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SU-8胶膜精密铣床设计及加工过程仿真

作　者: 刘进钱
导　师: 明平美
学　校: 河南理工大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 仿真设计精密铣床 LabVIEW SU-8胶
分类号: TG547
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本课题在国家自然科学基金(项目编号:50805077)及河南理工大学博士基金(编号:648605)的资助下,拟根据SU-8胶的性能特点与整平要求,基于现代精密数控机床的发展成果,设计了一台用于铣平SU-8胶膜的用精密铣床,开发了基于LabVIEW软件平台的数控系统,并编写了LabVIEW与Solidworks的专用接口程序,真正意义上实现数字控制与机械加工的协同仿真。具体而言,主要开展了以下几方面的研究工作并取得了相应的成果:分析了SU-8胶的物理机械性能特点及其铣平加工的要求,在此基础上开发了一台SU-8胶用的精密铣床,并基于三维设计软件Solidworks建立了该铣床的虚拟模型;运用有限元分析法对铣床主轴及整体结构进行了静态和动态分析,分析结果表明本铣床的主轴结构是可靠的,整体布局方案是合理的;开发了基于PC和运动控制卡的开放式数控系统,设计了以PCI-7344运动控制卡为主体的数控系统硬件平台,选定了关键部件的型号及参数;设计了数控系统软件的整体结构,解决了控制过程中的多任务并行、实时处理的关键性问题;利用LabVIEW软件平台开发了本铣床的数控系统软件,设计了软件的人机界面。重点对数控系统的关键技术如译码、插补、刀具补偿等做了深入的研究,编写了相应的程序代码,并进行了数控仿真,仿真结果表明该软件可实现数控系统的全部功能。提出了一种新的圆弧插补算法,较传统算法的计算精度和运算速度有极大的提高;开发了LabVIEW软件与Solidworks/COSMOSMotion模块的专用接口程序,真正实现了数控驱动环境下的机电一体化的过程仿真,并进行了数控圆弧加工的仿真实验,结果证明本课题所设计的SU-8胶用铣床机构及其控制系统的合理性及实用性。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
1 引言  10-19
  1.1 课题来源及研究背景  10-13
    1.1.1 SU-8 胶的特性及涂胶  10-12
    1.1.2 SU-8 胶的整平加工  12-13
  1.2 小型精密数控机床的发展现状  13-16
    1.2.1 小型精密机床的发展现状  13-14
    1.2.2 机床数控系统的发展  14-15
    1.2.3 数控加工仿真软件的发展  15-16
  1.3 课题研究目的及意义  16-17
  1.4 本课题的研究内容  17-19
2 SU-8 胶膜精密铣床的机构设计  19-40
  2.1 本铣床设计基本流程  19
  2.2 SU-8 胶膜精密数控铣床的总体设计  19-23
    2.2.1 铣床主要参数的确定  19-21
    2.2.2 铣床总体布局方案  21-23
  2.3 关键部件的选型设计  23-31
    2.3.1 主轴部件的设计  23
    2.3.2 滚珠丝杠副的设计  23-26
    2.3.3 滚动导轨的设计  26-28
    2.3.4 真空吸附夹具的设计  28-30
    2.3.5 其它部件的设计与选型  30-31
  2.4 虚拟原型的设计与分析  31-35
    2.4.1 虚拟原型技术  31-32
    2.4.2 虚拟原型的建立  32-35
  2.5 关键部件有限元分析  35-39
    2.5.1 有限元分析法  35
    2.5.2 主轴有限元分析  35-37
    2.5.3 整机有限元分析  37-39
  2.6 本章小结  39-40
3 基于 LabVIEW 的数控系统整体方案  40-48
  3.1 数控系统的整体结构  40
  3.2 数控系统硬件方案设计  40-44
    3.2.1 工控机模块  40-41
    3.2.2 运动控制卡的选择  41
    3.2.3 伺服模块设计  41-44
  3.3 数控系统软件方案设计  44-47
    3.3.1 数控系统软件开发的特点  44-45
    3.3.2 本数控系统的多任务处理  45-46
    3.3.3 本数控系统的实时任务处理  46-47
  3.4 本章小结  47-48
4 基于 LabVIEW 平台数控系统软件的开发  48-66
  4.1 软件模块的划分  48-49
  4.2 主程序设计  49-55
    4.2.1 人机界面设计  50-51
    4.2.2 手动运行模块  51-53
    4.2.3 自动运行模块  53-55
  4.3 译码模块的实现  55-57
    4.3.1 NC 代码检查  55-57
    4.3.2 NC 代码的编译  57
  4.4 刀具半径补偿功能模块  57-60
    4.4.1 C 功能刀具半径补偿算法  57-59
    4.4.2 C 功能刀具半径补偿的实现  59-60
  4.5 插补模块的实现  60-64
    4.5.1 直线插补模块的实现  60-61
    4.5.2 圆弧插补模块的实现  61-64
  4.6 数控仿真实例  64
  4.7 本章小结  64-66
5 数控加工过程的仿真设计  66-73
  5.1 机电一体化仿真分析  66-67
  5.2 创建运动分析方案  67-68
  5.3 LabVIEW 与 COSMOSMotion 的接口程序  68-71
    5.3.1 COSMOSMotion 的调用方法  68-69
    5.3.2 LabVIEW 与 COSMOSMotion 的接口程序设计  69-71
  5.4 圆弧插补仿真实例  71-72
  5.5 本章小结  72-73
6 总结与展望  73-75
  6.1 论文主要研究内容总结  73-74
  6.2 展望  74-75
参考文献  75-82
作者简历  82-83
学位论文数据集  83

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