面向石材加工的五轴数控系统与参数化自动编程研究与开发

摘要

我国传统石材加工设备自动化程度较低，加工效率低下，面向石材加工的数控系统发展起步较晚，技术相对落后，与国外相比存在很大差距，开发先进的具有自主知识产权的石材加工数控系统具有重要意义。本文针对石材的平面图形加工和仿形加工进行研究，以美国Soft Servo System公司设计的ServoWorks系统作为二次开发平台，探索可用于石材实际加工的编程方法，设计出一套完整的面向石材加工的五轴数控系统。主要完成了以下工作:
　　(1)对ServoWorks系统的软件架构和通讯方法作了详细分析。ServoWorks系统是一种基于PC的纯软件开放式数控系统，可以根据石材加工工艺要求有选择性地对功能模块进行重组，通过Ardence RTX拓展Windows系统的实时性，使之符合数控系统的实时性要求。
　　(2)对系统功能和界面进行总计设计。本文结合石材加工工艺及现场加工经验，借鉴国外先进的石材加工数控系统，以Visual Basic6.0为开发语言，设计系统界面和功能，功能包括平面切（圆形切割、椭圆切割、横切、竖切、双向切、倾斜切边、单刀切、正多边形切割）和仿形切（圆柱面仿形切割和棱柱面仿形切割）。
　　(3)采用参数化自动编程方法实现平面切和仿形切功能。对各个图形加工所需的几何参数进行求解，通过编写VB程序对输入参数进行处理并计算加工控制数据，再通过编写宏程序对处理后的数据进行编译，生成加工主程序。实现只需在系统图形界面输入尺寸参数和工艺参数即可自动加工石材的功能。
　　(4)对实现方法进行了理论误差分析，并阐述了系统调试方法。本文对圆孔切割的面形误差、拟合椭圆与真实椭圆的误差和偏置参数测量误差对加工路径的影响作了误差分析，并对系统机械调试、电气调试、PLC调试及系统参数设置作出说明。
　　综上所述，本文所设计的面向石材加工的五轴数控系统功能比较全面，经过实际加工测试，速度快、精度高、操作方便，大大提高了石材加工效率，基本满足预期要求，具有重要的理论意义和实际应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 数控技术及其发展现状

1．1．1 国外数控技术的发展

1．1．2 我国数控技术的发展

1．1．3 数控系统技术的发展趋势

1．2 开放式数控系统

1．2．1 开放式系统的发展

1．2．2 开放式数控系统的基本特征

1．3 石材加工行业发展

1．4 本文的主要研究内容与意义

1．5 本论文章节主要内容

第二章 ServoWorks纯软件开放式数控系统

2．1 ServoWorks系统概述

2．2 操作系统平台

2．2．1 PC硬件要求

2．2．2 ServoWorks系统依托的操作系统平台

2．2．3 Ardence RTX实时扩展系统

2．3 ServoWorks系统软件架构

2．3．1 ServoWorks系统整体架构概述

2．3．2 ServoWorks引擎内核

2．3．3 ServoWorks实时DLL

2．3．4 ServoWorks系统二次开发包

2．4 ServoWorks系统通讯平台

2．4．1 ServoWorks系统通讯平台概述

2．4．2 VersioBus光纤数字网络

2．4．3 EtherCAT通讯平台

2．5 本章小结

第三章 五轴石材切割数控系统总体设计方案

3．1 五轴石材切割数控系统总体功能的设计

3．1．1 自定义石材切割功能

3．1．2 参数化自动编程切割功能

3．2 五轴石材切割数控系统功能界面的设计

3．2．1 界面设计原理

3．2．2 界面设计开发

3．3 本章小结

第四章 五轴石材切割数控系统参数化自动编程

4．1 五轴石材切割数控系统参数化自动编程的原理

4．2 五轴石材切割数控系统宏程序简介

4．3 平面切参数化自动编程功能设计

4．3．1 圆形切割参数化自动编程功能开发

4．3．2 椭圆切割参数化自动编程功能开发

4．3．3 横切、竖切和双向切参数化自动编程功能开发

4．3．4 倾斜切参数化自动编程功能开发

4．3．5 单刀切参数化自动编程功能开发

4．3．6 正多边形切割参数化自动编程功能开发

4．4 立体切参数化自动编程功能开发

4．4．1 圆柱面仿形加工自动编程功能开发

4．4．2 棱柱面仿形加工自动编程功能开发

4．5 本章小结

第五章 系统调试与误差分析

5．1 五轴石材切割数控系统运行平台调试

5．2 五轴石材切割数控系统调试

5．2．1 ServoWorks系统机械调试

5．2．2 ServoWorks系统电气调试

5．2．3 ServoWorks系统PLC调试

5．2．4 ServoWorks系统基本参数及技术参数的设置

5．3 石材切割功能开发误差分析

5．3．1 近视椭圆与真实椭圆误差分析

5．3．2 圆孔加工面形误差分析

5．3．3 偏置参数测量误差影响分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

附录