【摘要】：閉環(huán)加工具有開放性、協(xié)作性和智能性等特點(diǎn),能夠適應(yīng)越來越普遍的中小批量生產(chǎn)方式,而加工過程控制是降低加工過程的生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。實(shí)現(xiàn)閉環(huán)加工中的加工過程控制,需要解決兩個關(guān)鍵問題:一是產(chǎn)品加工信息的快速無損傳輸,二是高層產(chǎn)品加工信息的在線與實(shí)時處理。本文以STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),建立完整產(chǎn)品信息的集成與閉環(huán)傳輸機(jī)制,并針對存在于加工環(huán)節(jié)與工藝規(guī)劃環(huán)節(jié)間的信息傳輸障礙,分析數(shù)控系統(tǒng)對高層產(chǎn)品加工信息的讀取和利用方法,最終實(shí)現(xiàn)基于STEP-NC的閉環(huán)加工及其加工過程控制。本文針對閉環(huán)加工系統(tǒng)加工過程控制的需求,分析了系統(tǒng)的功能劃分、產(chǎn)品加工信息集成和信息交互機(jī)制。以STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的描述方法與實(shí)現(xiàn)方法為基礎(chǔ),對完整產(chǎn)品加工信息的集成與閉環(huán)數(shù)據(jù)流的建立方法進(jìn)行了分析。建立了以開放式STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)為核心的閉環(huán)加工系統(tǒng)架構(gòu),以消除數(shù)控系統(tǒng)與工藝規(guī)劃系統(tǒng)之間的信息傳輸屏障,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)劃、產(chǎn)品加工、加工過程控制和加工知識管理等環(huán)節(jié)之間的動態(tài)交互。并采用結(jié)構(gòu)化分析方法,建立了閉環(huán)加工系統(tǒng)的功能模型。為了實(shí)現(xiàn)STEP-NC文件在數(shù)控系統(tǒng)中的在線解釋,本文采用模塊化結(jié)構(gòu),建立開放式STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)軟件內(nèi)核。為保證STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)核心功能的軟件化與可移植性,利用動態(tài)鏈接庫、組件對象模型和應(yīng)用程序接口對STEPNC解釋功能、任務(wù)生成與傳送功能和插補(bǔ)計算功能進(jìn)行封裝。接著,利用面向?qū)ο�、多線程和共享內(nèi)存等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了STEP-NC文件解析、高層信息提取和在線刀具軌跡生成等STEP-NC文件在線解釋的核心功能。本文所建立的開放式STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)能夠直接讀取和解釋STEP-NC文件,不需要后置處理過程,能夠?qū)崿F(xiàn)高層產(chǎn)品加工信息在閉環(huán)加工系統(tǒng)中的自由傳輸,保證加工系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的信息完整與閉環(huán)。為了研究加工過程控制在開放式STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)與功能集成方法,本文以平面特征的誤差區(qū)域修補(bǔ)為對象,分析閉環(huán)加工系統(tǒng)在線檢測及加工過程控制的實(shí)現(xiàn)方法;以銑削力的控制為對象,分析實(shí)時加工過程控制的實(shí)現(xiàn)方法。首先利用STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的描述方法,建立加工過程控制的數(shù)據(jù)模型,并與其它產(chǎn)品加工信息集成,實(shí)現(xiàn)加工過程控制的任務(wù)傳送及數(shù)據(jù)反饋,解決了高層數(shù)據(jù)傳輸與集成問題。接著設(shè)計了誤差區(qū)域識別與修補(bǔ)方法和基于模糊控制的恒力銑削算法,并以共享內(nèi)存、多線程和有限狀態(tài)機(jī)技術(shù)建立加工過程控制信息在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的傳輸與處理機(jī)制,保證了加工過程控制的集成性與實(shí)時性。最后,本文對所提出的閉環(huán)加工系統(tǒng)架構(gòu)、開放式STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)和加工過程控制方法的具體實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了分析,并建立了開放式STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件平臺。將STEP-NC文件解釋、加工、在線檢測、實(shí)時監(jiān)測、加工過程控制和數(shù)據(jù)輸出等功能集成在閉環(huán)加工開放式STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)中,保證了產(chǎn)品加工信息的集成與閉環(huán)。以多特征STEP-NC文件解釋與加工、在線誤差區(qū)域識別與修補(bǔ)和恒力銑削為實(shí)例,驗(yàn)證本文所提出的STEP-NC數(shù)據(jù)模型、開放式STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)功能、在線檢測及加工過程控制實(shí)現(xiàn)方法和實(shí)時加工過程控制實(shí)現(xiàn)方法。本文所建立的閉環(huán)加工開放式STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺為進(jìn)一步開展基于STEP-NC的加工過程控制研究提供了實(shí)驗(yàn)平臺上的支持。
[Abstract]:Closed-loop machining has the characteristics of openness, cooperation and intelligence, which can adapt to the more and more popular mode of small and medium-sized batch production. The process control is an effective means to reduce the production cost, improve production efficiency and product quality. Based on STEP-NC standard, this paper establishes the integrated and closed-loop transmission mechanism of complete product information, and analyzes the effect of NC system on high-level products in view of the obstacle of information transmission between processing and process planning. Based on STEP-NC, the closed-loop machining and its process control are realized by reading and utilizing the work information. According to the requirement of the closed-loop machining process control, this paper analyzes the system function division, product processing information integration and information interaction mechanism. The integration of product processing information and the establishment of closed-loop data flow are analyzed.A closed-loop processing system architecture based on open STEP-NC NC system is established to eliminate the information transmission barrier between NC system and process planning system and realize product design, process planning, product processing, process control and process knowledge. In order to realize the on-line interpretation of STEP-NC files in CNC system, this paper adopts modular structure to establish the open STEP-NC CNC system software kernel. Then, STEP-NC file parsing, high-level information extraction and on-line tool path generation are implemented by object-oriented, multi-threading and shared memory technologies. The open STEP-NC NC system can read and interpret STEP-NC files directly without post-processing. It can realize the free transmission of high-level product processing information in the closed-loop processing system and ensure the integrity and closed-loop of the data flow of the processing system. The realization and function integration method of process control in open STEP-NC numerical control system is introduced. In this paper, the method of on-line inspection and process control of closed-loop machining system is analyzed with the object of repairing the error area of plane feature. The method of real-time process control is analyzed with the object of milling force control. The description method of NC standard is established, and the data model of machining process control is integrated with other products'machining information. The task transmission and data feedback of machining process control are realized, and the problem of high-level data transmission and integration is solved. Shared Memory, Multithreading and Finite State Machine (FSM) technology establish the transmission and processing mechanism of machining process control information in NC system to ensure the integration and real-time of machining process control. The functions of STEP-NC file interpretation, processing, on-line detection, real-time monitoring, process control and data output are integrated into the closed-loop STEP-NC CNC system to ensure the integration and close-loop of product processing information. Interpretation and machining, on-line error region identification and repair and constant-force milling are taken as examples to verify the STEP-NC data model, open STEP-NC system functions, on-line detection and machining process control methods and real-time machining process control methods. The closed-loop open STEP-NC CNC system is established in this paper. The present platform provides experimental platform support for further research on STEP-NC based machining process control.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG659

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本文編號：2200606