收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于Linux的微细电火花加工数控系统及其相关关键技术的研究

郭锐  
【摘要】: 由于可以获得较高的精度和良好的表面质量,微细电火花加工已经成为微细工具和微细零部件制造的重要手段之一。微细电火花加工是在突破微细电极在线制造这一瓶颈后才获得飞速发展的,之后在学术界和产业界的共同努力下,微细电火花加工专用机床也逐步研制出来,为微细电火花加工技术的研究提供了强有力的平台支持。数控系统是数控机床的核心,微细电火花加工数控系统与加工工艺密切相关,因此本文开展了微细电火花加工数控系统的研究工作。 本文首先分析了微细电火花加工系统的设计要点,进行了数控系统的总体设计。提出了直线电机+直线光栅尺的全闭环运动控制方案,取消了从电机到工作台的一切中间环节,提高了系统的运动精度和灵敏度,同时也分析了在微细电火花加工中应用直线电机所需注意的问题。 开放源码和基于Internet的协作开发模式带给Linux更强的稳定性和健壮性,而且软件资源丰富,成为数控系统理想的软件开发平台。RTAI和RTLinux是目前仅有的硬实时Linux,本文分析了RTAI和RTLinux的特点,在实时任务和实时内核之间设计了实时抽象层,封装了RTAI和RTLinux的编程接口,为实时任务提供了一致的API,基于实时抽象层开发的实时任务在无需修改源码的情况下,可以在RTAI或RTLinux下编译运行。 PMAC运动控制器是一个实时多任务计算机系统,可以实现复杂的实时运动控制任务。本文基于PMAC运动控制器实现了上下位机体系结构的微细电火花加工数控系统;针对直线电机提出了PID+速度前馈+加速度前馈的运动控制算法,提高了系统的响应速度和控制精度,并不失稳定性;研究了定位误差补偿技术,构建了直线运动定位误差补偿表,获得了较高的定位精度。通过运动轨迹缓冲和分段实现了电火花加工特有的回退运动,基于Linux操作系统开发了译码、界面和工艺数据库,系统功能稳定,使用方便,满足了微细电火花加工的要求。 为了获得较高的加工精度,微细电火花加工必须在线测量电极的尺寸。这是因为如果离线测量然后二次安装加工,那么安装误差将影响加工特征的最终精度。为了使数控系统具有在线测量电极的功能,本文在对显微成像系统进行光学分析的基础上,基于机器视觉技术构建了微细电极在线检测系统,系统由卤素光源、变焦显微镜头、CCD摄像机和6自由度支架组成,具有1.61μm的分辨率。在Linux操作系统下,基于V4L2 API开发了图像采集程序,使用mmap()内存映射方法获取图像数据。实现了IplImage数据结构和QImage类的转换,使图像既可以基于OpenCV进行处理,又可以基于Qt进行显示,通过Canny边缘检测算法提取了微细电极的边缘轮廓。后续实验表明系统在线测量值与扫描电镜离线测量值的相对误差在±5%以内,满足了微细电极在线检测的要求。 为了验证数控系统的各项性能指标,本文在自行研制的微细电火花加工机床上进行了块电极电火花磨削实验和微三维结构电火花铣削实验,利用数控系统的视觉功能进行微细电极的在线测量和补偿,实验结果证明了本文开发的微细电火花加工数控系统的可行性、稳定性和可靠性,为我国研制出拥有自主知识产权的微细电火花加工数控系统奠定了坚实的基础。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG661

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 狄士春,曹光宇,赵万生,邢文忠;数控电火花加工模糊控制系统中加工规准调节与伺服进给控制的研究[J];电加工与模具;1997年05期
2 邹丽芸,张院春,彭良强,黄军容,伊福廷,张菊芳,韩勇;基于LIGA技术的微细电火花加工优化研究[J];电加工与模具;2004年S1期
3 宋小中,刘正埙;电火花微细加工的工艺研究[J];电加工与模具;1995年02期
4 刘正勋,宋小中,张元胜;电火花细微孔加工方法的研究[J];电加工与模具;1994年04期
5 郜业猛,杨正新,于世江,张翊诚;直线电机在数控机床进给系统中应用现状与趋势[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2002年05期
6 罗元丰,赵万生,狄士春;电火花加工放电状态的检测及神经模糊控制[J];高技术通讯;2000年11期
7 毕树生,宗光华,赵玮,张建勋;生物工程中的微操作机器人系统[J];光学精密工程;1998年03期
8 宋小中,刘正埙,高长水;电火花微细加工技术及其发展[J];航空精密制造技术;1996年02期
9 宋小中,刘正埙,高长水;电火花微细孔加工工艺实验研究[J];航空精密制造技术;1995年06期
10 李伟光,赵博,周建辉,朱金华,俞烽;基于实时Linux的开放式数控系统框架[J];华南理工大学学报(自然科学版);2003年10期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许华宇,李明辉,彭颖红;电火花加工理论研究现状与展望[J];电加工与模具;1997年03期
2 周明,贾振元,赵福令,胡建忠;电火花微孔加工自适应灰色控制[J];电加工与模具;2001年03期
3 陈向伟,王龙山,刘庆民,崔治;基于CCD图像的圆度误差测量的研究[J];半导体光电;2004年04期
4 王庆有,朱晓华,王飞,齐龙,张致强;梳状体二值化数据采集方法的研究[J];半导体光电;2004年05期
5 陈向伟,王龙山,刘庆民;图像测量技术在微型齿轮测量中的应用[J];半导体光电;2004年06期
6 张南洋生;张波;杨坤涛;;一种变阈值二值化CCD像元细分技术研究[J];半导体光电;2006年04期
7 赵凯生;刘爽;龙再川;杜昊;;基于Web服务器的高性能CCD相机数据采集系统设计[J];半导体光电;2006年05期
8 王振宇,成立,祝俊;微/纳米级微电子机械系统制造新技术[J];半导体技术;2005年08期
9 高红霞;王姗;李政访;;表面贴装元件识别中的快速阈值分割算法[J];半导体技术;2006年09期
10 刘大震,闫卫平,郭吉洪,杜立群;PCR生物芯片微反应腔的制作及其热分析[J];微纳电子技术;2003年Z1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘双喜;邢济收;魏建亮;;小波变换在齿轮边缘检测中的应用[A];全国第二届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2007年
2 董朝阳;孙树栋;韩光臣;王军强;;网络化制造资源优化配置的三级优化策略[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年
3 桂林;吴俊庭;陈定方;;桥式龙门直线同步运动的位置控制方案分析[A];2005年十二省区市机械工程学会学术年会论文集(湖北专集)[C];2005年
4 周祖德;;基于光纤光栅传感的大型机械装备监测系统研究[A];湖北省装备制造业自主创新与发展研讨会论文集[C];2007年
5 朱文;谌发坤;袁冬梅;刘飞;;一种新型步进电机及其在数控机床中的应用[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年
6 王永松;吕建工;王咏梅;付利平;陈济;;基于CPLD和USB2.0的科学CCD数字图像采集系统[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十九次学术会议论文集(下册)[C];2006年
7 宋宇莹;;行星状星云的三维重建[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年
8 徐德鸿;;数控铣床自动对刀和刀具磨损自动补偿装置[A];安徽省装备制造业发展论坛会论文集[C];2003年
9 冯晓光;詹涵菁;赵万生;栗岩;狄士春;董新伟;;横轴布局微小型电火花加工机床[A];第八届全国电加工学术年会论文集[C];1997年
10 朱荻;;纳米制造技术与特种加工[A];2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孟书云;高精度开放式数控系统复杂曲线曲面插补关键技术研究[D];南京航空航天大学;2006年
2 马恒太;基于Agent分布式入侵检测系统模型的建模及实践[D];中国科学院软件研究所;2001年
3 张艳珍;微机视觉系统相关理论及技术研究[D];大连理工大学;2001年
4 沈明霞;自主行走农业机器人视觉导航信息处理技术研究[D];南京农业大学;2001年
5 柴毅;智能化汽车主动安全系统研究[D];重庆大学;2001年
6 熊峰;基于DNC技术的二层车间控制模式的研究和应用[D];重庆大学;2001年
7 游有鹏;开放式数控系统关键技术研究[D];南京航空航天大学;2002年
8 谷安;四轴电火花数控系统的开发及研究[D];南京航空航天大学;2002年
9 姜大志;计算机视觉中三维重构的研究与应用[D];南京航空航天大学;2002年
10 李刚俊;基于虚拟现实的冗余度机器人运动规划及仿真研究[D];西南交通大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓斌;基于三维实体的数控加工仿真系统的研究[D];天津大学;2004年
2 韩传华;数控圆管切割机自动编程系统的开发[D];武汉大学;2004年
3 张海薇;线电极放电磨削加工工艺及其表面特性研究[D];吉林大学;2005年
4 张鹏;内箝位步进式压电驱动机构研究[D];吉林大学;2005年
5 刘海龙;自由曲面研抛机器人的自动编程技术研究[D];吉林大学;2005年
6 庄艳;利用液流悬浮研抛技术加工光学玻璃K9的研究[D];吉林大学;2005年
7 于秀娟;数控成组自动氩弧焊接设备控制系统开发[D];新疆大学;2005年
8 张静;网络数控的仿真系统研制[D];青岛大学;2005年
9 崔红;模糊神经网络及其在电火花加工中的应用[D];青岛科技大学;2005年
10 夏泽邑;显微图像的噪声处理与亚像素特征提取[D];大连理工大学;2005年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孔祥东,张玉林,宋会英;LIGA工艺的发展及应用[J];微纳电子技术;2004年05期
2 明平美,胡洋洋,朱健;微细电火花加工MEMS器件技术关键分析[J];微纳电子技术;2005年04期
3 狄士春,曹光宇,赵万生,邢文忠;数控电火花加工模糊控制系统中加工规准调节与伺服进给控制的研究[J];电加工与模具;1997年05期
4 刘光壮,杨晓冬,迟关心,赵万生;电火花铣削加工技术及其发展状况[J];电加工与模具;1998年01期
5 衣建刚,刘正埙;电火花数控仿铣加工研究现状与展望[J];电加工与模具;1998年01期
6 张勤河,孙家林,景辉;超声波加工工程陶瓷孔的研究[J];电加工与模具;1998年01期
7 王振龙栾,英艳,赵万生,张晓东;微细电火花加工中的电极在线制作与检测[J];电加工与模具;2000年03期
8 王振龙 ,孟庆鑫 ,赵万生 ,狄士春;分层去除微细电火花铣削技术的实验研究[J];电加工与模具;2002年04期
9 甘屹,齐从谦;WEDM数控系统的特点、发展与创新[J];电加工与模具;2003年02期
10 霍孟友,张建华,艾兴;电火花放电加工间隙状态检测方法综述[J];电加工与模具;2003年03期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 李翔龙;电火花铣削加工中伺服运动及工具补偿智能控制技术的研究[D];四川大学;2003年
2 赵伟;电火花加工中电极蚀除及其理论基础的研究[D];西北工业大学;2003年
3 明平美;UV-LIGA-微细电火花加工组合制造技术基础研究[D];南京航空航天大学;2006年
4 胡玉景;超声振动—磨削—脉冲放电复合加工技术及其智能控制的研究[D];山东大学;2006年
5 李明;基于动态神经网络的非线性自适应逆控制研究[D];南京理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 罗智恒;高速走丝电火花线切割数控技术应用研究[D];广东工业大学;2004年
2 李智;单晶金刚石研磨方法与机理的研究[D];大连理工大学;2004年
3 张天鹏;微细电火花加工工艺的基础性研究[D];南京航空航天大学;2006年
4 于中福;微能可控微细电火花线切割脉冲电源的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
5 董德生;阵列轴孔的微细超声电火花复合加工技术研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
6 周林;微细电火花加工技术研究[D];中国工程物理研究院;2006年
7 孙小兵;微型固体火箭发动机设计与制造关键技术研究[D];上海交通大学;2007年
8 李利;喷雾电火花加工的实验研究[D];上海交通大学;2007年
9 孟凤;视频监控系统中运动目标检测与跟踪算法的研究[D];燕山大学;2007年
10 徐超;MEMS固体微推进器的设计与制备[D];国防科学技术大学;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 狄士春,曹光宇,赵万生,邢文忠;数控电火花加工模糊控制系统中加工规准调节与伺服进给控制的研究[J];电加工与模具;1997年05期
2 刘光壮,杨晓冬,迟关心,赵万生;电火花铣削加工技术及其发展状况[J];电加工与模具;1998年01期
3 衣建刚,刘正埙;电火花数控仿铣加工研究现状与展望[J];电加工与模具;1998年01期
4 狄士春,王振龙,刘维东,韦红雨,赵万生;电极等损耗微细电火花加工技术[J];电加工与模具;1998年02期
5 曹光宇,狄士春,赵万生;电火花加工过程模糊控制系统的参数选取与算法设计[J];电加工与模具;1998年03期
6 李勇,严晓敏,郭,王显军,邹丽芸;微细电火花加工工艺研究[J];电加工与模具;1998年04期
7 彭良强,伊福廷,张菊芳,韩勇,张院春;一种微细EDM电极的制造方法[J];电加工与模具;2000年06期
8 刘正勋,宋小中,张元胜;电火花细微孔加工方法的研究[J];电加工与模具;1994年04期
9 郑红,宋博岩,刘晋春;模糊控制技术在电火花加工中的应用现状与展望[J];电加工与模具;1996年02期
10 郭庆鼎,周悦,郭威;高精度永磁直线同步电动机伺服系统鲁棒位置控制器的设计[J];电机与控制学报;1998年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 吴寒;基于RTLinux的开放式数控系统设计与实现[D];华侨大学;2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴鑫,李勇,崔晶,鲁培;三维微细电火花加工系统设计及实验研究[J];电加工与模具;2005年04期
2 曾佳赟;汪炜;;微细电火花加工机床数控系统的设计[J];机械制造与自动化;2007年06期
3 徐伟;陈吉红;;微细电火花加工实现条件的研究[J];机床与液压;2007年04期
4 林海波;;三维微细电火花加工精密运动系统的设计研究[J];电加工与模具;2008年06期
5 刘广民;张勇斌;郭维强;吉方;;基于CPLD的多模式微能脉冲电源设计[J];电加工与模具;2007年02期
6 李勇,王显军,郭,周兆英,严晓敏,胡敏;微细电火花加工关键技术研究[J];清华大学学报(自然科学版);1999年08期
7 李文卓,赵万生,于云霞;微细电火花加工的关键技术分析[J];石油大学学报(自然科学版);2002年03期
8 张勇,王振龙,胡富强,赵万生;微细电火花加工装置的设计与应用[J];微细加工技术;2004年02期
9 张立新;王庆艳;;微细电火花加工用脉冲电源的研究[J];吉林工程技术师范学院学报;2006年03期
10 赵万生,刘维东,韦红雨,宋博岩;多电极直接驱动的微细电火花加工技术[J];电加工与模具;1997年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 马世成;;QX62-400CNC轮辐旋压机研制[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
2 史旭光;裴海龙;;基于RCS的实时数控系统[A];第16届中国过程控制学术年会暨第4届全国故障诊断与安全性学术会议论文集[C];2005年
3 胡正隆;;SWAIBKX3-3M数控系统[A];第一届全国流体动力及控制工程学术会议论文集(第二卷)[C];2000年
4 崔克敏;于士发;;德国西门子810M数控系统在日本YD—800TS三头铣床上的应用[A];设备维修与改造技术论文集[C];2000年
5 白凤民;邹世坤;;基于运动控制器的激光冲击强化数控系统开发[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
6 张桂香;傅水根;信世强;戴向国;左晶;;数控旋转电火花加工机床的改进研究[A];特种加工技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
7 黄艳;于东;郭锐锋;李家霁;;开放数控系统加减速控制的研究[A];人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集[C];2004年
8 白凤民;邹世坤;;基于运动控制器的激光冲击强化数控系统开发[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
9 冯习宾;蒋廷彪;;基于ARM与DSP的嵌入式数控系统[A];2008全国制造业信息化标准化论坛论文集[C];2008年
10 张龙波;;基于PC机的开放式数控系统[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 高荆萍;光洋科技:紧盯核心技术 力推数控系统产业化[N];中国工业报;2006年
2 本报记者 杨红英 通讯员 肖明;欧洲机床展演绎数控系统前沿技术[N];中国工业报;2009年
3 杨忠厚 冯雷;高档机床首装自主“大脑”[N];中国企业报;2009年
4 记者 崔国玺;数控机床实现“脑体合一”[N];中国经济导报;2009年
5 本报记者 丰笑容;发格:发力在即[N];机电商报;2009年
6 本报记者 兰海侠;数控系统用户服务指南出台准化工作促行业升级[N];机电商报;2011年
7 见习记者 严曼青;中低端数控系统 从独行侠到众人行[N];机电商报;2005年
8 本报记者 柳建国;创新,并快乐着[N];江苏科技报;2006年
9 中国机床工具工业协会数控系统分会理事长 陈吉红;高端数控系统市场占有率低可靠性是短板[N];中国电子报;2009年
10 宝鸡市飞鹰机电有限责任公司总经理 常征;人才和资金成掣肘[N];中国电子报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭锐;基于Linux的微细电火花加工数控系统及其相关关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
2 刘清建;数控系统运动控制及运行优化[D];天津大学;2010年
3 付秀琢;压电自适应微细电火花加工技术及机理研究[D];山东大学;2012年
4 张玲瑄;高效微细电火花加工若干关键技术研究[D];大连理工大学;2012年
5 金新娟;面向服务的动态可配置数控系统及其关键技术研究[D];武汉理工大学;2012年
6 张礼兵;数控系统运动平稳性和轮廓精度控制技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
7 王丹;硬脆非金属材料微结构微细加工关键技术研究[D];上海交通大学;2011年
8 徐跃;面向高性能数控系统的误差控制技术研究[D];天津大学;2009年
9 许爱芬;数控系统预处理技术研究[D];天津大学;2009年
10 王海涛;数控系统速度前瞻控制算法及其实现[D];南京航空航天大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张瑜楹;基于WINDOWS的激光电源控制系统的研究[D];长春理工大学;2003年
2 刘勇;开放式数控系统PCI接口电路的应用研究[D];大连理工大学;2005年
3 鲁玉兰;基于PMAC的五轴电火花加工数控系统关键技术的研究[D];天津大学;2010年
4 刘德顺;数控系统虚拟轴功能的研究与应用[D];暨南大学;2011年
5 汤阳;基于Windows CE的开放式数控系统关键技术研究[D];合肥工业大学;2003年
6 张宝亚;基于Windows平台的高速走丝线切割机数控系统的设计和开发[D];南京航空航天大学;2004年
7 谢剑;高档数控系统中的现场总线接口技术设计与开发[D];上海交通大学;2010年
8 黄晓华;壁板铣床数控系统硬件结构的研究与开发[D];大连理工大学;2000年
9 何其昌;基于Windows的液压压药机数控系统的研制[D];合肥工业大学;2002年
10 李太富;数控系统插补精度检测装置硬件开发与研究[D];四川大学;2000年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026