基于UMAC的五轴磨床数控系统开发

摘要

随着现代制造技术的发展，对刃形复杂的高精度刀具的需求迅猛增长，因此对制造刀具的数控磨床需求也大大增长。而数控工具磨床的核心在于数控系统，传统的CNC系统虽然具有相当成熟的控制技术，但由于其封闭性逐渐不适用于当今世界制造业对智能化、柔性化的需求，因此开放式数控已经成为数控系统发展的新趋势。
　　目前，国内的五轴联动的数控工具磨床仍然需要依靠进口，为了实现国产五轴磨床数控系统的自主研发，本文通过对五轴数控工具磨床的机械结构及功能要求的分析，研究开放式数控系统的硬件及软件结构体系，提出基于UMAC运功控制器的五轴磨床数控系统的设计方案。
　　根据对整个刀具设计、仿真、制造一体化的设计理念，对刀位文件数据后置处理运动求解算法进行研究，发现后置处理运动求解中存在砂轮初始轴向不同、工件坐标系方向相对于机床坐标系不统一导致的问题，导致目前已有的算法并不完全适用。因此提出了一种基于坐标变换的双向求解方法，完成了磨床的运动求解过程的推算，为完善磨床的后置处理方法，实现设计与制造一体化奠定基础。
　　采用模块化设计方法，对系统软件的功能模块进行划分和设计。UMAC运动控制器具有优越的开放性，功能强大且便于开发。通过研究上位机与UMAC的通信方式，及代码检验、运动程序自动生成、加工过程代码同步显示、磨床回零、伺服参数整定等关键技术，满足了数控系统的功能需求。
　　最后利用软件工程技术在.NET平台上开发出一套五轴工具磨床数控软件系统，并建立了数控系统仿真的实验平台，进行了软件系统的调试和验证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 数控磨床的发展现状

1．2．1 机械结构发展

1．2．2 数控系统发展

1．3 研究目的及意义

1．4 论文主要研究内容

第2章 五轴数控工具磨床总体设计

2．1 五轴磨床机械结构设计

2．1．1 磨床底座

2．1．2 工件运动系统

2．1．3 砂轮支承及运动系统

2．1．4 附件系统

2．2 五轴磨床数控系统设计

2．2．1 五轴磨床数控系统功能

2．2．2 基于UMAC的五轴磨床数控系统硬件结构

2．2．3 基于UMAC的五轴磨床数控系统软件结构

第3章 数控系统后置处理算法研究

3．1 后置处理

3．1．1 概念及基本原理

3．1．2 现有算法存在的问题

3．2 齐次坐标变换矩阵

3．3 坐标参数定义

3．3．1 坐标系设置

3．3．2 工件坐标系方向角

3．4 任意工件坐标系方向的后置求解方法

3．4．1 磨床的拓扑结构和初始位置条件

3．4．2 坐标系间的变换

3．4．3 砂轮在坐标系下的运动变换

3．4．4 运动求解

第4章 五轴磨床数控软件系统设计

4．1 软件总方案设计

4．1．1 软件总体框架结构

4．1．2 软件模块功能

4．2 上、下位机通讯

4．3 数控代码转换及传输

4．3．1 数控代码规则及检查

4．3．2 数控代码的转换和下载

4．4 PLC程序开发

4．4．1 UMAC中PLC程序特点

4．4．2 PLC程序规范

4．4．3 磨床回零PLC程序

4．5 基于UMAC的电机伺服参数整定

4．5．1 前馈PID调节原理

4．5．2 电机伺服参数整定

4．5．3 UMAC中整定控制及数据采集

第5章 五轴工具磨床数控系统人机界面

5．1 磨床数控系统软件简介

5．2 软件开发环境及工具

5．3 主要界面设计

5．3．1 数控加工操作界面

5．3．2 系统内部参数管理界面

5．3．3 电机伺服参数整定界面

5．4 编程实现

5．4．1 软件开发模式

5．4．2 其他关键类和函数

5．5 数控软件系统验证

总结与展望

总结

展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间作者的科研成果