基于DSP的数控铣床刀补控制研究

摘要

随着科学技术水平的不断提高，数控机床的使用越来越普遍，发展数控技术是当前机械制造行业技术改造、技术更新的必由之路。嵌入式系统是一种软、硬件可裁减的系统，它可按照不同的加工需要而定制不同的系统。采用高性能、低价格的数字信号处理，作为控制内核，它为数控机床的设计提供了更好性能和更低价格的方案。用这一类运动控制DSP芯片开发的数字控制系统在控制算法的更新和控制结构的改变方面具有很大的灵活性，往往只需要对控制软件做调整即可。因DSP的计算速度的优势，使系统的控制品质大幅度提高，利用高速DSP实时运算复杂控制算法，实现高精度多轴伺服控制已成为21世纪运动控制技术发展的方向。 本文分析了国内外数控系统的发展现状和趋势，讨论了嵌入式数控系统的灵活性和稳定性，比较了采用基于DSP的数控系统和采用基于计算机的数控系统的性能，分析了DSP数控系统的硬件环境和主要功模块，对刀具补偿算法进行了详细深入的整理和研究，并应用刀具半径补偿算法在基于DSP的数控系统中，加工出了实物。数控系统中刀具补偿加工工艺模块是数控系统软件中一个重要的功能模块。它负责加工过程中刀具轨迹的的规划、刀具几何参数的补偿以及加工逻辑的设计。刀具补偿处理是插补前必须完成的一项预备处理工作。通过刀具补偿将被加工零件的轮廓轨迹转换为刀具中心轨迹。刀具补偿又分为刀具长度补偿、夹具偏置补偿和刀具半径补偿，本文对刀具补偿算法讨论的重点是基于刀具半径补偿。刀具半径补偿又分为B算法和C算法，B算法虽然较易实现，但其转接角的处理过于简单，会导致工件加工质量偏低难以达到设计者的要求，C算法虽然实现较复杂但在转接角问题上，处理丰富，加工出的工件更符合设计者的要求。本文研究了基于C刀补的二维和三维刀具半径补偿算法，并应用于基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812的三轴数控铣床系统中，实现了预定图形的加工。加工的实物基本满足预期的目标。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.1.1课题的研究背景

1.1.2课题的研究目的、意义

1.2相关领域国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

1.2.2国外研究现状

1.3本文的主要工作

第2章 基于DSP数控铣床系统的硬件结构分析

2.1嵌入式与PC性能比较

2.2硬件工作环境组成

2.3主要芯片及功能块

2.3.1 TMS320F2812

2.3.2 PWM

2.3.3 RTL8019AS

2.3.4串口通信

2.3.5 C8051F020

第3章 二维刀具半径补偿算法在三维图形加工中的应用

3.1刀具半径补偿概述

3.2刀具半径补偿中B/C算法分析

3.2.1 B/C刀补算法概述

3.2.2 B/C刀补算法比较

3.3二维刀具半径补偿算法

3.3.1刀具半径补偿算法的几个基本概念

3.3.2程序段间的转接

3.3.3刀具半径补偿建立与撤销

3.3.4 B样条曲线刀具半径补偿方法

3.4用二维刀具补偿算法加工三维图形的实例

3.4.1球冠的加工

3.4.2波浪曲面的加工

第4章 三维刀具半径补偿算法在基于DSP的三轴数控铣床系统中的实现

4.1三维刀具半径补偿算法

4.1.1三维侧铣空间刀具半径补偿

4.1.2空间曲面刀具半径补偿

4.2三维刀具半径补偿算法曲面加工应用实例

4.3应用刀补算法在数控加工中应注意的问题

4.3.1刀具半径补偿算法的过切判断

4.3.2刀补G代码与插补G代码的配合使用问题

第5章 总结与展望

5.1全文工作总结

5.2下一步工作展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文