Windows下开放式数控系统软件设计与研究

摘要

该文介绍了Windows98平台下基于运动控制器GD104具有三轴联动功能的开放式数控系统的软件设计与实现.根据课题所提供的硬件环境,我们将整个软件系统分为运动控制器驱动程序和主机应用程序两大独立部分,分别对其进行设计开发.与此同时,针对CNC系统中的一些关键问题展开了深入分析与研究,取得如下研究成果:(1)数控代码编译方面,采用编译+解释的方式,把大量复杂的运算放在预处理阶段,实时处理的时候则用较小的内存实现了从数控代码到插补控制命令的转换.同时,用解析法解决了预处理过程中的刀具半径补偿问题.(2)图形仿真方面,对刀具轨迹提供了三视图的预览方式.模拟加工时,采用Bresenham算法对刀具轨迹进行动态跟踪,同时根据加工的进给速度,对加工的总时间进行了较精确的估计.(3)插补算法方面,采用上下位机的形式对加工零件进行粗/精二次分层插补:粗插补时交由上位机的一个指定线程来完成;精插补时既可由下位机的硬件来完成,又可通过上位机生成插补数据包后,使用下位机的位模式插补来实现.(4)实时控制方面,利用设备驱动程序VxD解决了硬件定时中断和插补结束中断的捕获问题;提出一种速度控制算法,对闭环控制系统进行实时位置控制;采用主线程、控制线程、插补线程和解释线程,利用线程间的同步与通讯,协同完成数控机床的实时加工过程.最后,我们完成了运动控制器驱动程序和开放式数控系统应用程序的开发工作,并在实际应用中取得了满意的效果.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1开放式数控系统概述

1.2基于PC的开放式数控系统[18]

1.2.1按PC与NC的配合分类

1.2.2按采用的操作系统分类[22]

1.2.3按控制功能分类

1.3开放式数控系统国内外研究概况

1.3.1国外研究概况

1.3.2国内研究概况

1.4开放式数控系统的发展趋势[19,20]

1.4.1基于PC的开放式

1.4.2高速化和高精度化

1.4.3智能化

1.4.4网络化

1.4.5信息化

1.5本课题的研究内容及重点

1.5.1研究开发的目标及内容

1.5.2研究的重点及难点

第二章开放式数控系统的总体设计

2.1系统软硬件环境

2.1.1硬件平台

2.1.2操作系统平台

2.1.3软件开发工具

2.2总体设计思想

2.3设计开发的原则

2.4主机程序总体设计

2.4.1MFC的应用程序框架[14，15]

2.4.2主机程序的界面设计

2.4.3主机程序的功能设计

第三章基于运动控制芯片的驱动程序设计

3.1 MCX314运动控制芯片介绍

3.2 MCX314运动控制芯片的读写寄存器及指令系统

3.2.1读写寄存器

3.2.2指令系统

3.3 MCX314运动控制芯片提供的功能

3.3.1脉冲输出命令

3.3.2速度曲线

3.3.3位置管理

3.3.4插补

3.3.5中断

3.3.6其它功能

3.4 Wi ndows环境下的DLL驱动程序开发

3.4.1 DLL概述

3.4.2本系统采用的DLL类型[30,44]

3.4.3数据结构及驱动函数库的设计[8]

3.5 Windows环境下的实时中断原理及实现

3.5.1 Windows环境下的中断原理[6，9,24,25]

3.5.2高精度定时器的选择

3.5.3开发环境及工具

3.5.4实时中断的实现

第四章数控代码的编译与刀具补偿

4.1数控代码的编译

4.1.1编译方法的选择[33-35]

4.1.2编译的数控代码标准

4.1.3前两次扫描的预处理

4.2刀具半径补偿

4.2.1刀具半径补偿的计算

4.2.2第三次扫描的预处理

4.2.3刀具半径补偿的验证

第五章机床运行实时控制和刀轨仿真

5.1数控系统的伺服控制

5.2插补算法

5.2.1本系统采用的插补算法

5.2.2二次插补法的粗插补[1-5]

5.2.3二次插补法的精插补

5.3多线程实时控制

5.3.1控制/显示界面的组成

5.3.2刀轨仿真

5.3.3实时控制过程

第六章开放式数控系统的调试

6.1运动控制器驱动程序的调试

6.1.1调试主芯片MCX31 4遇到的问题及解决措施

6.1.2测试程序的设计

6.2主机应用程序的调试

6.2.1连续插补

6.2.2手动减速点的计算

6.2.3主机程序开发中需要考虑或解决的问题

第七章结论

参考文献

致谢

附录一GD104运动控制器驱动函数库

附录二Windows98下实时中断的捕获

附录三课题相关软件成果介绍