回转体零件数控雕刻机控制系统的研究与设计

摘要

数控雕刻机越来越被广泛的应用,产品需求的多样性对雕刻机提出不同的要求,使得雕刻机实现多样化,更大程度满足市场需求。本论文对基于加工回转体零件的雕刻机控制系统做了深入研究。
　　文章研究了数控雕刻机整体结构,对基于加工回转体零件的数控雕刻机硬件构成和软件设计做了详细研究。利用SolidWorks建立雕刻机机床机械模型,全面分析了其机械结构组成。数控系统上位控制采用“PC+PCI-1750”方案,利用Windows XP作为数控控制平台。利用C++Builder6.0编制应用控制程序,调用控制卡中的运动库函数,从而实现对步进电机的控制。利用板卡外部事件中断功能以及Windows多线程技术,解决了系统多任务实时性控制的问题。
　　采用变频器控制电主轴换向及转速。分析了基于回转体零件数控雕刻机各轴传动方式,对数控雕刻机各轴选择了合理有效的传动形式。本数控雕刻机Y轴采用移动龙门式结构,传动方式采用齿轮齿条传动,Z轴选用滚珠丝杠传动,最后介绍了旋转轴的安装及数控分度头的使用。
　　分析了几种圆柱面螺旋线插补算法,对每种算法的优缺点做了具体分析。提出将圆柱面螺旋线三坐标转化成两坐标表示,将传统逐点比较法用相似性原理进行了延伸,研究出了一种新的圆柱面空间螺旋线插补方法。利用第四轴替代算法解决圆柱面上一般曲线的雕刻加工问题。提出一种空间曲线参数方程插补算法,解决了圆锥面螺旋线的插补运算问题,并通过实验验证了上述算法的正确性。
　　在实际生产过程中,雕刻图案一般较为复杂,手工编程已不能满足生产需要,利用自动编程技术可高效产生数控程序。本文利用MasterCAM图形交互式自动编程软件实现回转体零件雕刻自动编程,并进行了仿真加工研究。

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第一章 绪论

1.1数控雕刻机概述

1.2数控雕刻机运动控制系统

1.3回转体零件数控雕刻机课题的提出

1.4本课题的主要研究内容及意义

1.5本章小结

第二章 数控雕刻机总体方案设计

2.1 雕刻机机床结构三维设计

2.2 数控雕刻机总体设计方案

2.3数控系统硬件设计

2.4 PCI-1750数据采集卡简介

2.5 步进电机的控制

2.6数控雕刻机软件系统设计

2.7本章小结

第三章 雕刻机主轴调速系统及机械传动方案的设计

3.1电主轴调速系统的设计分析

3.2 移动式龙门结构设计

3.3 Z轴传动方案设计

3.4 旋转轴传动方案设计分析

3.5 本章小结

第四章 数控加工程序的编制与插补算法的研究

4.1数控机床加工程序的编制

4.2雕刻机运动方式的确定

4.3圆柱面雕刻

4.4圆锥面雕刻

4.5 实验平台搭建

4.6 本章小结

第五章 基于MasterCAM的加工过程仿真

5.1自动编程概述

5.2 基于MasterCAM的圆柱面雕刻加工研究

5.3 圆锥面螺旋线雕刻仿真分析

5.4文字及图案雕刻问题及解决方案

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 问题研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文、参加的科研项目及获奖情况