基于图形文件的五轴石材桥切机运动控制研究

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论文采用PC机加DMC4080运动控制器组建五轴数控系统硬件架构,在.NET平台上开发五轴数控系统的软件部分。围绕系统的自动化加工功能及五轴联动运动控制功能,对图形文件识别、曲线粗插补计算、刀具姿态角计算、刀具位置偏置计算等方面进行研究。针对五轴数控系统对五轴联动的控制要求,通过对DMC4080提供的诸多运动控制功能的分析比较,采用多维直线插补功能作为本系统的五轴联动控制功能,并根据系统的控制要求对运动控制器的功能参数进行相应配置。针对系统的自动化加工要求,论文直接从图形文件读取图形信息,使用第三方.NET库函数(net Dxf)从DXF文件中读取三维线型信息;采用逐行读取的方法使用C#编程从STL文件中读取三维实体信息。针对多维直线插补控制功能,提出以加工直线段的形式对曲线进行加工,为此,对各种类型的曲线进行数据点密化。针对三维圆、椭圆,使用向量法推导出二者以角度为参数的参数方程,进而提出针二者的等角度逼近算法,并用此算法对二者进行数据点密化。针对NURBS曲线,根据德布尔递推公式采用等节点矢量增量逼近算法对其进行数据点密化。同时,对上述算法的逼近误差进行计算分析。针对五轴机床加工三维曲线的特点,对描述刀具姿态的姿态角进行计算,对刀具位置进行偏置计算。针对加工过程进退刀时刀具损坏工件问题,将进退刀过程的刀具位姿处理成法向进退刀。针对圆盘锯加工竖曲线问题,对圆盘锯加工竖曲线的刀具位姿进行分析,并完成防过切刀具位置偏置处理。针对自动化加工用到的加工代码,根据以上计算所得数据分别自动生成G代码、Galil代码。针对DMC-4080的插补路径缓冲区空间有限,采用指令分组、实时查询、条件发送的方法实现Galil指令连续加工。通过VeriCut搭建五轴仿真机床,对曲线轮廓进行加工仿真,验证上述分析处理的正确性。同时,通过PC加DMC4080加机床的硬件平台,对圆盘锯加工竖曲线的处理进行实际切割验证。仿真及实际加工结果表明,论文五轴数控系统实现了自动化加工及五轴联动控制功能,证明了系统的实用价值。
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