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多轴联动电火花加工数控系统软件构建及其应用研究

黄海鹏  
【摘要】: 随着我国航空、航天事业的飞速发展,多轴联动电火花加工技术在航空、航天领域关键零部件加工中的应用越来越广泛。由于多轴联动电火花加工机床用途的特殊性,国外对我国一直采取禁运措施。目前国内尚未开发出真正应用于生产实践的四轴以上联动的电火花加工数控系统。所以,本文展开了多轴联动电火花加工数控系统软件的构建与应用研究工作。 通过分析电火花加工(Electronic Discharge Machining,简称EDM)数控机床的硬件结构特点和多轴联动EDM数控系统软件的功能需求,建立了数控系统软件五层结构。以Linux和RT-Linux为开发平台,结合数控系统软件的结构层次,建立了三大模块:用户管理模块、实时控制模块、驱动模块和两个模块间通信:用户管理模块与实时控制模块间的通信、实时控制模块与驱动模块间的通信,构建出适用于多轴联动EDM数控系统软件的双核控制三模块串联整体结构模型。 以开发真正应用于实际生产的多轴联动EDM数控系统软件为要求,明确了用户管理模块的功能组成,并对功能进行了细化。提出了用户管理模块“多线程——多功能执行器”模型,并通过对线程和功能执行器的建立,完成了用户管理模块的构建。 确立了实时控制模块需要执行的任务,提出了线程承载法执行实时控制模块的所有任务,并依此构建出了实时控制模块的多线程承载任务执行结构。研究和开发了适用于多轴联动EDM数控系统的多轴联动完全可逆插补算法。通过对线程的建立和对各个任务的研究与实现,完成了实时控制模块的构建。 通过对驱动方式的分析,选择利用I/O内存作为EDM数控机床专用硬件的驱动方式。采用内存映射法,建立抽象对象,构建专用硬件驱动程序,完成了驱动模块的构建。明确了用户管理模块与实时控制模块间的数据通信类型,采用共享内存和RT-FIFO建立了两个模块间的通信。明确了实时控制模块与驱动模块间具体需要进行的数据通信,提出了交换缓存分区建立策略,建立了两个模块间的通信。 将开发的五轴联动EDM数控系统软件搭载于所研制的五轴EDM数控机床上,构建成了我国第一台自主研发的具有自主知识产权的五轴联动EDM数控机床,并在该机床上进行了带叶冠整体式涡轮盘加工验证考核。实验结果表明该五轴联动EDM数控系统软件加工能力强、实时性强、运动控制准确、稳定性好、可靠性高,能够满足实际生产的要求;同时表明所构建的多轴联动EDM数控系统软件的整体结构模型正确、协调、合理,达到了预期效果。


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