多轴数控机床运动仿真的基础研究

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1、国内图书分类号：TG659学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文多轴数控机床运动仿真的基础研究硕士研究生：卜平导师：李建刚副教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG659U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringBASICRESEARCHOFMOTIONSIMULATIONOFMULTI-AXISCNCMACHINETOOLSCandidate:PingBuSupe

2、rvisor:Assoc.Prof.JiangangLiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:Dec,2012Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在数控加工过程中，为了检验加工代码的正确性，数控加工仿真的运用取代了以前的试切过程，提高了数控

3、机床使用效率，也增加了数控加工过程的安全性。前人对数控加工仿真的研究多集中于图形操作方面，只能针对特定形式数控机床进行仿真。本文的目的在于提出一种独立于图形内核的数控加工仿真框架，以实现任意多轴串联形式数控机床运动仿真及应用。本文首先对数控机床进行抽象，将虚拟机床描述为最基本的坐标系和实体，由坐标系和实体组成机床组件，再到组件按一定相互关系串联成运动链。随后详细叙述了运动链运动的实现方法，运动链是机床各组件串联而成，组件包含了组件坐标系和实体，而实体相对于组件坐示系是固定的，因此组件的运动就转换成了组件坐标系的空间位形实现。我们用四个点来描述坐标系，最终将运动链的运动

4、转分解成点沿空间向量的平移和旋转。因此，我们可以确定虚拟机床各组件坐标系在任意时刻的空间位形，而我们最关心的是末端刀轴与工件坐标系的位置。通过以上描述方法，我们可以得到任意多轴数控机床末端位形，在工件坐标系下，将刀轴正投影到工件坐标系下可以得到工件坐标系下的刀位，实现工件坐标系下仿真，更直观地检验加工代码。而且，得到机床坐标系下任意时刻的刀轴矢量，可以实现任意形式数控机床刀具长度补偿，不需要针对机床形式进行公式推导。利用开放图形内核OpenGL，编写了模块化的数控加工仿真程序，主要包括三大部分：人机交互，机床框架描述，代码解析。由于机床组件空间位形计算与图形内核无关，

5、图形内核只是作为最终显示的工具，可以将仿真程序移植到其它图形内核中。最后，通过实验，可以通过仿真程序构建任意多轴数控机床并进行运动仿真，说明了仿真框架的通用性，并实现数控加工的相关功能。关键词：数控加工；仿真；运动链描述；OpenGL-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractDuringCNCmachiningprocess,inordertotestthecorrectnessoftheGcode,previoustestcuttingprocessisreplacedbytheuseofCNCmachiningsimulation,whichimprov

6、estheuseefficiencyofCNCmachinetoolsandalsoincreasessecurity.ThepreviousNCmachiningsimulationresearchhasfocusedongraphicaloperationalsimulation,onlyforaspecificformofCNCmachinetools.ThepurposeofthispaperistoproposeanindependentgraphicskernelCNCmachiningsimulationframework,toachieveanyfor

7、mofmulti-axisseriesofCNCmachinetoolmotionsimulationandapplication.Firstly,CNCmachinevirtualtoolsisdescribedasthemostbasiccoordinatesystemandentities,coordinatesystemandentitiestothecomponent,thenseriesintomotioncertainrelationshipchain.Followedbyadetaileddescriptionofthekinemat