基于PCI运动控制卡的五轴联动水切割控制系统的开发

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水射流切割加工技术作为一种先进的加工工艺,以其在加工过程中无热影响区、加工应力小、加工范围广、清洁高效等诸多优点,较传统的机械加工方法具有独特的优势,在工业上逐渐得到广泛的应用。   本论文在综合分析当前水切割控制系统国内外发展现状的基础上,基于自主研发的PC机+PCI运动控制卡搭建一款开放式五轴联动水切割控制系统。利用PLX公司提供的SDK底层驱动函数建立板卡完善的API函数库,以供上层软件调用。   建立系统的平面直线和空间直线插补功能,以及基于角度增量控制的平面圆弧插补功能。基于坐标变换原理将平面圆弧插补扩展到空间圆弧,提出了一种刀具姿态实时控制的空间圆弧插补新算法,以满足水切割加工工艺的要求。考虑到传统CNC插补难以满足当前水切割加工的应用需求,建立了系统的五轴联动NURBS曲线插补功能,针对开、闭曲线采用统一的表达式,定义了其G代码格式,并增加周期或非周期闭曲线的选择。利用二阶泰勒展开原理和弓高误差控制设计了自适应NURBS曲线插补算法。通过对插补曲线、刀轴矢量变化、进给速度以及弓高误差的仿真分析,验证了算法的正确性。   在分析C-A双摆动水切割五轴联动机床的结构和刀轴矢量建立的基础上,给出了机床运动学求解公式。针对五轴联动加工中非线性误差问题,初步讨论了RTCP功能的建立,给出非线性误差补偿计算公式。RTCP功能可方便用户根据零件轮廓和期望的刀具角度进行编程。   最后利用Visual C++开发系统的控制软件平台,设计了系统的人机交互界面。
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