五轴并联摩擦焊机床的数控系统的研究与开发

摘要

新兴的搅拌摩擦焊技术在铝合金的焊接中展现出了独特的优势。并联机床的高刚度和高灵活性的优点解决了搅拌摩擦焊技术的大顶锻力和前进抗力的需求。作为并联摩擦焊机床的控制核心，数控系统的开发成为了该机床研制的重要部分。并联机床要求数控系统具有开放性。PA系统的结构允许用户深入到系统的CNC模块，开发出用户需要的功能。本课题是基于PA系统开发出一套满足并联摩擦焊机床功能要求的数控系统。
　　本文根据用户的要求分析了数控系统的功能需求，然后对功能进行了规划。在分析了PA系统的硬件及软件结构的基础上设计出了数控系统的整体框架，并给出了实现的总体方案。
　　针对支持3PRS型并联机构的功能进行了开发。首先对3PRS型并联运动头的结构进行了分析，在此基础上推导出了主要运动部件的运动参数方程。然后针对并联机床运动的非线性编写了运动控制算法，并采用PA系统提供的循环编译技术将控制算法嵌入到数控系统中。
　　对数控系统的在线仿真功能模块进行了开发。首先通过修改PA系统的HMI配置文件添加软硬键，修改系统的界面布局，并用可扩展标记语言（XML）完成一定的软键响应功能。然后在Visual C++中编写ActiveX控件，读取3DS模型文件，同时从CNC及PLC中读取机床位置数据，接着用图形程序接口OpenGL完成机床仿真模型的绘制，运动模拟以及观察视角的变换，最后将编译成功的控件注册到Windows系统中。
　　最后，在PA系统中实现了数控系统其他的功能要求。针对大型薄壁焊接件的易变形特点设计了机床的测量功能，通过在NC代码中加入横向移动指令并采用激光测头进行测量，用快速数字量I/O接口读取测量数据，得到变形后的焊缝位置。通过分析机床的精度影响因素，编写了精度标定算法，实现了精度标定功能。同时还实现了串并联切换功能、原位复位功能、断刀退出及续接功能和虚轴实轴操作功能。

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第1章 绪论

1.1 课题背景与研究的目的与意义

1.2 搅拌摩擦焊技术

1.3 并联机床技术

1.4 并联机床数控系统

1.5 主要研究内容

第2章 数控系统功能规划

2.1 数控系统功能要求

2.2 数控系统的结构

2.3 数控系统的功能规划

2.4 数控系统的总体方案

2.5 本章小结

第3章 3PRS型并联运动头的运动学算法

3.1 3PRS机构的结构

3.2 3PRS机构的正逆解算法

3.3 运动学算法在PA系统中的实现

3.4 本章小结

第4章 在线仿真功能的开发

4.1 引言

4.2 仿真界面的开发

4.3 仿真图形数据读取

4.4 OpenGL绘制仿真图形

4.5本章小结

第5章 数控系统其它功能的实现

5.1 焊缝位置检测功能的实现

5.2 精度标定功能的实现

5.3 其他功能的实现

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢