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编译型数控系统及其关键技术的研究

余顺周  
【摘要】: 随着现代制造技术的发展,对数控机床的性能的要求越来越高,作为数控机床核心的数控系统,其性能直接影响着数控机床的性能,因此研究高性能的数控系统具有重要的理论意义和工程应用价值。同时,虽然国产数控系统发展迅速,一些自主创新的数控系统应用在生产中,但与国际知名数控系统相比,仍有很大的差距,特别是高端数控系统,差距更加明显,因此发展具有自主知识产权的数控系统具有很大的现实意义和战略意义。 当前数控系统的发展朝着更加开放化、高速高精化、数字化等方向发展,而数控系统应以何种体系结构适应这种变化和发展,如何解决操作系统的实时性与开放性通用性矛盾问题,如何降低实时操作系统的响应精确性(响应延迟不确定性误差)对高速高精度加工的影响,如何提高采样插补频率和响应精确性等问题需要解决,许多的研究也因此而展开。本文通过对现有数控系统结构的分析和研究基础上,提出一种编译型数控系统结构,并对其关键技术进行了研究。 数控系统的同步运行方式将数控系统插补周期和伺服控制周期紧密相连,要求数据链路中的各个任务保持同步,具有严格的实时性要求,这限制了数控系统性能的进一步提高。而数控程序异步运行方式将插补运算与伺服控制分开,使二者数据的关联不再那么紧密,使数控的编译运行成为可能。传统数控程序的解释运行方式是建立在数控同步运行基础上的数控程序处理方式,存在很多问题,因此,本文提出了数控程序的编译运行方式工作原理,对编译运行的实现模式进行了研究,提出了采用通用Windows操作系统和实时通讯接口模式的编译运行工作模式,分析了这种模式的关键技术和可行性,提出并分析了编译型数控系统的实现模式、组成结构与体系结构。 编译器是编译型数控系统的核心部件之一,本文通过对编译器的功能分析,提出了编译器的工作组成原理,分析和研究了编译器的译码、刀具补偿、加减速控制及插补关键技术,并比较分析了编译型数控系统与传统数控系统的区别与优势。本文利用Windows的组件技术开发了适合于编译型数控系统的编译器,并通过模拟运行实验验证了编译器工作原理的正确性。 目标文件的通讯控制是编译型数控系统重要组成部分和编译运行方式可行性的重要保证。本文提出了编译型数控系统通讯控制的工作原理,分析研究了编译型数控系统目标文件传输通讯接口的实现模式、目标码缓冲区存储方式、位置控制等关键技术,并对目标文件缓冲区存储的乒乓式读写控制方法进行了研究。 应用PCI接口、FPGA、DSP等技术,本文开发和研制出了编译型数控系统的目标码通讯存储控制卡,通过实验测试了其性能。 最后,介绍本文所研制的编译型数控原型系统的硬件结构及软件结构,给出了数控原型系统的性能指标。利用配置有编译型数控原型系统的气囊抛光机床完成了运动控制实验和参数曲线直接插补法验证实验,结果证明了编译型数控系统的工作原理的正确性。


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