激光加工用精密四轴数控设备及自动编程研究

摘要

当前，世界主要工业国家和地区的机床制造正朝向数控、高精、高效、环保的方向发展，高效的精密数控设备的研发已经成为了数控机床发展的一个必然的方向。作为数控设备研发应用的一个重要领域，激光加工凭借其在材料加工中的独特优势，已经发挥着越来越重要的作用，尤其是，综合了数控技术在内的多种先进技术与设备的激光加工系统的出现，为优质、高效、低成本的加工开辟了更为广阔的前景。
　　基于激光加工的发展现状，研发激光加工用的精密数控设备，既是对国际机床产业发展趋势的准确把握，也与当前我国机床制造发展综合化、绿色化等要求相契合，具有重要意义。鉴于此，本文对激光加工用精密数控设备的设计研发主要做了如下研究：
　　（1）从激光加工的实际应用出发，借鉴已有的加工设备形式，从机械结构上设计定义了包含三个直线轴和一个旋转轴在内的四轴联动数控设备的结构布局，并采用三维软件对其进行建模展示，结合运动仿真结果，对各传动机构的设计选型和校核计算进行了深入研究。
　　（2）综合现阶段数控系统的结构体系，设计采用“PC机+PMAC”的结构形式构建了基于PC的开放性激光加工系统，从硬件结构设计出发，采用配套的高性能松下伺服驱动元件，设计研究了基于PMAC的半闭环伺服控制系统体系。
　　（3）基于曲线实时插补理论的研究应用，对于非圆曲线回转类零件的外形轮廓，提出了在固定平面内基于二次NURBS曲线的拟合、插补的算法理论，实现了包括椭圆、抛物线、双曲线在内的常见非圆曲线外形轮廓的统一表述跟插补，并结合可控弓高误差进给速度控制理论，提出了对刀轨曲线进给速度实时调控的规范算法，并采用MATLAB对加工实例的仿真加工算法理论进行验证分析。
　　（4）基于NURBS拟合、插补理论，利用可视化编程软件VB构建了设备的自动编程系统，通过控制参数的录入，系统能够拟合出外形轮廓曲线并进行插补，且拟合插补结果均能通过显示模块进行展示，并自动生成NC代码，简化了程序的编制过程，更加便于加工过程的实时监控与程序的调试修正，大大提高了加工效率。

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第一章 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题的来源与意义

1.3 主要研究内容

第二章 数控设备机械系统设计

2.1 设备的性能规格

2.2 机械系统整体设计方案

2.3 数控工作台的结构布局与传动设计

2.4 关键部件的选取

2.5 关键部件的选型和校验计算

2.6 三维建模与运动仿真

2.7 本章小结

第三章 数控设备控制系统设计

3.1 开放式系统介绍

3.2 控制系统的整体设计

3.3 PMAC运动控制器的选取与硬件配置

3.4 基于PMAC的伺服控制系统设计

3.5 本章小结

第四章 基于NURBS的非圆曲线拟合插补研究

4.1 插补算法研究概述

4.2 NURBS曲线理论研究

4.3 基于NURBS的非圆曲线拟合

4.4 基于NURBS的非圆曲线插补

4.5 基于NURBS拟合插补的非圆曲线回转类零件建模仿真实例

4.6 本章小结

第五章 自动化编程研究

5.1 自动化编程概述

5.2 自动化编程界面与功能设计

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 课题研究的创新点

6.3 进一步研究方向

参考文献

在读期间公开发表的论文

致谢