基于TwinCAT的活塞异形外圆车床数控系统开发研究

发布时间：2017-03-23 16:10

  本文关键词：基于TwinCAT的活塞异形外圆车床数控系统开发研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：活塞是发动机的核心零部件,其工作环境具有高温、高压的特点。正圆活塞在工作过程中由于产生机械变形及热变形,会引起噪声、窜气等,影响发动机的整体性能。为了抵消活塞在工作过程中的受力变形和热变形,同时建立活塞与气缸壁之间的高刚性润滑油膜,活塞通常设计为非圆异形曲面。由于非圆活塞外圆型面为复杂的三维型面,而且加工精度要求很高,通常采用全数字软靠模机床进行加工。本文针对当前主流的数控软靠模活塞外圆车床数控系统存在的系统开放性不好,车削活塞时主轴转速低以及可靠性差等问题,提出基于PC的全软件活塞异形外圆车床数控系统开发方案,并利用TwinCAT环境进行了开发,主要研究工作如下：(1)综述活塞异形外圆特点和主要的加工方法,针对数控系统,调研了全数控软靠模活塞外圆车床的国内外研究现状,提出了基于PC的全软件解决方案。(2)对目前常用活塞异形外圆型面特点进行了分析概括,分别从活塞外圆中凸型线、椭圆度及横截面椭圆曲线这三个要素进行分析,总结了其变化规律；采用三次样条插值方法对活塞外圆型面进行了插值,并在MATLAB中进行了验证。(3)根据活塞异形外圆车削原理分析了活塞异形外圆车床的运动控制需求和实时性、数据容量等要求；简要介绍了EtherCAT总线及TwinCAT开发环境的原理架构,并着重分析了其实时性、PLC扫描周期等性能特点,在此基础上对基于TwinCAT的活塞异形外圆车床数控系统进行了硬件架构,提出了对常规运动控制任务和U轴直线电机控制任务的控制方案。(4)基于TwinCAT开发环境进行了机床下位机控制软件的编制,基于Visual Studio 2008开发环境采用C#语言进行了上位机人机界面程序的编制,并采用ADS方式实现了上位机与下位机的通讯。(5)搭建了实验平台,分别进行了数控系统常规运动控制任务的测试和U轴在250μs插补周期下的高频响仿真测试,验证了方案的可行性。
【关键词】：活塞异形外圆 软靠模 TwinCAT 开放式数控系统
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK406;TG519.1
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 活塞异形外圆加工概述12-15
• 1.1.1 活塞异形外圆型面简介12
• 1.1.2 主要加工方法12-15
• 1.2 活塞异形外圆车床数控系统研究现状15-19
• 1.2.1 国外研究现状15-17
• 1.2.2 国内研究现状17-19
• 1.3 课题意义与研究内容19-24
• 1.3.1 课题意义19-20
• 1.3.2 本文主要研究内容20
• 1.3.3 论文结构20-24
• 第2章 活塞异形外圆型面特点分析与插值24-36
• 2.1 活塞型线规律分析24-28
• 2.1.1 活塞横截面型线规律分析24-27
• 2.1.2 活塞横截面椭圆度规律分析27
• 2.1.3 活塞纵向型线规律分析27-28
• 2.2 活塞异形外圆型面插值28-31
• 2.2.1 纵向型线插值28-31
• 2.2.2 椭圆度变化规律插值31
• 2.2.3 横截面椭圆插值31
• 2.3 基于MATLAB的活塞型面加工数据生成31-35
• 2.3.1 MATLAB中活塞纵向型线插值31-33
• 2.3.2 MATLAB中活塞型面插值33-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 基于TwinCAT的活塞异形外圆车床数控系统架构36-50
• 3.1 活塞异形外圆车床控制需求分析36-38
• 3.1.1 活塞异形外圆车削原理36-37
• 3.1.2 活塞异形外圆车床控制需求37-38
• 3.2 EtherCAT总线及TwinCAT开发环境概述38-46
• 3.2.1 EtherCAT概述38-41
• 3.2.2 TwinCAT开发环境41-42
• 3.2.3 TwinCAT软件性能特点分析42-46
• 3.3 基于TwinCAT的活塞异形外圆车床数控系统架构46-49
• 3.3.1 基于TwinCAT的活塞异形外圆车床数控系统硬件结构46-47
• 3.3.2 活塞异形外圆型面加工软件方案设计47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 基于TwinCAT的数控系统软件开发50-70
• 4.1 基于TwinCAT环境的下位机控制软件开发50-60
• 4.1.1 基于TwinCAT NC的伺服轴控制51-52
• 4.1.2 基于TwinCAT NCI的插补模块开发52-55
• 4.1.3 译码模块与辅助M功能的实现55-57
• 4.1.4 数字量及模拟量IO控制模块的实现57-58
• 4.1.5 U轴控制模块的实现58-60
• 4.2 上位机与TwinCAT的通讯60-64
• 4.3 基于Visual Studio 2008环境的上位机控制软件开发64-69
• 4.3.1 上位机软件基本功能的实现65-66
• 4.3.2 外圆型面数据生成模块的实现66-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 实验与仿真验证70-80
• 5.1 实验平台搭建及在TwinCAT环境中的测试70-74
• 5.1.1 硬件实验平台搭建70-72
• 5.1.2 TwinCAT环境中硬件平台的测试72-74
• 5.2 基本运动控制实验74-78
• 5.2.1 定位控制及手动功能测试74-75
• 5.2.2 G代码运行测试75-78
• 5.3 U轴高频响仿真实验78-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第6章 总结与展望80-82
• 6.1 研究工作总结80-81
• 6.2 研究工作展望81-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-86
• 攻读学位期间取得的科研成果86-87
• 附件87

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 郑冬;大尺寸中凸变椭圆活塞车削加工衍生式数控系统研究[D];中国农业大学;2014年

  本文关键词：基于TwinCAT的活塞异形外圆车床数控系统开发研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：264088