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具有在线仿真功能的并联抛光机床数控系统的开发

作　者: 胡溥瑞
导　师: 刘文涛
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: PA系统并联机床气囊抛光实时仿真开放式数控
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着现代精密光学元件应用日益广泛，人们对光学元件的表面质量提出了更高的要求。抛光作为光学元件精加工的重要工艺，是提升其最终品质的关键。并联抛光机床作为一种新的抛光工具，可以充分发挥并联机构刚度重量比大、惯性小、响应速度快、加工精度高等优点，显著提高抛光加工质量。开放式数控系统允许用户进行系统开发和算法修改，将计算机辅助图形技术嵌入其中，添加实时仿真模块，可以很好地弥补并联机床运动过程直观性差的不足，而且适用于各种结构的并联机床。本课题针对并联抛光机构的功能要求，开发用于3-PRS机构控制的开放式数控系统。本文根据进动抛光的技术要求及3-PRS并联抛光机构的运动特点，制定数控系统的整体功能要求，以此为框架展开论述。并以开放式数控系统PA为例，对其软件系统及硬件组成进行分析，并设计机床功能的实现方案。本文接着分析了3-PRS并联机构的结构模型，在此基础上推导机床各部分运动规律，建立机构的正向及逆向运动学模型，编写运动控制算法。分析PA系统CNC模块工作原理，并通过其开发环境Compile Cycle将算法嵌入CNC控制核心。本文对PA系统HMI模块进行开发，修改硬键、软键系统及人机交互窗口布局，使用可扩展标记语言实现软键的响应并实现一定功能。找到了一种将solidworks装配体模型导入PA系统中的方法。分析了3DS文件的结构，并在此基础上开发3DS文件读取模块，同时从CNC插补器中读取各伺服轴实时位置信息，并使用底层图形接口OpenGL开发实时仿真系统、视角变换功能及零件-模型对应接口。最后，针对哈尔滨工业大学开发研制的3-PRS并联抛光机床，设计电气控制系统。并将开发的数控系统应用于该机床，开发PLC辅助控制程序，完成了安装和整体调试。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题研究的目的和意义  9
  1.2 气囊抛光技术综述  9-11
  1.3 开放式数控系统概述  11-16
    1.3.1 传统数控系统的缺陷  11-12
    1.3.2 开放式数控的特点  12-13
    1.3.3 国内外发展状况  13-14
    1.3.4 开放式数控的结构形式  14-15
    1.3.5 开放式数控系统发展趋势  15-16
  1.4 实时仿真简介  16-17
    1.4.1 数控仿真技术  16
    1.4.2 实时仿真技术  16-17
  1.5 论文主要研究内容  17-18
第2章数控系统的功能要求及实现方案  18-25
  2.1 数控系统的功能规划  18-20
  2.2 数控系统的框架设计  20-21
  2.3 PA 系统的结构组成  21-23
    2.3.1 PA 系统的硬件组成  21-22
    2.3.2 PA 系统的软件组成  22-23
  2.4 本章小结  23-25
第3章 3-PRS 型并联机床运动学算法及功能的实现  25-40
  3.1 3-PRS 型并联机床运动学描述  25-28
    3.1.1 3-PRS 并联机构的结构描述  25
    3.1.2 3-PRS 型并联机构自由度计算  25-27
    3.1.3 运动参数解耦  27-28
  3.2 3-PRS 型并联机床运动学建模  28-33
    3.2.1 3-PRS 机构逆向运动学模型  28-29
    3.2.2 3-PRS 机构正向运动学模型  29-32
    3.2.3 3-PRS 机构位置正反解算例  32-33
  3.3 PA 系统 CNC 模块的开发  33-39
    3.3.1 CNC 模块的工作流程  33-39
    3.3.2 运动学算法的实现  39
  3.4 本章小结  39-40
第4章实时仿真模块的开发  40-61
  4.1 PA 系统中 HMI 的二次开发  41-45
    4.1.1 PA 系统中硬键系统的开发  41-42
    4.1.2 PA 系统中软键系统的开发  42-43
    4.1.3 软键系统响应与功能的实现  43-44
    4.1.4 仿真界面显示布局的开发  44-45
  4.2 3DS 文件结构与读取  45-48
  4.3 使用 OPENGL 绘制仿真 ACTIVEX 控件  48-60
    4.3.1 OpenGL 初始化设置  48-50
    4.3.2 仿真图形视角变换功能的开发  50-54
    4.3.3 CNC 运动轴位置的读取  54-55
    4.3.4 运动仿真数据处理  55-57
    4.3.5 实时仿真的实现方法  57
    4.3.6 数控系统仿真零件列表 ActiveX 控件的开发  57-60
  4.4 本章小结  60-61
第5章机床电气控制系统的设计及安装  61-77
  5.1 数控系统的硬件框图  61
  5.2 机床电气系统分析与设计  61-66
    5.2.1 HI800A 型开放式数控  61-62
    5.2.2 电源系统  62-63
    5.2.3 主轴模块  63
    5.2.4 伺服模块  63-64
    5.2.5 I/O 模块  64-65
    5.2.6 辅助模块  65-66
  5.3 NC 面板及 PLC 辅助功能的开发  66-72
    5.3.1 NC 面板 I/O 端口配置  66-67
    5.3.2 PA 系统 PLC 模块的开发  67-72
  5.4 电气控制系统的设计与安装  72-76
  5.5 本章小结  76-77
结论  77-78
参考文献  78-85
攻读学位期间发表的学术论文  85-87
致谢  87

具有在线仿真功能的并联抛光机床数控系统的开发

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