基于PCI总线的微型车床数控系统的研究

摘要

近年来，随着我国制造业的发展，数控技术的应用越来越广泛，为此国内的许多高等院校都加强了对数控技术人才的培养力度。为了解决数控技术教学实践设备的问题，本课题以开放式CNC体系为指导思想，分析了在PC平台下开发数控系统所面临的难点，并给出了相应的解决方案，最终完成微型车床数控系统的软硬件开发。研究内容主要包括以下几个方面：
　　首先，对微型车床数控系统的驱动系统进行了设计;设计了基于PCI总线的接口板卡，包括开关量输入输出、数模转换和中断定时等功能模块，为CNC系统的实时性控制提供了必要的条件。
　　然后，对C功能刀具半径补偿进行了研究，采用矢量算法，用矢量夹角的正余弦值来判断刀具半径补偿的转接类型。采用此算法设计的刀具半径补偿模块，具有结构简单，运算速度快等优点，实现了刀具半径补偿的分类和各种情形下转接点坐标的计算。
　　最后，采用Windows操作系统作为本数控系统的开发平台，根据Windows操作系统的消息响应机制，分析了对Windows操作系统进行实时性扩展的三种方案，最终采用外部定时中断硬件接口电路和WDM设备驱动程序相配合的方案，完成对Windows操作系统的实时性扩展。
　　本课题所开发的基于PCI总线的微型车床数控系统具备两坐标联动、参数设置、加工程序的选择编辑功能、手动运行、模拟运行、自动运行、加工轨迹显示等功能模块，界面友好，操作方便，能够较好的满足数控课程教学的需求。

目录

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第一章 绪论

1.1 数控技术的发展及其重要性

1.1.1 数控技术的发展

1.1.2 数控技术的重要性

1.2 数控技术人才的培养

1.2.1 国外数控教学培训

1.2.2 国内数控教学培训

1.3 课题的提出和意义

1.4 课题的主要研究内容

1.5 本章小结

第二章 微型车床数控系统的总体设计

2.1 数控系统的总体设计要求

2.2 数控系统总线的选择

2.3 驱动系统的设计

2.3.1 主轴驱动系统

2.3.2 进给驱动系统

2.3.3 电动刀架驱动系统

2.4 机械结构

2.5 本章小结

第三章 基于PCI总线的接口板卡硬件设计

3.1 PCI总线的基本理论

3.1.1 PCI总线的特点

3.1.2 PCI总线的传输协议

3.2 PCI总线的接口设计

3.2.1 设计方案

3.2.2 PCI9052芯片

3.3 PCI接口板卡的设计原则

3.4 PCI接口板卡的设计内容

3.4.1 I/O模块的设计

3.4.2 D/A模块的设计

3.4.3 定时中断模块的设计

3.4.4 配置电路和逻辑控制电路

3.5 调试工作

3.6 本章小结

第四章 微型车床数控系统的软件设计

4.1 数控系统软件的特点和结构

4.1.1 数控系统软件的特点

4.1.2 数控系统软件的结构

4.2 数控系统软件的设计方案

4.3 加工轨迹显示模块

4.4 译码模块

4.4.1 NC代码校验

4.4.2 NC代码译码流程

4.4.3 R、I、K的译码

4.5 本章小结

第五章 数控系统刀具半径补偿的研究

5.1 刀具半径补偿的意义和方法

5.1.1 刀具半径补偿的意义

5.1.2 刀具半径补偿的方法

5.2 刀具半径补偿的相关概念

5.2.1 转接类型

5.2.2 方向矢量

5.3 刀具半径补偿转接类型的判断方法

5.3.1 直线接直线

5.3.2 直线接圆弧

5.3.3 转接类型的分类总结

5.3.4 临界情况的判断

5.4 刀具半径补偿转接点的计算

5.4.1 直线接直线的转接点

5.4.2 直线接圆弧的转接点

5.4.3 圆弧接直线的转接点

5.4.4 圆弧接圆弧的转接点

5.5 本章小结

第六章 微型车床数控系统实时控制的研究

6.1 数控系统的实时性要求

6.2 操作系统的选择和实时性分析

6.2.1 操作系统的选择

6.2.2 Windows实时性分析

6.3 WDM简介

6.4 设备驱动程序的实现

6.4.1 驱动程序框架的生成

6.4.2 驱动程序主要模块的设计

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

在校期间公开发表的学术论文