基于PCI运动控制卡的五轴板料渐进成形数控系统的研究与开发

摘要

金属板料渐进成形是一种基于金属塑性成形技术和计算机技术的先进制造技术，它是利用金属板料在固体状态下的塑性，通过模具及外力的共同作用而制成零件的一种加工方法。与传统的钣金制造工艺相比，该技术不需要使用传统的成形设备和专用模具，可以直接利用CAD模型数据加工出零件。当前的板料渐进成形数控系统大多局限于等高线运动的三轴数控成形方式，该类系统对于梯度较大的制件，特别是直臂类制件在成形过程中容易发生破裂，这成为了三轴板料渐进成形的难点。而五轴渐进成形加工过程中，五轴工具头始终垂直于待加工表面，能有效的解决直臂类制件以及具有多个凹面的复杂制件的成形加工。因此，本文开展五轴板料渐进成形数控系统的研究，对于板料渐进成形技术的发展具有重要意义。
　　 本文开发的五轴板料渐进成形数控系统所采用的硬件平台为自主研制的PCI-LD214运动控制卡，并已完成板卡底层驱动的开发与测试。为了实现五轴板料渐进成形数控系统直接读取STL模型文件成形零件的功能，本文首先实现了STL的ASCⅡ文件格式的读取，然后研究并实现了针对STL模型的分层算法。由于五轴成形工具头具有A、C两个摆动轴，因此在通过分层算法获得零件分层轨迹的基础上，本文还研究了五轴成形工具头的RTCP功能和空间半径补偿功能，以及半径补偿后的空间直线段转接功能，并对上述各功能进行了仿真验证。
　　 最后，本文基于Visual C++6.0开发平台结合OpenGL技术开发了五轴板料渐进成形数控系统的控制软件。该控制软件界面友好、操作简单且具有很强的扩展性，其主要功能如下：STL的ASCH文件格式的读取和STL模型分层、五轴工具头RTCP功能、五轴工具头空间半径补偿功能、空间直线段转接功能、数控机床I/O控制、STL模型OpenGL三维显示、零件加工仿真、文件显示、系统状态实时显示、报警监控等功能。