数控系统软件安全与插补算法研究

【摘要】： 近年来,数控系统(又称CNC系统)已愈发引起人们的关注。数控系统的功能强弱和性能优劣直接影响着数控设备的加工质量,从而对我国制造业的发展有着至关重要的影响。作为先进制造领域的核心技术,针对数控系统软件安全方面的研究,对国家的知识产权以及财产安全保护有着重要意义。对数控系统插补算法的研究有效提高了系统的性能和效率,从而进一步满足了高速高精加工的需求。 本文基于课题项目,对数控系统软件安全、插补算法、速度生成算法与五轴联动线性插补技术进行了深入探讨与研究。 针对数控系统软件安全,本文提出并实现了一种软件安全保护体系,并提出了两种软件安全模型,其中一种是用对称加密、不对称加密和哈希函数的组合实现的签名方案,另一种是通过Shamir门限、哈希函数、拉格朗日插值法等实现的签密方案。通过安全性分析和抗攻击分析,可证明所设计体系能够有效满足保护数控系统软件安全的需要。其中签密方案已在所设计数控系统上实现。同时,文章提出了一种基于网络传输的安全方案,该方案在签密和解签密过程均可并行处理,允许使用所有适合的加密和签名算法,对所使用算法只需要很低的安全性要求,且大幅度减少了数据冗余。故,尤其在长消息签密中,方案能够更好的满足应用需求。 由于对加工效率的要求会加速加工过程,从而一定程度上影响了运动精确度,故数控系统设计的一个重要问题便是如何在运行精确度和加工效率中寻找到一个平衡点。大量研究集中于这一领域,其中最重要的就是插补算法和速度生成算法的设计,以及它们之间的关系和相互配合。基于同时提高数控系统加工精确度和保证工作效率的考虑,提出了五次参数样条曲线插补和最优前瞻性速度生成算法。所提出的插补方法采用五次样条和四次曲线多项式微分法近似求取导数,能够更好的满足精确加工的需要。所提出的速度生成算法减轻了常用S型加减速控制算法的缺陷,并通过前瞻性算法和线段衔接大大减少了运行时间。最后,提出并实现了数控系统的五轴联动插补设计。所设计五轴联动方案充分解决了各轴协调联动的问题,避免了冲击和失调。实验与仿真结果充分证明了算法的有效性和效率,且所有方案已用于实际数控系统设计过程。