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PA数控系统中Hexpod型并联机床控制模块开发

作　者: 刘鹏
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: 并联机床 全软件CNC PA系统 循环编译
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 35次
引　用: 3次
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内容摘要


并联机床是高等空间机构学研究成果在数控机床领域中的创造性应用,它具有动态性能好、多自由度的情况下能够保持高刚度和高精度等传统机床无法比拟的诸多优势,在机械制造领域得到了良好的应用。与传统机床相比,并联机床具有虚实轴不统一、工作空间不规则、结构形式多样等特点,其控制系统非常复杂。全软件型CNC由于其管理、计算和控制功能均由软件实现,是构建并联机床数控系统的理想选择。PA(Power Automation)数控系统是一种基于Windows平台的全软件CNC,其良好的开放性和稳定性逐渐受到人们的重视。本课题针对并联机床的功能要求,在PA系统中开发了用于Hexpod型并联机床的控制模块。本文对PA系统的结构体系及开放接口进行了简要介绍,重点研究了PA系统中CNC模块中的实时控制开放接口——Compile Cycles。本文从人机界面、运动学转换及实时运动控制等方面分析了Hexpod型并联机床对数控系统的要求,提出了PA系统中Hexpod型并联机床控制模块的总体规划方案,并研究了实现方法。本文对Hexpod型并联机床的运动学正解、运动学逆解和机床工作空间计算进行了建模,开发了算法程序,并将其以动态链接库的形式嵌入到PA系统的核心控制策略中,其中对正、逆解算法程序的实时性进行了分析。最后,将开发的PA系统应用在一台面向大型零件加工的可移动式Hexpod型并联机床上,并根据该机床的应用要求开发了人机界面和PLC控制程序,设计并安装了机床的电气系统,进行了机床运行实验,验证了所开发控制模块的可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 课题研究的目的和意义  8-9
  1.2 开放式数控系统的发展现状  9-12
  1.3 并联机床数控系统的国内外研究现状  12-13
  1.4 本课题的主要研究内容  13-15
第2章 PA数控系统构成及其并联功能实现方案  15-23
  2.1 PA数控系统构成  15-18
    2.1.1 PA数控系统概述  15-16
    2.1.2 PA数控系统的硬件结构  16-17
    2.1.3 PA数控系统的软件结构  17-18
  2.2 PA数控系统中并联功能实现方案  18-22
    2.2.1 并联机床数控系统的特点  18-20
    2.2.2 并联功能要求分析  20-21
    2.2.3 控制模块的总体规划  21-22
  2.3 本章小结  22-23
第3章 Hexpod型并联机床运动学算法建模  23-37
  3.1 Hexpod型并联机床的结构描述  23
  3.2 Hexpod型并联机床位姿逆解建模  23-26
  3.3 Hexpod型并联机床位姿正解建模  26-31
  3.4 Hexpod型并联机床位姿正逆解算例及实时性分析  31-33
  3.5 Hexpod型并联机床工作空间计算  33-36
  3.6 本章小结  36-37
第4章 PA数控系统并联功能的实现  37-57
  4.1 HMI功能模块的开发  37-41
    4.1.1 HMI模块的组成结构  37-39
    4.1.2 并联机床人机界面的开发  39-41
  4.2 CNC功能模块的开发  41-48
    4.2.1 Compile Cycles开放接口介绍  41-43
    4.2.2 虚实轴转换功能实现  43-46
    4.2.3 干涉校验分析实现  46-47
    4.2.4 测量功能实现  47-48
  4.3 PLC功能模块的开发  48-55
    4.3.1 开发环境PLC-1131-3 介绍  48-49
    4.3.2 机床PLC控制程序开发  49-55
  4.4 本章小结  55-57
第5章 机床电气系统的设计及安装  57-66
  5.1 数控机床对电气系统的基本要求  57-58
  5.2 机床电气系统分析与设计  58-65
    5.2.1 主轴模块  59-60
    5.2.2 伺服模块  60-62
    5.2.3 电源模块  62-63
    5.2.4 I/O模块  63-64
    5.2.5 辅助模块  64-65
  5.3 机床电气系统的安装  65
  5.4 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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