多軸聯(lián)動插補系統(tǒng)作為數(shù)控機床的核心技術(shù),是數(shù)控機床實現(xiàn)高速高精的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的數(shù)控機床大多只支持直線、圓弧插補,不能直接進行自由曲線曲面的加工。若采用NURBS曲線插補技術(shù),不僅能夠提高機床加工速度和精度,還能改善零件表面的光滑度。因此,本文對NURBS插補算法進行了研究。主要研究內(nèi)容如下:對NURBS曲線性質(zhì)及其參數(shù)計算方法進行研究,采用泰勒公式對NURBS參數(shù)曲線進行展開,對截短誤差、曲率、法向加速度、弓高誤差等影響NURBS曲線插補精度的因素進行分析并確定加工過程中進給速度的約束條件,保證NURBS算法實時插補過程中進給速度滿足機床的系統(tǒng)限制和誤差要求。研究比較梯形加減速算法、指數(shù)加減速算法和S形加減速算法的性質(zhì)和特點,選擇S形加減速算法對NURBS曲線插補的進給速度進行加減速規(guī)劃。根據(jù)NURBS曲線插補起始速度和進給步長對S形加減速算法的模式進行分類,詳細介紹了不同模式下的S形曲線加減速的運行階段,介紹不同模式下的路徑長度和進給速度求解的計算方法。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合可控弓高誤差控制理論,提出基于S形曲線加減速規(guī)劃的NURBS曲線插補方法。在對基于S形曲線加減速規(guī)劃的NURBS曲線插補方法研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一款嵌入式數(shù)控實驗平臺,采用ARM+FPGA的架構(gòu),ARM負責實現(xiàn)通信、異常處理等功能,采用modbus協(xié)議與觸摸屏通信,采用uC/OS進行任務(wù)調(diào)度并設(shè)計多任務(wù)申請消息隊列的方式來提高各任務(wù)訪問數(shù)據(jù)的效率。FPGA負責插補計算、速度規(guī)劃和電機驅(qū)動等功能的實現(xiàn),減輕了ARM處理器的負載,提升了系統(tǒng)的實時性和插補精度。搭建實驗平臺,利用嵌入式數(shù)控實驗平臺及MATLAB進行實驗驗證和數(shù)據(jù)分析。通過對實驗結(jié)果和插補過程中速度、加速度等數(shù)據(jù)的分析,證明本文所提算法正確、有效。
【學位單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG659
【部分圖文】：

這項技術(shù)以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于對成本、體積、可靠性、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。基于 ARM 的嵌入式片上系統(tǒng) SOC 已經(jīng)在無線設(shè)備、工業(yè)系統(tǒng)、電子產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域得到了大量的應(yīng)用[37-38]，而嵌入式系統(tǒng)在數(shù)控技術(shù)上的應(yīng)用也越來越廣泛，這種系統(tǒng)被稱為嵌入式數(shù)控系統(tǒng)。圖 1.1 為嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

完成了硬件平臺搭建、任務(wù)調(diào)度方式、多任務(wù)訪問數(shù)據(jù)等問題的研究，并對算法進行了測試，證明算法的正確性。第五章：總結(jié)與展望。課題主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線如圖 1.2 所示。

第三章 加減速算法研究服電機控制原理多軸聯(lián)動插補系統(tǒng)中，電機是速度規(guī)劃算法實現(xiàn)的載體，是數(shù)控精的關(guān)鍵，因此選擇一款穩(wěn)定性好、可靠性高、控制精度高的電度有著重要意義。本文以伺服電機作為研究對象，通過對速度規(guī)實現(xiàn)伺服電機的加減速控制。伺服電機是伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵機構(gòu)，數(shù)控機床實現(xiàn)位置控制的關(guān)鍵，通過伺服系統(tǒng)，數(shù)控機床可以實。伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示，包括伺服電機驅(qū)動器、電機本體以數(shù)控系統(tǒng)的加工過程中，多軸聯(lián)動插補器根據(jù)算法規(guī)劃的速度來服電機轉(zhuǎn)動，在通過傳動機構(gòu)最終轉(zhuǎn)化為工件或者刀具的運動。伺服系統(tǒng)通常還包括編碼器和光柵尺等將電機的運行參數(shù)和工件的裝置。

【參考文獻】

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本文編號：2815208