两自由度并联实验平台数控系统的开发研究

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并联机床是并联机构与数控机床两个概念相结合的产物,并联机床与传统机床相比具有刚度大、承载能力强、位置精度高、响应速度快等许多优点,其应用前景十分广阔。自90年代并联机床问世以来,研究者提出了多种并联机构的结构形式,并且在多自由度并联机构方面作了许多有益的工作。但是,由于多自由度的并联机床存在建模困难、运动耦合等不足,而且在许多情况下用户并不需要六自由度机床,低于六自由度即可满足实际加工要求。因此,近年来一些少自由度并联机构成为新的研究热点,这种少自由度机构具有结构简单、造价低等特点,具有明显的市场潜力。 由于并联机构的各个自由度在控制关系上存在严重非线性和深度耦合,使得现有数控算法不能直接对其进行联动控制,也难以采用现有数控编程软件为其产生输入信息,因而给并联机床控制系统的开发增加了难度,影响了这种新型数控机床的推广应用。本论文提出了一种新型的两自由度并联平动机构,并对其开放式数控系统的关键技术进行了深入系统的研究。 本论文针对这种两自由度并联平动机构的结构特点,建立了其控制关系的数学模型,分析了它的位置正反解、速度反解及其雅可比矩阵,并进一步给出了其工作空间和灵巧性的分析,在此基础上研制了实验平台样机,为并联实验平台数控系统的开发奠定了基础。根据并联实验平台的结构特点以及它与传统机床控制规律的不同,本文采用开放式、模块化体系结构建造数控系统,在标准化与多样化的基础上设计了软、硬件模块,这样就可以通过加减配置不同的模块来构造数控系统,实现系统“积木式”的集成。 在并联实验平台数控系统硬件的设计中,本文采用多微处理器结构,以“PC机+多轴运动控制器”进行构建。这种结构既简化了控制系统的结构,又具有较好的可靠性和一定的开放性。在软件开发的过程中,考虑到与传统数控的兼容性,采用NC代码作为零件加工程序所用的输入代码。整个数控系统软件以Windows2000为操作平台,采用面向对象和模块化编程技术,以Visual C++为编程环境,设计制作了用户界面,并利用动态链接库实现对GT-400-SG运动控制器的直接控制。最后在实验平台上进行了实际的控制实验,得到了合理正确的加工路径,验证了数控系统轨迹控制的正确性。
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