基于Windows CE的开放式数控车床软件系统的研究

摘要

计算机数控(CNC)是现代装备制造业的核心,一直受到各个国家的高度重视,而开放式数控作为计算机数控的主要发展方向,更是国内外研究的重点和热点。数控软件系统是数控系统的重要组成部分,本文针对Windows CE平台下的开放式数控车床软件系统进行研究。 本文采用“嵌入式计算机+DSP运动控制器”的架构形式,针对数控车床软件系统的关键技术进行了深入的研究。 在分析了数控车床的特性和现有几种典型系统的基础上,确定了一种适用于数控车床系统的软件体系结构和功能模块划分,对系统的数据流向和控制过程进行详细研究。 利用有限状态机(FSM)进行CNC代码解析模块的设计,其中包括了词法分析模块和语法分析模块。基于有限状态机的数控系统软件开发,一方面规范了系统的行为和控制流程,缩短了系统的开发周期,增加了系统的可靠性；另一方面,构造的FSM驱动器把软件单元的功能定义和控制逻辑分离,提高了系统的柔性。 阐述了刀具长度以及半径补偿的原理,在此基础上,采用平面解析方法建立刀具半径补偿的数学模型,并实现了数控车床的刀补算法。 利用计算机图形技术和操作系统定时器功能,实现了二维车削轨迹实时仿真功能。基于OpenGL技术,采用三角片离散方法建立了零件的三维模型,提出了基于形状特征识别的三维仿真算法,实现了三维零件离线仿真。 实验结果表明,所开发的系统在代码编译、刀具补偿和仿真方面都能满足要求,而且各模块相互独立,符合开放式数控系统的要求。

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第一章绪论

1.1数控系统技术的发展历程

1.2开放式数控系统概述

1.2.1开放式数控系统特点

1.2.2研究现状

1.2.3开放式数控系统的体系结构

1.3课题来源及论文主要内容

第二章开放式数控系统的总体设计

2.1系统硬件平台及开发工具

2.1.1系统硬件体系结构

2.1.2系统平台

2.1.3软件开发工具

2.2开放式数控车床软件系统总体设计

2.2.1数控车床软件系统的体系结构

2.2.2软件运行过程分析

2.3系统功能框架与运行界面

2.3.1系统功能框架

2.3.2系统界面设计

2.4本章小结

第三章基于有限状态机的CNC代码编译模块的设计

3.1引言

3.2有限状态机相关理论

3.2.1有限状态机理论

3.2.2基于有限状态机模型的程序升级

3.3 CNC代码编译模块软件结构分析

3.3.1数控代码文本程序的一般结构

3.3.2分析模块的软件总体结构分析

3.3.3词法分析模块结构分析

3.3.4语法分析模块结构分析

3.4 CNC代码编译模块的设计与实现

3.4.1有限状态机的设计

3.4.2代码词法分析模块的设计

3.4.3代码语法分析模块的设计

3.4.4代码数值范围检查模块的设计

3.5 CNC代码编译模块测试分析

3.5.1词法分析模块测试

3.5.2语法分析模块测试

3.6本章小结

第四章数控系统刀具补偿技术

4.1刀具长度补偿

4.2刀具半径补偿的相关概念

4.2.1刀具半径补偿的概念

4.2.2刀具半径补偿的方式

4.3 C刀补插补转接过渡的判别

4.4刀补算法和实现模块

4.4.1程序的设计构架

4.4.2刀补建立

4.4.3刀补的进行

4.4.4刀补的取消

4.5本章小结

第五章数控代码仿真模块的设计及实现

5.1仿真简介

5.2基于Bresenham的二维仿真

5.2.1 Bresenham算法

5.2.2实现

5.3基于特征识别的三维仿真

5.3.1 OpenGL基础知识

5.3.2车床加工零件特征及识别

5.3.3常用的三维仿真算法

5.3.4基于零件特征识别的三维仿真算法

5.3.5仿真算法的实现

5.3.6三维仿真运行实例

5.4本章小结

第六章系统运行实例

6.1系统基本功能界面

6.1.1系统主界面功能及操作

6.1.2程序编辑操作界面

6.1.3文件管理界面

6.1.4 DXF自动生成代码页面

6.1.5程序模拟界面

6.1.6网络传输界面

6.1.7刀具管理界面

6.1.8加工参数管理界面

6.1.9 I/O端口诊断界面

6.1.10手动操作界面

6.2加工测试

6.3本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢