    2.2.5 定时中断模块电路  21
    2.2.6 接口板卡的设计  21-22
  2.3 系统软件平台的设计  22-24
  2.4 监控诊断模块  24-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章火焰切割机数控系统的自动编程模块  27-48
  3.1 DXF文件的分析与处理  28-31
    3.1.1 图形交换文件DXF的结构  29-30
    3.1.2 DXF文件实体段的组代码及含义  30
    3.1.3 DXF文件的读取  30-31
  3.2 几何实体的有序排列  31-33
    3.2.1 DXF文件与实际加工程序的差异  31-33
    3.2.2 实体有序排列的实现  33
  3.3 刀具半径补偿  33-36
    3.3.1 刀具半径补偿方法  34-35
    3.3.2 刀具半径补偿过程  35-36
  3.4 刀具半径补偿过渡类型的判断  36-38
    3.4.1 直线接直线的过渡类型  36-37
    3.4.2 直线接圆弧的过渡类型  37-38
    3.4.3 轮廓轨迹过渡类型的判别  38
  3.5 刀具半径补偿转接点坐标的推导  38-45
    3.5.1 直线接直线转接点坐标的计算  39-40
    3.5.2 直线接圆弧转接点坐标的计算  40-41
    3.5.3 圆弧接直线转接点坐标的计算  41-42
    3.5.4 圆弧接圆弧转接点坐标的计算  42-43
    3.5.5 刀具半径补偿功能的实现  43-45
  3.6 NC代码的生成与模拟仿真  45-47
    3.6.1 NC代码的生成  45-46
    3.6.2 NC代码的校验  46-47
  3.7 本章小结  47-48
第四章 NURBS曲线插补  48-65
  4.1 NURBS曲线的基本理论  49-52
    4.1.1 B样条基函数的定义与性质  49-51
    4.1.2 B样条曲线的定义与性质  51
    4.1.3 NURBS曲线的定义与性质  51-52
  4.2 NURBS曲线插补算法  52-59
    4.2.1 节点矢量的确定  52-53
    4.2.2 速度自适应控制  53-57
    4.2.3 二分法确定节点区间  57-58
    4.2.4 计算样条基函数的程序框图  58-59
  4.3 NURBS刀补的实现  59-62
    4.3.1 NURBS插补的刀补原理以及与一般刀补的差异  60-61
    4.3.2 NURBS曲线控制点的刀补计算  61
    4.3.3 NURBS曲线刀补实现的流程图  61-62
  4.4 NURBS的加工与仿真  62-64
    4.4.1 NURBS的NC代码格式  62-63
    4.4.2 NURBS曲线的程序框图与仿真  63-64
  4.5 本章小结  64-65
第五章全文总结与展望  65-67
  5.1 全文总结  65-66
  5.2 问题与展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-71
攻读硕士学位期间发表的学术论文  71

火焰切割机数控系统的研究

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