開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)化齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)研究.pdf

1、齒輪是機(jī)械行業(yè)量大面廣的基礎(chǔ)件，對(duì)其加工精度、效率和柔性提出了越來(lái)越高的要求。開(kāi)發(fā)齒輪數(shù)控機(jī)床是當(dāng)今齒輪機(jī)床的發(fā)展方向，而數(shù)控系統(tǒng)是其核心。數(shù)控系統(tǒng)正朝著開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和柔性化的方向發(fā)展，并滿(mǎn)足對(duì)高速度和高精度數(shù)控加工的要求。論文結(jié)合滾齒機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā)，重點(diǎn)開(kāi)展了開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)化齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用。 論文在分析滾齒機(jī)運(yùn)動(dòng)原理的基礎(chǔ)上，研究了非全功能數(shù)控滾齒機(jī)和全功能數(shù)控滾齒機(jī)數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。針對(duì)全功能數(shù)控滾

2、齒機(jī)展成分度鏈和差動(dòng)鏈的數(shù)控處理方法不同，分析了基于軟件插補(bǔ)和基于硬件控制兩種特點(diǎn)，指出齒輪數(shù)控機(jī)床的展成、差動(dòng)鏈控制的發(fā)展方向是軟硬件結(jié)合，這樣既易于加工各種非圓齒輪和修形齒輪，又易于實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)和高精度控制。 論文全面系統(tǒng)地設(shè)計(jì)研究了六軸全功能數(shù)控滾齒機(jī)STAR數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件。重點(diǎn)介紹了面向?qū)ο蟮膮?shù)化特征自動(dòng)編程模塊。詳細(xì)研究了基于刀具主軸基準(zhǔn)信號(hào)的滾齒加工跟隨插補(bǔ)算法，并推導(dǎo)了其計(jì)算公式。介紹了自行研制開(kāi)發(fā)的全功能

3、數(shù)控滾齒機(jī)STAR數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。 論文指出必須將數(shù)控系統(tǒng)的軟件與底層的硬件、操作系統(tǒng)分離開(kāi)來(lái)，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的跨平臺(tái)開(kāi)放性?；谏鲜龇治鲅芯浚岢隽嘶诹孔涌蚣艿拈_(kāi)放數(shù)控系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)和采用量子編程的軟件編程模式。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)研究了基于量子框架的開(kāi)放式齒輪數(shù)控系統(tǒng)，并定義了主要軟件功能活動(dòng)對(duì)象的狀態(tài)圖，給出了部分程序。 論文分析了網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)，給出了網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。引入SERCOS總線(xiàn)和

4、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，提出了一種基于windows和RTX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的純軟件的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)及其三層體系結(jié)構(gòu)：1）采用工業(yè)以太網(wǎng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)和CAD/CAM等系統(tǒng)的集成；2）采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制網(wǎng)作為系統(tǒng)設(shè)備層的實(shí)時(shí)通信總線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)的有效迅速的傳輸；3）選擇運(yùn)動(dòng)控制總線(xiàn)─SERCOS總線(xiàn)作為系統(tǒng)強(qiáng)實(shí)時(shí)性信息的傳輸網(wǎng)絡(luò)，完成多軸伺服運(yùn)動(dòng)控制。開(kāi)展了網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)研究。 論文結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，設(shè)

5、計(jì)了齒輪準(zhǔn)柔性自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的總體方案及構(gòu)成和主要功能。提出了設(shè)備代理的概念，解決了實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的互操作問(wèn)題，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深入研究。開(kāi)發(fā)出基于設(shè)備代理的生產(chǎn)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)，應(yīng)用在自行研制的圓柱齒輪（軸）準(zhǔn)柔性自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中，效果良好。 論文推導(dǎo)了非圓齒輪的設(shè)計(jì)公式。討論了數(shù)控插齒機(jī)和數(shù)控滾齒機(jī)加工非圓齒輪原理。詳細(xì)介紹了滾齒機(jī)加工非圓斜齒輪的方法，推導(dǎo)了滾齒加工非圓斜齒輪的四軸聯(lián)動(dòng)控制模型：討論了傳統(tǒng)的等弧長(zhǎng)直線(xiàn)擬合非圓齒輪節(jié)

6、曲線(xiàn)插補(bǔ)原理以及存在的弊端，在此基礎(chǔ)上，提出了采用三次樣條分段連續(xù)擬合非圓齒輪節(jié)曲線(xiàn)的插補(bǔ)方法，研究了其擬合插補(bǔ)原理、預(yù)處理過(guò)程以及實(shí)時(shí)插補(bǔ)算法，并且進(jìn)行了實(shí)證研究和仿真，指出該方法能更好的保證非圓齒輪的數(shù)控加工質(zhì)量、效率和加工過(guò)程的穩(wěn)定性。簡(jiǎn)要分析了非圓齒輪數(shù)控加工精度誤差項(xiàng)目及誤差來(lái)源，提出了提高齒輪數(shù)控加工精度的三種方法。 論文提出了一種改進(jìn)的徑向布齒非圓齒輪設(shè)計(jì)方法，分析了其與傳統(tǒng)法向布齒非圓齒輪的區(qū)別、關(guān)系和應(yīng)用特點(diǎn)，