激光加工技術(shù)具有效率高、材料消耗低、環(huán)保等諸多優(yōu)點,自誕生之日起就引起人們的高度關(guān)注,為此,用于激光加工的數(shù)控機床的開發(fā)成為數(shù)控機床發(fā)展的重要發(fā)展方向之一。相比于傳統(tǒng)數(shù)控機床,激光數(shù)控機床對機床控制系統(tǒng)提出了更高的要求。本文結(jié)合國家重大專項課題,針對航空發(fā)動機葉片等關(guān)鍵零件的特種加工需求,開展超快激光機床控制系統(tǒng)的開發(fā),實現(xiàn)無重鑄層等高精度加工需求�；诖�,本文主要從以下四方面開展研究:針對激光數(shù)控機床的控制要求及激光數(shù)控機床的專用性強等特點,研究開發(fā)基于模塊化特點的軟硬件體系結(jié)構(gòu),該方案采用集中控制與分布式控制相結(jié)合的模式,將系統(tǒng)不同的功能分別由不同的子模塊實現(xiàn),并開發(fā)協(xié)調(diào)控制模塊實現(xiàn)各子模塊的任務(wù)同步處理。針對五軸聯(lián)動中旋轉(zhuǎn)軸運動所帶來的非線性誤差等問題,通過開展五軸加工實時插補技術(shù)的開發(fā),實現(xiàn)五軸聯(lián)動的高速平滑運動控制。研究了系統(tǒng)各模塊間的可靠通信技術(shù)。由于控制系統(tǒng)具有實時多任務(wù)并行執(zhí)行的特點,為此,保證各個優(yōu)先級、實時性要求、通信協(xié)議不同的任務(wù)能夠相互協(xié)調(diào)、有條不紊的運行是非常必要的。針對超快激光加工專業(yè)性較強的工藝特點,進(jìn)行超快激光加工工藝技術(shù)的研究,并結(jié)合以上工藝需求,開發(fā)... 

【文章頁數(shù)】：139 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景及意義
    1.2 超快激光加工的特點
    1.3 超快激光數(shù)控機床的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 課題難點分析
    1.5 本文主要研究工作
    1.6 本文的組織結(jié)構(gòu)
第2章 基于分層網(wǎng)絡(luò)化的超快激光控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計
    2.1 引言
    2.2 超快激光控制系統(tǒng)需求分析
        2.2.1 機床結(jié)構(gòu)介紹
        2.2.2 功能需求分析
    2.3 超快激光控制系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計
        2.3.1 協(xié)同控制方案總體設(shè)計
        2.3.2 總體硬件架構(gòu)設(shè)計
        2.3.3 控制系統(tǒng)軟件總體設(shè)計
    2.4 系統(tǒng)各模塊控制任務(wù)劃分
        2.4.1 主控設(shè)備的任務(wù)
        2.4.2 數(shù)控系統(tǒng)的任務(wù)
        2.4.3 協(xié)同控制單元的任務(wù)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 五軸超快激光數(shù)控機床的軌跡平滑技術(shù)研究
    3.1 引言
    3.2 軌跡平滑處理的基本思想
    3.3 軌跡平滑處理技術(shù)
        3.3.1 直線與直線間拐角過渡
        3.3.2 圓弧與直線間拐角過渡
        3.3.3 直線與圓弧間拐角過渡
        3.3.4 圓弧與圓弧間拐角過渡
    3.4 基于速度前瞻加減速處理
        3.4.1 滿足期望長度的各運動段前瞻處理
        3.4.2 運動段間轉(zhuǎn)接速度的確定
        3.4.3 基于運動段長度及轉(zhuǎn)接速度的前瞻處理
        3.4.4 運動段內(nèi)速度的實時計算
    3.5 本章小結(jié)
第4章 五軸超快激光數(shù)控機床的旋轉(zhuǎn)軸運動光順性研究
    4.1 引言
    4.2 五軸加工的運動學(xué)建模
        4.2.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣表示
        4.2.2 五軸機床通用運動學(xué)模型構(gòu)建
        4.2.3 超快激光數(shù)控機床運動學(xué)模型
    4.3 旋轉(zhuǎn)軸平滑技術(shù)研究
        4.3.1 旋轉(zhuǎn)軸定向平滑處理
        4.3.2 奇異點的處理
    4.4 算法驗證
    4.5 本章小結(jié)
第5章 基于中間件的系統(tǒng)模塊間交互技術(shù)研究
    5.1 引言
    5.2 中間件及其結(jié)構(gòu)
    5.3 基于中間件技術(shù)的通信機制
        5.3.1 基于NML的通信機制
        5.3.2 基于HAL的通信機制
    5.4 基于中間件的通信技術(shù)研究
        5.4.1 基于NML技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部通信
        5.4.2 基于HAL技術(shù)的設(shè)備間通信
    5.5 工控機與數(shù)控系統(tǒng)間通信的軟件實現(xiàn)
        5.5.1 Modbus通信協(xié)議
        5.5.2 軟件實現(xiàn)
    5.6 本章小結(jié)
第6章 系統(tǒng)工藝軟件開發(fā)及設(shè)計
    6.1 引言
    6.2 控制系統(tǒng)軟件工藝模塊的開發(fā)
        6.2.1 工藝模塊的組成
        6.2.2 工藝模塊的開發(fā)
    6.3 本章小結(jié)
第7章 超快激光加工實驗及驗證
    7.1 引言
    7.2 實驗環(huán)境
        7.2.1 硬件平臺
        7.2.2 軟件平臺
    7.3 加工實驗
        7.3.1 噴油桿油孔加工
        7.3.2 空心渦輪葉片氣膜孔的加工
        7.3.3 與電火花制孔的工藝對比
    7.4 本章小結(jié)
第8章 結(jié)論與展望
    8.1 主要結(jié)論
    8.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]五軸線性刀路的轉(zhuǎn)接光順及軌跡生成算法[J]. 趙歡,張永紅,丁漢.  機械工程學(xué)報. 2018(03)
[2]探索超快激光奧秘 開創(chuàng)超精細(xì)技術(shù)新領(lǐng)域[J]. 王慧穎.  現(xiàn)代傳輸. 2017(06)
[3]構(gòu)建跨平臺的通信模型及其基于RCS庫的實現(xiàn)方法[J]. 廉夢佳,劉蔭忠,王俊霖.  計算機系統(tǒng)應(yīng)用. 2017(02)
[4]面向連續(xù)短線段高速加工的圓弧轉(zhuǎn)接前瞻控制算法[J]. 張君,張立強,張凱.  中國機械工程. 2015(15)
[5]AB雙擺角數(shù)控銑頭運動誤差分析[J]. 王增新,孫彩霞,李初曄.  航空制造技術(shù). 2014(14)
[6]一種R-test球頭球心檢測裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法[J]. 劉大煒,郭志平,宋智勇.  機械工程學(xué)報. 2013(23)
[7]雙擺角銑頭幾何精度檢測及五軸補償[J]. 于春明,劉波.  制造技術(shù)與機床. 2013(11)
[8]數(shù)控運動相鄰加工段拐角的平滑轉(zhuǎn)接方法[J]. 黃建,宋愛平,陶建明,尹瑋中.  上海交通大學(xué)學(xué)報. 2013(05)
[9]超快激光成絲現(xiàn)象的多絲控制[J]. 高慧,趙佳宇,劉偉偉.  光學(xué)精密工程. 2013(03)
[10]數(shù)控機床RTCP精度的分析[J]. 張翔,程志.  自動化與儀器儀表. 2012(05)

博士論文
[1]微小線段高速加工的軌跡優(yōu)化建模及前瞻插補技術(shù)研究[D]. 金永喬.上海交通大學(xué) 2015
[2]五軸車銑復(fù)合加工功能關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 劉峰.中國科學(xué)院研究生院（沈陽計算技術(shù)研究所） 2014
[3]數(shù)控系統(tǒng)五軸聯(lián)動軌跡平滑技術(shù)研究與應(yīng)用[D]. 耿聰.中國科學(xué)院研究生院（沈陽計算技術(shù)研究所） 2014
[4]適用于復(fù)雜形面加工的多軸運動控制系統(tǒng)設(shè)計理論與方法研究[D]. 喬志峰.天津大學(xué) 2012

碩士論文
[1]渦輪葉片氣膜孔超快激光加工精確控形方法研究[D]. 李曉琳.廈門大學(xué) 2017
[2]超快激光數(shù)控機床中電氣系統(tǒng)協(xié)同控制的研究與實現(xiàn)[D]. 何忠鍇.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院沈陽計算技術(shù)研究所) 2017
[3]五軸機床RTCP運動姿態(tài)及刀尖點誤差同步測量系統(tǒng)研究[D]. 黃鴻坤.電子科技大學(xué) 2017
[4]五軸數(shù)控系統(tǒng)RTCP及傾斜面加工功能的研究與實現(xiàn)[D]. 鄒翔翔.天津大學(xué) 2017
[5]五軸聯(lián)動機床RTCP控制及其結(jié)構(gòu)參數(shù)測量研究[D]. 顧瀟.華中科技大學(xué) 2016
[6]面向連續(xù)短線段高速加工的平滑轉(zhuǎn)接及前瞻控制研究[D]. 張君.上海工程技術(shù)大學(xué) 2016
[7]葉輪五軸聯(lián)動數(shù)控加工后置處理技術(shù)的研究與應(yīng)用[D]. 陳亮.西安建筑科技大學(xué) 2015
[8]用于微加工的超快激光光源及應(yīng)用研究[D]. 李冬娟.中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機械研究所） 2013
[9]連續(xù)小線段前瞻插補算法的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 田林.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[10]五軸數(shù)控系統(tǒng)軌跡平滑處理技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D]. 趙世強.中國科學(xué)院研究生院（沈陽計算技術(shù)研究所） 2012



本文編號：3678241