船用螺旋桨混联加工装置PA数控系统开发

摘要

随着我国工业4.0概念的提出和不断延伸，先进装备制造业的发展面临前所未有的机遇和挑战。船用螺旋桨作为舰船装备的重要推进器件，其加工质量和效率象征着我国发展深海领域技术的源动力。目前螺旋桨加工普遍存在的单面加工效率低下、装夹定位困难、桨叶振颤以及控制系统开放性和稳定性差等不足，为解决上述问题，课题组提出了基于混联机构的螺旋桨双刀双面对称加工的方法，该加工方法的核心技术就是数控系统的开发。本课题针对XYZ-3RPS6轴卧式混联加工装置，提出应用全软件型开放式PA数控系统对机床进行运动控制，并开发基于该系统的各控制模块，为后续桨叶双面对称加工奠定理论和技术基础。对进一步完善船用螺旋桨的加工方法具有深远意义。
　　研究混联机床的运动控制算法。通过分析6轴卧式混联机床结构，建立机床的数学模型和动平台的位姿描述，以及装置坐标系之间的约束方程，并在其基础上通过对串并联机构分别解耦推导得出6路驱动长度逆解算法。然后利用MATLAB与ADAMS联合仿真，校验算法的有效性。
　　深入研究PA数控系统的结构组成并设计各控制模块的开发方案。研究其运行机制和软硬件结构，通过分析控制系统功能需求，提出两套控制系统开发方案，并完成了PA相关硬件部分线路设计、安装和调试，确保电气系统安全无误。
　　开发适用于XYZ-3RPS卧式混联机床的PA数控系统，包括CNC控制算法、HMI人机界面和PLC模块三部分。首先，以VC++6.0为开发平台，通过编写动态链接库文件将控制算法嵌入到CNC，实现虚实轴模式切换以及对机床加工数据处理等功能；然后，根据功能需要开发更完善的人机界面，开发后置处理界面程序并实现通过HMI调用，开发实轴信息显示控件实现运动过程中实轴杆长信息实时显示；最后，开发PLC程序完成辅助监测等功能。
　　进行螺旋桨加工实验。建立螺旋桨三维模型，分析加工工艺，利用UG中CAM模块完成自动编程，经过刀轨可视化仿真后生成加工刀位文件并导入到所开发的系统中，对刀位文件完成进一步后置处理并得到PA系统所能识别的驱动数据，完成加工实验，验证了控制算法和系统的有效性和稳定性，最终通过两套开发方案的优缺点对比，提出了机床不同功能需求时的系统优选方案。

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第1章 绪 论

1.1课题来源及研究背景与意义

1.2 螺旋桨加工装备的研究现状

1.3 混联机床数控系统的研究现状

1.4 主要研究内容

第2章 混联加工装置运动学控制算法研究

2.1 混联加工装置结构分析

2.2 混联加工装置的运动学控制算法分析

2.3逆解模型的验证

2.4 本章小结

第3章 PA数控系统开发方案设计

3.1 PA数控系统的结构组成

3.2控制系统功能需求分析

3.3控制系统开发方案设计

3.4电气系统的设计安装

3.5 本章小结

第4章 XYZ-3RPS混联机床PA控制系统的开发

4.1 CNC功能模块的开发

4.2 HMI人机界面的二次开发

4.3 PLC功能模块的开发

4.4 机床设置

4.5本章小结

第5章 螺旋桨加工实验

5.1 螺旋桨3D模型建立及其加工工艺规划

5.2 螺旋桨数控加工程序生成

5.3 螺旋桨数控加工控制算法设计及单面加工实验

5.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢